提高磷酸二铵产品平均主导粒径的技术与应用

张雪峰，曾志伟

（云南云天化股份有限公司，云南 昆明 650228）

0 前言

我国磷复肥工业经历了60 多年的发展历程，特别是近20 年的高速发展，已经进入产能过剩的时代。磷酸二铵（DAP）是被农资市场广泛认可的高浓度肥料，既可直接作为基肥或追肥，适用于喜氮需磷作物，亦可作为原料与氮、钾及其他作物所需的元素掺混为掺混肥（BB肥）。

有研究显示，基础肥料的粒径差异将影响掺混肥产品施用的精准度，造成养分的不均匀性［1-2］，原料基础肥料的SGN 值（Size Guide Number，主导粒径）是影响掺混肥养分分离状况的主要物理特性［2-3］。

1 磷酸二铵SGN值的概念与意义

1.1 磷酸二铵SGN值简述

SGN 由加拿大学者开发［4］。国家标准GB 21633—2008 附录B 中指出［3］，SGN 即平均主导粒径，是指根据质量分数50%以上所在两筛间物料的平均粒径，反映的是主导粒径的大小。磷酸二铵SGN 值为颗粒粒径大小（mm）的100 倍，如检测计算后SGN值为315，即该磷酸二铵产品的平均粒径为3.15 mm。SGN 值越小，则产品颗粒整体粒径越小；反之，则产品颗粒整体粒径越大。

1.2 磷酸二铵SGN值的意义

国标GB 21633—2008［3］指出，原料基础肥料的SGN 值一般在280 ～340 比较适合掺混。导致掺混肥出现分层及养分分离现象的因素有很多，如原料基础肥料的密度、离子强度、粒径和粒径分布等，其中粒径的影响最为显著［5］。SGN 值和UI 值（均匀度指数）是反映肥料产品粒径的常用指标［6］，目前已广泛应用于磷复肥生产领域，作为产品内控标准。磷复肥企业主动供应适宜SGN值的磷酸二铵产品，是BB肥市场自然选择的结果，不少BB肥企业采购合同中明确列出了SGN值要求。

同时，大颗粒磷酸二铵产品（SGN值高）相对小颗粒产品（SGN 值低）粉尘含量低，粒子强度高，不易破碎和结块，利于较长距离的运输。而且，大颗粒肥料产品适于规模化种植的机械化施肥。

2 影响磷酸二铵SGN值的因素

2.1 设备因素

2.1.1 造粒机

磷酸二铵生产过程中，造粒机内的喷浆造粒通过将雾化料浆涂布、黏结在抄扬返料形成的料幕颗粒上使颗粒长大［7］。造粒机内成粒过程同时存在径向偏析与轴向偏析，颗粒群在造粒机（回转圆筒）内运动一段距离后，轴向偏析才能达到最佳状态。造粒机内物料成粒进程中，料幕密度是影响物料SGN 值的关键因素。一般而言，料幕密度越小，颗粒增大得越快、越不均匀，且管式反应器（或中和槽）喷射的料浆易穿透料幕，直接黏附在造粒机筒壁形成结疤；反之，参与成粒的细小颗粒越多，料浆越难以均匀涂布，影响造粒工况。造粒机内料幕密度与造粒机转速、直径、挡料圈高度有关。

2.1.2 筛网

工艺运行平稳、造粒工况良好的情况下，造粒机出口物料粒径分布为：≤2 mm 占比10% ～30%，2 ～4 mm占比50%～70%，≥4 mm占比5%～15%。此时合理的筛网孔径是获得成品理想SGN值的必要因素。笔者取造粒机出口物料500 g，选用不同孔径筛网组合进行模拟振动实验，振动器型号为XSB-88，振击次数为147次/min，振动时间为120 s，之后取两筛网间成品检测计算其SGN值，结果见表1。

表1 磷酸二铵产品筛分模拟实验结果

由表1可知，对于相同的原料，采用不同的筛网组合，其SGN值差异明显；模拟实验2筛分后的产品SGN 值达328，但其筛除的产品中合格粒子（2 ～4 mm）比例高达62%，造成不必要的经济损失；模拟实验3 筛分后的产品SGN 值为312，其筛除的产品中合格粒子（2 ～4 mm）比例为42%，可作为系统返料。

