基于复硝酚钠和柠檬黄的复合肥防结块研究

季佩高 屈叶飞 李亮 李自为（江苏省地矿局第六地质大队，江苏 连云港222023）

0 引言

民以食为天，食源于农业。复合肥是农作物生长的粮食，具有养分含量充足、主要营养元素丰富，利于植物吸收，颗粒均匀等优点，与单个普通化肥相比，其能够很好的使农作物增产增收。不过复合肥的结块问题，长期以来一直困扰着这项产业的发展。开展复合肥的结块机理研究既是国家、行业经济发展的需要，更是肥料企业立足市场经济得以生存的必由之路。

中国是农业大国，人口多、土地资源少，耕地资源相对紧缺；粮食产量的增长主要依赖单产的提高，其中，化肥发挥着重要作用。2010 年全国化肥年产量已达到6000 万吨（折纯）以上，2016年达7005万吨（折纯），其后保持在7000万吨（折纯）左右，产量和消费量均居世界第一。然而，我国的化肥施用量的复合化率却不高。

国务院《关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》中提出种植结构优化调整，倡导绿色、生态、有机农业，同时继续推进农药化肥零增长的目标。2015年农业部《化肥使用量零增长行动方案》中，提出了到2020年实现化肥用量零增长的目标。《方案》的提出和实施将倒逼国内化肥利用率提升，由于复合肥的利用率比单质肥更高，因此有望提高复合肥的使用比重。截止到2015年，中国化肥施用量的复合化率为36%，远低于全球50%、发达国家70%～80%的水平，复合化率还有较大的提升。

世界复合肥的生产和施用正朝着高浓度、复合化和专用化的方向发展，我国的现代化农业发展正快速进行，根据测土配方精准施肥已成主流，作物养分供给保障充足。复合肥的结块问题已成为影响复合肥质量的重要原因之一，也是困扰复合肥生产企业的难题。要在市场竞争中取胜，关键就是要提高产品质量，产品质量提高的最有效、最主要途径之一就是正确解决复合肥的结块问题。因此，研究复合肥结块机理，防止复合肥结块，改善复合肥的外在品质早已是行业内的共识，也符合复合肥生产企业的实际需求，对于推动我国复合肥产业的健康快速发展具有重要的现实意义。

1 复合肥结块机理

复合肥结块主要受肥料颗粒内、外在因素的影响，如：原料的性质、化学组成、粒度、湿度、温度和压力等，使肥料颗粒表面溶解并发生重结晶，从而在颗粒接触面上形成晶桥，使颗粒粘接在一起，慢慢地结块。日常生活中食品、化肥等时常有结块现象。目前，国内外对复合肥的结块原因的研究大致有以下几个基本理论机制：

1.1 毛细粘合

复合肥颗粒表面受张力影响，容易产生毛细管吸附，促使肥料结块。由于毛细管吸附力的存在，在颗粒相接触的位置形成液面，使弯月面上的水的饱和蒸汽压低于外部的饱和蒸汽压，外部水蒸气扩散至晶粒间，使相邻颗粒间容易发生吸潮导致结块。

1.2 晶桥连接

肥料在存放时颗粒温度变化大，水分迁移的现象时有发生，肥料颗粒发生溶解导致重结晶，颗粒之间出现晶体，形成晶桥，这是复合肥结块的主要原因。从物理、化学角度分析原因存在复合肥料生产使用原料的吸湿性具有差异性，吸湿点越高，吸湿性越弱，反之则越容易发生结块。

1.3 化学作用

复合肥料在成球过程中受温度的影响，部分原料通过相互作用发生反应，产生尿素—磷铵等复合型聚磷酸盐，颗粒间重新出现结晶，导致肥料结块。

1.4 塑性形变理论

肥料受热量影响随着复合肥包装热量从颗粒中心向外转移，易导致颗粒产生形变，而这种形变受压力增大而加剧，复合肥颗粒若受到挤压就可导致形变，从而发生结块现象。

2 影响复合肥结块的因素

2.1 内在因素

2.1.1 化学组成

原料的化学组成是影响肥料结块的内在因素。复合肥生产所用的原料主要包括尿素、氯化铵、磷酸一铵、磷酸二铵、重钙、氯化钾、硫酸钾等,这些原料的吸湿性都各有差异。当以上原料按比例混合后,临界吸湿点与单个原料相比大大降低,变得更易吸潮。如：磷酸一铵和尿素反应生成聚磷酸盐会产生水解。这些反应有的在装袋之后还在进行中，新的生成物之间必有粘连，这是化学反应作用起主要作用的原因。从100倍镜下观察可以看出复合肥常规品种原料的理化性质及形态（参见表1、图1-1～6）：

