固体大量元素水溶肥料结块因素分析及防控措施

周晶晶，苏小林

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北 钟祥 431910）

0 引言

我国磷复肥生产从2007 年以来进入产能过剩期，虽然消费量逐年上升，但利润非常微薄。2016年12 月开始，磷酸二铵行业围绕着“集体限产”和“联合挺价”两方面召开多次会议，提议以一年为周期，各大磷酸二铵企业联合限产30%左右，以缓解产能过剩压力。磷复肥企业纷纷转型，开发新产品。同时，随着我国水资源与矿物资源短缺问题日益严重，以水溶性肥料为代表的新型肥料备受关注。水肥同施、以水调肥不仅能节水节肥，提高水肥利用率，而且能减少劳动力投入，提高生产效率。在国家提倡发展节水节肥农业的大背景下，越来越多的企业顺应时代潮流，投身水溶肥料产业［1］。

大量元素水溶肥料是指以大量元素氮、磷、钾为主要成分，经水溶解或稀释，用于灌溉施肥、叶面施肥、无土栽培、浸种蘸根等用途的液体或固体肥料［2］。固体大量元素水溶肥料以粉剂为主，在生产、包装和储运过程中受原料特性，环境温度、湿度和储存堆压等因素影响易结块。结块产品不仅给用户施用带来不便，而且影响产品销量。为此，笔者从原料特性、包装袋类型及尺寸、环境温度、堆存压力和防结块剂等方面分析固体大量元素水溶肥料结块因素。

1 原料特性

固体大量元素水溶肥料所用原料主要有硫酸铵、氯化钾、磷酸一铵、磷酸二氢钾、尿素、硫酸钾、硝酸钾、硝酸铵等。这些原料具有不同的吸湿点，原料混合后也会导致吸湿性发生变化。比如，在30 ℃条件下，尿素的临界相对湿度为75.2%，硝酸铵的临界相对湿度为59.4%，当尿素与硝酸铵两种原料混配后，其混合物的临界相对湿度为18%。通常尿素与硫酸铵、尿素与氯化铵等混配后混合物的临界相对湿度都在60%以下。

因此，在进行配方设计时应注意原料混合后的临界相对湿度，减少吸湿结块［3］。同时，根据生产排产计划，合理安排生产原料库存。

2 包装袋

固体大量元素水溶肥料因其养分利用率高，每公顷施用量较普通复合肥料少，故主要的包装规格为20 kg 和5 kg。以包装规格为5 kg 的20-20-20 固体大量元素水溶肥料为例，对使用不同类型、不同尺寸包装袋时，其产品结块情况进行研究分析。

2.1 包装袋的类型

包装袋的类型有单内膜编织袋、双内膜编织袋、内覆膜编织袋、铝塑包装袋、密封厚膜袋、带呼吸阀密封厚膜袋。在包装袋尺寸相同的情况下，将正常生产的产品采用不同类型包装袋分别包装，每种包装袋均按五花垛进行码垛，每层5袋，垛高24 层。在仓库中存放90 d 后抽样，并按照重量法检测产品结块率，结果见图1。

图1 不同类型包装袋对产品结块率的影响

从图1 可知，不同类型包装袋防结块效果不同。内覆膜编织袋的防结块效果最差，其主要原因是相较于单内膜编织袋和双内膜编织袋，内覆膜编织袋灌入产品后，内覆膜和编织袋之间无空气缓冲区，产品在灌装和运输过程中对膜产生的摩擦力相对较大，易造成内膜破损。内膜破损后，产品将直接与外界空气中的水分接触，加速结块。铝塑包装袋、密封厚膜袋和带呼吸阀密封厚膜袋较编织袋的防结块效果要好，主要是因为铝塑包装袋、密封厚膜袋和带呼吸阀密封厚膜袋采用热熔塑封，编织袋采用缝包机线缝，线缝封口的密封效果较热熔塑封效果差。另外，铝塑包装袋和密封厚膜袋相较普通内膜编织袋耐磨性更好。

对于需求量较大、储存时间相对较短的固体大量元素水溶肥料，包装袋可选择20 kg规格的双内膜编织袋，不仅提高包装能力，也能降低包装成本。对于需求量相对较小、养分含量高的高附加值固体大量元素水溶肥料，选择5 kg规格铝塑包装袋、密封厚膜袋和带呼吸阀密封厚膜袋，防结块效果相差不大，但带呼吸阀密封厚膜袋成本稍高。在高温高湿的南方地区，选择带呼吸阀密封厚膜袋。密封厚膜袋上安装单向呼吸阀，可避免肥料吸收空气中水，同时环境温度变化引起袋内气体热胀冷缩，单向呼吸阀可排出多余气体和部分物质在高温环境下反应分解产生的气体及水分，不仅可以减缓结块速率，而且可以防止胀包现象。

