季佩高 屈葉飛 李亮 李自為（江蘇省地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)，江蘇 連云港222023）

0 引言

民以食為天，食源于農(nóng)業(yè)。復(fù)合肥是農(nóng)作物生長(zhǎng)的糧食，具有養(yǎng)分含量充足、主要營(yíng)養(yǎng)元素豐富，利于植物吸收，顆粒均勻等優(yōu)點(diǎn)，與單個(gè)普通化肥相比，其能夠很好的使農(nóng)作物增產(chǎn)增收。不過復(fù)合肥的結(jié)塊問題，長(zhǎng)期以來一直困擾著這項(xiàng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。開展復(fù)合肥的結(jié)塊機(jī)理研究既是國(guó)家、行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，更是肥料企業(yè)立足市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)得以生存的必由之路。

中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口多、土地資源少，耕地資源相對(duì)緊缺；糧食產(chǎn)量的增長(zhǎng)主要依賴單產(chǎn)的提高，其中，化肥發(fā)揮著重要作用。2010 年全國(guó)化肥年產(chǎn)量已達(dá)到6000 萬噸（折純）以上，2016年達(dá)7005萬噸（折純），其后保持在7000萬噸（折純）左右，產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界第一。然而，我國(guó)的化肥施用量的復(fù)合化率卻不高。

國(guó)務(wù)院《關(guān)于深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革加快培育農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展新動(dòng)能的若干意見》中提出種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，倡導(dǎo)綠色、生態(tài)、有機(jī)農(nóng)業(yè)，同時(shí)繼續(xù)推進(jìn)農(nóng)藥化肥零增長(zhǎng)的目標(biāo)。2015年農(nóng)業(yè)部《化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》中，提出了到2020年實(shí)現(xiàn)化肥用量零增長(zhǎng)的目標(biāo)。《方案》的提出和實(shí)施將倒逼國(guó)內(nèi)化肥利用率提升，由于復(fù)合肥的利用率比單質(zhì)肥更高，因此有望提高復(fù)合肥的使用比重。截止到2015年，中國(guó)化肥施用量的復(fù)合化率為36%，遠(yuǎn)低于全球50%、發(fā)達(dá)國(guó)家70%～80%的水平，復(fù)合化率還有較大的提升。

世界復(fù)合肥的生產(chǎn)和施用正朝著高濃度、復(fù)合化和專用化的方向發(fā)展，我國(guó)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展正快速進(jìn)行，根據(jù)測(cè)土配方精準(zhǔn)施肥已成主流，作物養(yǎng)分供給保障充足。復(fù)合肥的結(jié)塊問題已成為影響復(fù)合肥質(zhì)量的重要原因之一，也是困擾復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)的難題。要在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝，關(guān)鍵就是要提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品質(zhì)量提高的最有效、最主要途徑之一就是正確解決復(fù)合肥的結(jié)塊問題。因此，研究復(fù)合肥結(jié)塊機(jī)理，防止復(fù)合肥結(jié)塊，改善復(fù)合肥的外在品質(zhì)早已是行業(yè)內(nèi)的共識(shí)，也符合復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際需求，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)復(fù)合肥產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 復(fù)合肥結(jié)塊機(jī)理

復(fù)合肥結(jié)塊主要受肥料顆粒內(nèi)、外在因素的影響，如：原料的性質(zhì)、化學(xué)組成、粒度、濕度、溫度和壓力等，使肥料顆粒表面溶解并發(fā)生重結(jié)晶，從而在顆粒接觸面上形成晶橋，使顆粒粘接在一起，慢慢地結(jié)塊。日常生活中食品、化肥等時(shí)常有結(jié)塊現(xiàn)象。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合肥的結(jié)塊原因的研究大致有以下幾個(gè)基本理論機(jī)制：

1.1 毛細(xì)粘合

復(fù)合肥顆粒表面受張力影響，容易產(chǎn)生毛細(xì)管吸附，促使肥料結(jié)塊。由于毛細(xì)管吸附力的存在，在顆粒相接觸的位置形成液面，使彎月面上的水的飽和蒸汽壓低于外部的飽和蒸汽壓，外部水蒸氣擴(kuò)散至晶粒間，使相鄰顆粒間容易發(fā)生吸潮導(dǎo)致結(jié)塊。

