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        圓顆粒硫酸鉀造粒試驗研究

        2022-12-02 13:04:08向曉成
        肥料與健康 2022年1期
        關(guān)鍵詞:造粒機造粒硫酸鉀

        向曉成

        (國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司 新疆哈密 839000)

        硫酸鉀作為一種化學肥料,可同時為植物生長提供鉀和硫兩種養(yǎng)分,被廣泛應(yīng)用于煙草、甜菜、甘蔗、馬鈴薯、茶葉、棉花等忌氯喜鉀經(jīng)濟作物的種植。施用硫酸鉀肥料不僅能提高農(nóng)作物的產(chǎn)量,還能提高農(nóng)作物的品質(zhì),如提高煙草的可燃性,提高葡萄、西瓜的糖度,提高薯類的淀粉含量等[1]。目前市場上銷售的硫酸鉀肥料以粉末狀為主,若將硫酸鉀粉末成品造粒,可有效改善其流動性,防止在儲運過程中產(chǎn)生結(jié)塊、揚塵等問題,便于機械施肥,有利于提高肥料的利用率[2]。

        國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司(以下簡稱國投羅鉀公司)利用羅布泊天然鹵水資源制取硫酸鉀,產(chǎn)能1 600 kt/a,是世界上最大的單體硫酸鉀生產(chǎn)企業(yè)之一。現(xiàn)有一套擠壓法顆粒硫酸鉀生產(chǎn)裝置,擬結(jié)合擠壓法和團聚法[3-4]開發(fā)一種以羅布泊硫酸鉀粉末成品和副產(chǎn)品(擠壓造粒返料、旋風除塵返料)為原料的圓顆粒硫酸鉀產(chǎn)品生產(chǎn)工藝,以解決擠壓法成品顆粒不規(guī)整的問題。

        1 試驗材料與方法

        1.1 試驗材料

        試驗原料為國投羅鉀公司自產(chǎn)的硫酸鉀粉末成品和副產(chǎn)品,以及上?;ぱ芯吭河邢薰驹囍频?#粉末造粒劑和4#液體助劑。原料化學組成見表1,擠壓造粒返料篩分結(jié)果見表2。

        表1 原料化學組成 %

        表2 擠壓造粒返料篩分結(jié)果

        1.2 試驗設(shè)備

        主要試驗設(shè)備見表3。

        表3 主要試驗設(shè)備

        1.3 試驗方法

        取硫酸鉀粉末成品和副產(chǎn)品按一定比例混合均勻后放入轉(zhuǎn)鼓造粒機中,啟動轉(zhuǎn)鼓造粒機,運行一段時間后向其中加入3#粉末造粒劑,物料混合均勻后再加入4#液體助劑進行造粒。造粒完成后,調(diào)低轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速,開始干燥。第1次烘干以起塵為分界點,物料起塵即暫停烘干,取出物料篩分,粒徑大于4.0 mm的顆粒經(jīng)破碎后與粒徑小于2.0 mm的顆粒一起作為下一次造粒的返料,2.0~4.0 mm的顆粒再進行第2次烘干。當烘干時間達到設(shè)定值后,取出物料用篩網(wǎng)規(guī)格為2.0 mm的篩子精篩,篩除表面的粉料及破碎的小粒,粒徑大于2.0 mm的顆粒作為成品取樣送分析。同一條件下第2次造粒(即返料1)除返料先加入轉(zhuǎn)鼓造粒機外,再補充與取出的成品質(zhì)量大致相等的新原料,新原料的配比與第1次配比一致,轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料總質(zhì)量始終保持在1 kg左右。第3次造粒(即返料2)除第2次造粒烘干后的返料外,再補充與第2次取出成品質(zhì)量大致相等的新物料,依此類推。試驗工藝流程框圖見圖1。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 原料配比對造粒的影響

        以羅布泊硫酸鉀粉料產(chǎn)品、硫酸鉀旋風除塵返料、硫酸鉀擠壓造粒返料等3種原料的不同配比,考察造粒烘干后圓顆粒產(chǎn)品的顆粒強度、成品得率和顆粒圓潤度等。

        試驗以擠壓造粒返料量為變量,硫酸鉀粉料產(chǎn)品量隨之改變,硫酸鉀旋風除塵返料量不變。試驗設(shè)定造粒時間為10 min、造粒機轉(zhuǎn)速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃,試驗結(jié)果見表4。

        表4 原料配比試驗結(jié)果

        從表4可以看出:當擠壓造粒返料量為50%時,成品得率小于50%,Y3的試驗結(jié)果最差。實驗室試驗的成品得率必須大于50%,否則在生產(chǎn)線上無法平衡。Y1與Y2的結(jié)果接近,Y1的成品得率較好。從所得樣品也可發(fā)現(xiàn),Y2中碎片顆粒稍多,主要是細粉過少,有粒子未被包入所致。綜合所有指標,Y1條件最好。后續(xù)試驗原料配比選用擠壓造粒返料∶成品粉料∶旋風除塵返料為6.00∶2.00∶2.00。

