浅析复合肥料结块原因及防结块剂的开发

李书海，黄祥川，徐爱叶

(鲁西化工集团股份有限公司 山东聊城 252211)

由于在生产过程中受原料、控制指标等多种因素的影响，复合肥料在储存、运输过程中往往会出现结块现象，给肥料的储存和施用带来诸多不便。为了有效防止复合肥产品出现结块现象，应确定复合肥结块的原因，并采取合适的方法阻止肥料结块，一般采用防结块剂对肥料颗粒表面进行处理[1]。

1 肥料结块机理及影响因素

1.1 内部因素

水分是肥料结块的主要因素，可促进颗粒形成晶桥及肥料发生溶解和重结晶。肥料中的水分分成2种：一种是自由水，即吸附在颗粒表面的水分；另一种是结晶水，是颗粒的结构水，是由内部反应形成的水分。此外，肥料成分也是肥料结块的重要影响因素，如硝基、尿基高氮肥相比硫基、磷基等肥料更易结块，而含铁离子的复合肥料不易结块。生产复合肥的原料有尿素、硝酸铵、氯化钾、硫酸钾等，这些物料均有不同程度的吸湿性，且混合物更易吸湿，在存储过程中肥料颗粒间易形成晶桥[2]、发生重结晶，从而导致肥料结块。

1.2 外部因素

储存压力会使肥料颗粒变形、破碎，增大了颗粒接触面积，易形成晶桥，造成肥料结块。储存环境温度和大气湿度同样会影响肥料结块，主要表现在环境温度影响肥料的吸湿性[3]。同时，环境温度升高后，各成分的反应活性增强，导致重结晶的发生，形成晶桥而结块。

1.3 其他因素

肥料颗粒大且均匀，可减小颗粒间的接触面积和颗粒间的相互吸引，能减缓结块趋势。此外，肥料颗粒强度高，不易被压碎，同样不容易结块。

2 肥料防结块的方法

2.1 控制工艺指标

依据不同原料采用不同的干燥工艺以降低产品水分含量；采用合适的造粒工艺得到粒度均匀、颗粒尺寸大的产品；管控产品储存温度、相对湿度、堆积高度、储存压力、储存时间等。

2.2 使用防结块剂

防结块剂可分为外部防结块剂和内部防结块剂两大类。

外部防结块剂一般采用惰性粉末，不与肥料成分发生反应，以分子力吸附在肥料颗粒表面形成一层保护膜，以阻止颗粒的吸湿。常用的外部防结块剂主要有黏土、滑石、硅藻土等以及聚乙二醇、硅油、饱和脂肪酸酯、石蜡等非离子表面活性剂[4]。

内部防结块剂是在肥料生产过程中添加，以改变晶体形态或提高肥料硬度，如在尿素生产过程中添加甲醛、硫酸铵或石膏以提高强度，在硝酸铵中添加硝酸镁或硝酸钙以防止结块，向磷酸铵中添加氧化镁、氢氧化铝也有一定的防结块作用[5]。

3 防结块剂的试验研究

目前市场上流通的防结块剂价格较高且质量参差不齐，一些企业使用矿物油、地沟油等作为油剂载体生产防结块剂，而矿物油、地沟油不易降解，会污染土壤，且在生产中会产生异味、废渣等污染物，导致环境遭受破坏。随着人们对环境质量要求的提高，迫切需要开发一种绿色、价廉的可降解型复合肥防结块剂。

3.1 主要原料及设备

主要原料：硝基复合肥(16- 5- 24)、尿基复合肥(25- 14- 6)、十八烷基伯胺(固体，质量分数98%)、固体石蜡、硬脂酸(400型)、棕榈油等。

主要设备：电热炉、称量天平、糖衣锅、套筒、恒温恒湿试验箱、电子万能压力试验机、紫外线分析仪、玻璃棒、温度计、反应釜等。

3.2 防结块剂的生产方法

按物料配比，分别称取硬脂酸、十八烷基伯胺、固体石蜡和棕榈油等表面活性剂；在反应釜中加入棕榈油，待棕榈油被加热至85 ℃熔化后，依次加入硬脂酸、十八烷基伯胺和石蜡等，加热熔化搅拌，形成溶液；反应釜内物料加热至95～110 ℃、搅拌1.5～3.0 h后，冷却制得膏状防结块剂。

3.3 防结块效果验证

(1)打开糖衣锅电源，设置旋转速度35～45 r/min、包膜温度30～50 ℃；称取1 kg肥料和1.8～2.5 g自制防结块剂，在预热后的肥料上喷涂防结块剂，15～20 min后停止喷涂，用紫外线分析仪观察包裹的均匀性。

(2)将包裹防结块剂的肥料放入套筒内，在电子万能压力试验机下用不同的力对装有肥料的套筒挤压10～15 min；然后将套筒置于恒温恒湿试验箱内，设置温度55 ℃、湿度45%～100%，进行24 h防结块效果试验。

(3)取生产装置生产的喷涂防结块剂的肥料50 t，在库房中码垛30袋的高度(肥料袋平放)；放置1个月后，正反各摔1次，称量结块肥料的质量，以验证防结块效果。

4 试验结果与讨论

4.1 表面活性剂含量对防结块效果的影响

表面活性剂的作用是将肥料颗粒表面由亲水性变为疏水性，以改善表面结晶性，降低肥料表面界面能，抑制成核作用，从而防止肥料颗粒吸湿结块[6]。不同表面活性剂含量的防结块剂对硝基复合肥(16- 5- 24)和尿基复合肥(25- 14- 6)的防结块效果如表1所示。

由表1可看出：防结块剂中表面活性剂含量越高，肥料的防结块效果越好；在其他表面活性剂含量不变的情况下，十八烷基伯胺质量分数在10%左右时的肥料结块率在1%左右。

表1 不同表面活性剂含量的防结块剂的防结块效果

4.2 油剂载体熔点对防结块效果的影响

由于在同一区域的不同季节，环境温度和湿度相差悬殊，为此，针对防结块剂中不同熔点的油剂载体棕榈油对尿基复合肥(25- 14- 6)的防结块效果进行了试验，试验结果如表2所示。

由表2可看出，棕榈油的熔点夏季在52 ℃左右、冬季在30 ℃左右时，肥料的结块率小于1%，能较好地控制肥料产品质量。

表2 棕榈油熔点对防结块效果的影响

4.3 肥料储存条件对防结块效果的影响

在防结块剂组成均为w(棕榈油)为64%、w(硬脂酸)为15%、w(十八烷基伯胺)为10%、w(石蜡)为8%、w(其他)为5%的条件下，肥料储存条件对尿基复合肥(25- 14- 6)防结块效果的影响如表3所示。

表3 储存条件对防结块效果的影响

从表3可看出：在使用相同防结块剂及码垛高度相同的条件下，湿度在80%以上时，肥料的结块率较高；码垛高度在40袋平放及以上，肥料的结块率越高；在同一湿度条件下，码垛高度越低(20袋平放)，肥料的结块率越低。

5 结语

(1)为克服现有防结剂在气味、降解性、季节性喷涂的均匀性、成本等方面的问题，利用植物油剂、表面活性剂、固体石蜡等物料制备出一种绿色防结块剂。

(2)通过调整棕榈油的熔点，得到适合不同季节应用的防结块剂，可有效解决高塔复合肥、滚筒造粒复合肥、掺混肥的结块问题，提高了产品的品质。

(3)制备的防结块剂中表面活性剂含量高、亲水性和铺展性能好，能有效降低颗粒表面自由水含量。

(4)肥料在储存过程中，应充分考虑环境湿度和码垛高度对产品质量的影响。