1.2 晶橋連接

肥料在存放時(shí)顆粒溫度變化大，水分遷移的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，肥料顆粒發(fā)生溶解導(dǎo)致重結(jié)晶，顆粒之間出現(xiàn)晶體，形成晶橋，這是復(fù)合肥結(jié)塊的主要原因。從物理、化學(xué)角度分析原因存在復(fù)合肥料生產(chǎn)使用原料的吸濕性具有差異性，吸濕點(diǎn)越高，吸濕性越弱，反之則越容易發(fā)生結(jié)塊。

1.3 化學(xué)作用

復(fù)合肥料在成球過程中受溫度的影響，部分原料通過相互作用發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生尿素—磷銨等復(fù)合型聚磷酸鹽，顆粒間重新出現(xiàn)結(jié)晶，導(dǎo)致肥料結(jié)塊。

1.4 塑性形變理論

肥料受熱量影響隨著復(fù)合肥包裝熱量從顆粒中心向外轉(zhuǎn)移，易導(dǎo)致顆粒產(chǎn)生形變，而這種形變受壓力增大而加劇，復(fù)合肥顆粒若受到擠壓就可導(dǎo)致形變，從而發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。

2 影響復(fù)合肥結(jié)塊的因素

2.1 內(nèi)在因素

2.1.1 化學(xué)組成

原料的化學(xué)組成是影響肥料結(jié)塊的內(nèi)在因素。復(fù)合肥生產(chǎn)所用的原料主要包括尿素、氯化銨、磷酸一銨、磷酸二銨、重鈣、氯化鉀、硫酸鉀等,這些原料的吸濕性都各有差異。當(dāng)以上原料按比例混合后,臨界吸濕點(diǎn)與單個(gè)原料相比大大降低,變得更易吸潮。如：磷酸一銨和尿素反應(yīng)生成聚磷酸鹽會(huì)產(chǎn)生水解。這些反應(yīng)有的在裝袋之后還在進(jìn)行中，新的生成物之間必有粘連，這是化學(xué)反應(yīng)作用起主要作用的原因。從100倍鏡下觀察可以看出復(fù)合肥常規(guī)品種原料的理化性質(zhì)及形態(tài)（參見表1、圖1-1～6）：

表1 復(fù)合肥主要原料的理化性質(zhì)

圖1-1尿素

圖1-2磷酸一氨

圖1-3氯化銨

圖1-4氯化銨

圖1-5氯化鉀（左白鉀）

圖1-6氯化鉀（右紅鉀）

2.1.2 水分含量

大部分物質(zhì)的溶解度受溫度的影響，溫度升高時(shí)溶解度也隨之升高，溫度降低時(shí)復(fù)合肥表面就容易發(fā)生結(jié)晶。除此之外，水分含量高肥料顆粒硬度往往表現(xiàn)較差,在外部壓力作用下就易發(fā)生變形，使肥料顆粒間接觸面積增大，增加了顆粒之間的結(jié)合度。若顆粒的水分含量形變很低，肥料發(fā)生結(jié)塊的可能性就越低；假如產(chǎn)品的水分含量控制不好，在一定溫度下包裝后的產(chǎn)品出現(xiàn)水分含量高的時(shí)候，在自然冷卻過程中析出的結(jié)晶就越多，就越容易造成產(chǎn)品的結(jié)塊。總的來說，氮含量高的復(fù)合肥需要的干燥程度也較高，高氮肥水分應(yīng)該小于1%，常規(guī)肥水分應(yīng)控制在2%以內(nèi)。

2.2 外部因素

2.2.1 溫度

溫度是肥料結(jié)塊的主要影響因素，主要體現(xiàn)在存放時(shí)的外界溫度、包裝時(shí)的產(chǎn)品溫度。假如溫度發(fā)生改變，肥料顆粒有一定的水分就會(huì)引起溶解—結(jié)晶的過程重復(fù)發(fā)生，促使晶橋生成形成結(jié)塊。因此，在肥料存放的時(shí)候，應(yīng)嚴(yán)格控制溫度的變化，并保持良好的通風(fēng)環(huán)境。包裝時(shí)如產(chǎn)品溫度過高，在復(fù)合肥的儲(chǔ)存冷卻的過程中，肥料中會(huì)有部分聚合副鹽產(chǎn)生形成晶橋，從而發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象。