2.1.3 破碎机

磷酸二铵生产流程中，筛分后不合格的大颗粒物料经破碎机破碎后进入返料系统，如破碎机选型不佳或破碎性能不佳，返料中大颗粒物料占比过高，易导致造粒工况恶化。

2.2 工艺因素

2.2.1 料浆水含量、喷射角度

料浆中一定比例的液相利于成粒和颗粒长大，也有利于生产装置的水平衡。料浆水含量过低，自成粒作用增强，产品细粉增多［7］，而且导致料浆输送困难，喷口堵塞，喷浆不均进而粘结成块或大颗粒［7］。部分企业也用料浆相对密度来反映料浆水含量。

料浆喷射角度过小，料浆易喷射至造粒机内壁而形成结疤，使造粒工况恶化；反之雾化效果差。

2.2.2 返料比

涂布造粒为料浆均匀涂布在返料颗粒上，在工况良好的情况下，以涂布造粒为主。实际生产中一般以造粒机出口物料干湿程度及粒径分布状况调节系统返料比。返料比过高，易造成粒子偏细；反之，料浆易喷射至造粒机内壁形成结疤。

2.2.3 二次通氨量

磷酸二铵生产过程中，料浆n（N）/n（P）（也称中和度）为1.4 ～1.6，造粒机内二次通氨后可提高至1.7 ～2.0。二次通氨除具有提氮蒸水作用外，还影响物料粒径，使得物料颗粒失水过多，外表黏结性下降，粒径无法顺利长大。实际生产中可通过调整二次通氨量来调控造粒机物料干湿程度及粒径分布状况。

3 提高磷酸二铵SGN值的技术措施及应用

根据磷酸二铵SGN值的影响因素分析结果，制定提高磷酸二铵SGN 值的措施。选择公司1 套300 kt/a 多功能复混肥装置实施生产，可根据市场需求，生产磷酸二铵，磷酸一铵，高、中、低浓度复合肥，硫磷酸铵等系列肥料，其生产工艺流程为普通传统法工艺流程，同时配有管式反应器与中和槽（料浆制备）。根据客户需求，磷酸二铵产品SGN目标值为280 ～340。之前产品SGN 值为260 ～305，为进一步提高产品质量，在不改变工艺流程及主体设备的情况下，采取了如下技术措施。

3.1 设备改进

3.1.1 选用新规格的筛网

根据筛网模拟实验结果，利用检修机会，更换装置振动筛筛网，新筛网规格为粗筛3.8 mm×3.8 mm、细筛2.8 mm×2.8 mm（装置原筛网规格为粗筛3.5 mm×3.5 mm、细筛2.5 mm×2.5 mm）。筛网更换后，成品包装系统输出更多符合SGN值（280 ～340）要求的磷酸二铵成品。

3.1.2 造粒机内壁安装胶板

为减轻结疤等现象，在造粒机内壁安装胶板，胶板表面光滑，料浆不易在在胶板上形成结疤。即便形成结疤，在造粒机筒体通气孔的配合下，结疤也易脱落。造粒机内壁不结疤或很少结疤，有利于造粒工况的稳定，以及工艺调整与优化。

3.2 工艺调整与优化

3.2.1 调整料浆喷射角度

将料浆喷射角度适当下倾（由45°调至43°），此时料浆与料幕的距离缩短，雾化料浆落入料层后还有相当部分具有黏结性，使黏结成粒量增加，物料颗粒长大［7］，有利于提高产品SGN值。

3.2.2 调整造粒洗涤液相对密度

生产实践中，料浆由造粒洗涤液与氨反应制得，料浆水含量的高低很大程度上与造粒洗涤液相对密度有关。之前为提高装置产能，造粒洗涤液相对密度控制为1.55 ～1.60。为增加料浆液相量，利于颗粒长大，将指标控制范围下调为1.53 ～1.57。

3.2.3 调整二次通氨量

适度减少二次通氨量，保持造粒物料微潮，利于颗粒长大，提高产品SGN值。

4 结语

在不改变现有工艺流程及主体设备的情况下，通过采取上述技术措施，该装置连续生产15 d，共45个批次，磷酸二铵产品SGN均值为312，最小值为290，最大值为325；同时UI 均值为61。实现了既定目标，既达到合同标准，提高了磷酸二铵产品的市场竞争力，也为公司磷酸二铵产品SGN值的提高探索了一整套行之有效的技术方法。