表1 复合肥主要原料的理化性质

图1-1尿素

图1-2磷酸一氨

图1-3氯化铵

图1-4氯化铵

图1-5氯化钾（左白钾）

图1-6氯化钾（右红钾）

2.1.2 水分含量

大部分物质的溶解度受温度的影响，温度升高时溶解度也随之升高，温度降低时复合肥表面就容易发生结晶。除此之外，水分含量高肥料颗粒硬度往往表现较差,在外部压力作用下就易发生变形，使肥料颗粒间接触面积增大，增加了颗粒之间的结合度。若颗粒的水分含量形变很低，肥料发生结块的可能性就越低；假如产品的水分含量控制不好，在一定温度下包装后的产品出现水分含量高的时候，在自然冷却过程中析出的结晶就越多，就越容易造成产品的结块。总的来说，氮含量高的复合肥需要的干燥程度也较高，高氮肥水分应该小于1%，常规肥水分应控制在2%以内。

2.2 外部因素

2.2.1 温度

温度是肥料结块的主要影响因素，主要体现在存放时的外界温度、包装时的产品温度。假如温度发生改变，肥料颗粒有一定的水分就会引起溶解—结晶的过程重复发生，促使晶桥生成形成结块。因此，在肥料存放的时候，应严格控制温度的变化，并保持良好的通风环境。包装时如产品温度过高，在复合肥的储存冷却的过程中，肥料中会有部分聚合副盐产生形成晶桥，从而发生结块现象。

2.2.2 压力

复合肥存放一般采用堆积的方式，堆积高度越高，部分颗粒受压力也就越大，复合肥颗粒形变的可能性和颗粒间的接触面积就越大，使晶体之间越容易发生交联，从而大大提升了结块的可能性。通过降低产品的堆积高度，可有效减小贮存压力，从而减小结块的可能性。

3 结果与讨论

对上述复合肥几块机理和影响因素分别进行了分析研究，从原料肥与成品肥的形态、生产过程、储存过程等分析研判，上述理论均是成立的，可能因为某一种条件起主要作用，就形成上述其中之一的理论。

结块是晶体常有的现象，但是并非所有的晶体都会结块，大部分晶体或物质并不会结块，例如：石英、长石、大米等，日常条件不可能结块。结块常常出现于可溶解的物质之中，如化肥、食盐等。如包装不好，复合肥颗粒表面吸湿潮解或包装时水分较高，毛细粘合作用就会成为结块的主要原因。如果成品肥的温度过高或强度不足，在压力的作用下，则很容易产生塑性形变而结块，此时塑性形变理论则起主要作用。与上述三种理论相比，认为“晶桥连接作用”、“重结晶作用”是复合肥结块的主要原因，肥料包装之后，存放在仓库中肥料颗粒中存在少部分水，不断从颗粒内部向外部迁移，颗粒表层出现溶液达到饱和程度时，受温度的变化会慢慢形成晶体，在颗粒之间就会有晶桥的生成，存放的时间越长，颗粒越发容易产生结块。有效应对该结块原因的措施是选择不易结块的原料，降低产品的含水量、包装温度，改善存储环境，提高颗粒强度，还可以添加防结块剂。

对复合肥贮存后从未结块到严重结块进行观察分析，从复合肥结块过程的表面形态来看，光滑——长毛——粘连——重度粘连，发现这一过程就是一个晶桥连接、重结晶的过程。参见表2、图2所示。

图2 成品肥结块过程：左上未结块，右上长毛，左下结块，右下重结晶粘连

表2 结块过程

4 结语

复合肥生产企业经营过程中一直存在结块问题，解决肥料结块的问题任重而道远。根据研究发现，导致复合肥结块的因素多种多样。因此，肥料的结块问题必须从结块机理出发，一步一步分析解决。要选择优质的原辅材料，优化生产过程参数控制，提升设备装置的性能，有效控制产品包装温度，改善储存环境，才能真正控制复合肥料发生结块。