        2.2 助劑用量對造粒的影響

        試驗主要對3#粉末造粒劑用量進行考察,用量分別為0.5%(質(zhì)量分數(shù),下同)、1.5%、2.5%。4#液體助劑用量保持不變,均為1.5%,即對應(yīng)助劑總用量2.0%、3.0%、4.0%。原料配比選用擠壓造粒返料∶成品粉料∶旋風除塵返料為6.00∶2.00∶2.00,設(shè)定造粒時間為10 min、造粒機轉(zhuǎn)速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃,試驗結(jié)果見表5。

        從表5可以看出:3#粉末造粒劑用量為0.5%(助劑總用量為2.0%)時,成品得率減少較多,不足50%,故不考慮此條件;3#粉末造粒劑用量增加后,產(chǎn)品得率都超過60%,說明3#粉末造粒劑用量應(yīng)不少于1.5%;助劑總用量增加至4.0%(3#粉末造粒劑用量2.5%)時,成品K2O含量大于50%,符合硫酸鉀產(chǎn)品標準要求。在K2O含量及顆粒強度符合要求的情況下,應(yīng)盡量減少助劑用量,以降低加工成本、提高企業(yè)的經(jīng)濟效益,故選用3#粉末造粒劑用量為1.5%,助劑總用量為3.0%。

        2.3 水分對造粒的影響

        在硫酸鉀圓顆粒造粒過程中,必須考慮物料中的液相量,以免影響物料的成球率。液相量過小,成球率低、粉塵量大;液相量過大,易產(chǎn)生大粒徑顆粒且物料易黏造粒機內(nèi)壁,導致成品率較低。在前述兩項試驗得出的最優(yōu)試驗條件下,設(shè)定造粒時間為10 min、造粒機轉(zhuǎn)速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃,考察了加水量對成品得率的影響,試驗結(jié)果見表6。

        表5 3#粉末造粒劑用量試驗結(jié)果

        表6 加水量試驗結(jié)果

        從表6可以看出:當加水量過少(如S1),成品得率有所降低,盡管粒徑2.0~4.0 mm的成品得率大于50%,但試驗操作中實際取得成品粒徑為2.2~4.0 mm,得率只有37.7%,故此條件不予考慮;當加水量過大(如S3),造粒物料很快結(jié)成大團,基本沒有成品,此條件也不予考慮;S2含水質(zhì)量分數(shù)基本在7%左右,試驗結(jié)果較理想。理論加水量與實測水分稍有差異,可能是造粒設(shè)備吸附水分所致,也可能是加水過程中有少量損耗。

        2.4 造粒時間對造粒的影響

        在硫酸鉀圓顆粒造粒過程中,造粒時間同樣是一個重要的影響因素。造粒時間越長,顆粒越圓潤密實;造粒時間短,顆粒外觀毛糙、結(jié)構(gòu)疏松,顆粒易松散。在原料配比、助劑用量及造粒水分含量最優(yōu)條件下,設(shè)定造粒機轉(zhuǎn)速為35 r/min、干燥時間為50 min、烘干溫度為300 ℃,考察了造粒時間對成品得率的影響,試驗結(jié)果見表7。

        表7 造粒時間試驗結(jié)果

        從表7可知:造粒時間越長,顆粒強度越大;造粒時間越短,顆粒越松散,強度明顯下降,且成品得率也隨之降低。但造粒時間越長,負荷越大,生產(chǎn)成本增大。因此,在滿足成品得率及顆粒強度的情況下,應(yīng)選用較短的造粒時間,故選擇造粒時間為10 min。

        3 結(jié)語

        (1)試驗研究了通過添加助劑,以轉(zhuǎn)鼓造粒方式生產(chǎn)圓顆粒硫酸鉀產(chǎn)品的技術(shù),其中擠壓造粒返料、成品粉料、旋風除塵返料的最佳質(zhì)量比為6.00∶2.00∶2.00,助劑最佳總用量為3.0%,加水質(zhì)量分數(shù)約為7%;造粒最佳試驗條件為造粒時間10 min、造粒機轉(zhuǎn)速35 r/min、烘干時間50 min、干燥溫度300 ℃、干燥機轉(zhuǎn)速30 r/min。造粒機轉(zhuǎn)速、烘干時間、干燥溫度、干燥機轉(zhuǎn)速不是造粒過程中的主要影響因素,因此試驗時參照實際復合肥料生產(chǎn)過程中的造粒條件作為設(shè)定參數(shù),不再進一步試驗。

        (2)造粒后成品中K2O的質(zhì)量分數(shù)大于50%,顆粒強度大于15 N,水的質(zhì)量分數(shù)小于1%。生產(chǎn)工藝在產(chǎn)品質(zhì)量達到國家標準《農(nóng)業(yè)用硫酸鉀》(GB/T 20406—2017)中顆粒狀硫酸鉀優(yōu)等品指標的基礎(chǔ)上,克服了擠壓造粒和團聚造粒方法的缺點,使生產(chǎn)圓顆粒硫酸鉀成為可能。

        (3)該生產(chǎn)工藝簡單,成球合格率高(一般在60%以上),產(chǎn)量大,助劑用量少,氧化鉀養(yǎng)分含量高。

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