2.2.2 壓力

復(fù)合肥存放一般采用堆積的方式，堆積高度越高，部分顆粒受壓力也就越大，復(fù)合肥顆粒形變的可能性和顆粒間的接觸面積就越大，使晶體之間越容易發(fā)生交聯(lián)，從而大大提升了結(jié)塊的可能性。通過降低產(chǎn)品的堆積高度，可有效減小貯存壓力，從而減小結(jié)塊的可能性。

3 結(jié)果與討論

對(duì)上述復(fù)合肥幾塊機(jī)理和影響因素分別進(jìn)行了分析研究，從原料肥與成品肥的形態(tài)、生產(chǎn)過程、儲(chǔ)存過程等分析研判，上述理論均是成立的，可能因?yàn)槟骋环N條件起主要作用，就形成上述其中之一的理論。

結(jié)塊是晶體常有的現(xiàn)象，但是并非所有的晶體都會(huì)結(jié)塊，大部分晶體或物質(zhì)并不會(huì)結(jié)塊，例如：石英、長(zhǎng)石、大米等，日常條件不可能結(jié)塊。結(jié)塊常常出現(xiàn)于可溶解的物質(zhì)之中，如化肥、食鹽等。如包裝不好，復(fù)合肥顆粒表面吸濕潮解或包裝時(shí)水分較高，毛細(xì)粘合作用就會(huì)成為結(jié)塊的主要原因。如果成品肥的溫度過高或強(qiáng)度不足，在壓力的作用下，則很容易產(chǎn)生塑性形變而結(jié)塊，此時(shí)塑性形變理論則起主要作用。與上述三種理論相比，認(rèn)為“晶橋連接作用”、“重結(jié)晶作用”是復(fù)合肥結(jié)塊的主要原因，肥料包裝之后，存放在倉庫中肥料顆粒中存在少部分水，不斷從顆粒內(nèi)部向外部遷移，顆粒表層出現(xiàn)溶液達(dá)到飽和程度時(shí)，受溫度的變化會(huì)慢慢形成晶體，在顆粒之間就會(huì)有晶橋的生成，存放的時(shí)間越長(zhǎng)，顆粒越發(fā)容易產(chǎn)生結(jié)塊。有效應(yīng)對(duì)該結(jié)塊原因的措施是選擇不易結(jié)塊的原料，降低產(chǎn)品的含水量、包裝溫度，改善存儲(chǔ)環(huán)境，提高顆粒強(qiáng)度，還可以添加防結(jié)塊劑。

對(duì)復(fù)合肥貯存后從未結(jié)塊到嚴(yán)重結(jié)塊進(jìn)行觀察分析，從復(fù)合肥結(jié)塊過程的表面形態(tài)來看，光滑——長(zhǎng)毛——粘連——重度粘連，發(fā)現(xiàn)這一過程就是一個(gè)晶橋連接、重結(jié)晶的過程。參見表2、圖2所示。

圖2 成品肥結(jié)塊過程：左上未結(jié)塊，右上長(zhǎng)毛，左下結(jié)塊，右下重結(jié)晶粘連

表2 結(jié)塊過程

4 結(jié)語

復(fù)合肥生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)營(yíng)過程中一直存在結(jié)塊問題，解決肥料結(jié)塊的問題任重而道遠(yuǎn)。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致復(fù)合肥結(jié)塊的因素多種多樣。因此，肥料的結(jié)塊問題必須從結(jié)塊機(jī)理出發(fā)，一步一步分析解決。要選擇優(yōu)質(zhì)的原輔材料，優(yōu)化生產(chǎn)過程參數(shù)控制，提升設(shè)備裝置的性能，有效控制產(chǎn)品包裝溫度，改善儲(chǔ)存環(huán)境，才能真正控制復(fù)合肥料發(fā)生結(jié)塊。