2.2 包装袋的尺寸

5 kg规格的带呼吸阀密封厚膜袋尺寸有480 mm×300 mm、500 mm × 300 mm、520 mm × 300 mm、550 mm×300 mm、550 mm × 350 mm。将正常生产的产品用不同尺寸的包装袋分别包装，并按五花垛进行码垛，每层5袋，垛高24层，在仓库中存放90 d后，抽样按照重量法检测产品结块率，结果见图2。

图2 不同尺寸包装袋对产品结块率的影响

由图2可知，不同尺寸包装袋包装时，固体大量元素水溶肥料防结块效果相差不大。相对而言，包装袋尺寸越大，防结块效果越好。原因是尺寸大的包装袋，在搬运和储存过程中，肥料流动空间相对较大，使得肥料具有相对较大的松散度，减少物料表面的接触面积。

在选择包装袋的尺寸时，要从防结块效果、成本以及产品装容量带给消费者的观感3个方面综合考虑。

3 环境温度

固体大量元素水溶肥料结块问题主要发生在夏季的华南市场和冬季的东北市场。夏季的华南市场高温天气居多，冬季的东北市场极低温天气较多。

用5 kg规格密封厚膜袋包装正常生产的20-20-20固体大量元素水溶肥料，在不施加压力情况下，在不同环境温度下储存72 h后，采用重量法检测结块率，结果见表1。

表1 不同环境温度对产品结块率的影响

由表1可知，极端低温和极端高温条件下，结块速度均会加快。但温度达到70 ℃时，会出现明显的胀包现象。在-18 ℃下，固体大量元素水溶肥料中所含水分和袋中空气中所含水分固结，使肥料结块加剧；而在50 ～70 ℃时，随着温度升高，肥料的临界相对湿度降低，颗粒表面吸水能力增强，结块现象加剧。固体大量元素水溶肥料是根据配方选取的多种原料经过物理方法生产的复混肥料，生产过程中不会发生化学反应，但在高温条件下，部分原料会发生化学反应，生成气态物质。例如，尿素在60 ℃时开始水解，80 ℃时水解速度加快，145 ℃以上有剧增趋势。一般认为尿素水解最初转化为甲铵，最后分解成NH3和CO2。

针对华南和东北市场的特殊情况，一是选择带呼吸阀密封厚膜袋进行包装；二是在安排发运固体大量元素水溶肥料时，华南市场尽量避开夏季，东北市场尽量避开冬季；三是减少仓储时间，从而降低环境温度变化导致的肥料结块。

4 堆存压力

固体大量元素水溶肥料一般为粉剂，相较粒状而言，其分散性更好，物料之间的空隙更小。故一般情况下，粉剂产品的堆存高度小于粒状产品。5 kg带呼吸阀密封厚膜袋包装的20-20-20 产品，按五花垛进行码垛，每层5袋，垛高分别为8层、16层和24 层。在仓库中存放90 d 后抽样，按照重量法检测结块率，结果见图3。

图3 不同垛高对产品结块率的影响

由图3可知，随着垛高增加，肥料结块率缓慢增加。储存压力增大，会增加物料间的接触面积，易发生晶体交联，使肥料结块加速。因此易结块的大量元素水溶肥料应避免堆放过高。由图3 可知，当垛高小于16 层时，大量元素水溶肥料的结块率随压力的增大而缓慢升高；当垛高大于16 层时，结块率升高趋势明显。

因此，不考虑仓储能力的情况下，垛高越低越好。但在企业经营过程中，确定大量元素水溶肥料的堆存垛高时，不仅需要考虑垛高对产品结块的影响，还要考虑企业实际仓储能力和仓储的流动速度。

5 防结块剂

随着近几年水溶肥料的快速发展，针对水溶肥料的防结块剂也迅速发展起来，一般分为水溶性固体型防结块剂和水溶性液体型防结块剂。针对大量元素水溶肥料主要为粉剂、且易吸湿结块的特性，应选择粉状的水溶性固体型防结块剂，例如碳酸钾、无水硫酸镁等无机盐型和十二烷基苯磺酸钠等水溶性表面活性剂型［4-6］，尽量减少水分和水不溶物进入产品中。

6 结论

（1）在设计肥料配方时，选择合适的配伍原料，避免尿素与硝酸铵、尿素与硫酸铵、尿素与氯化铵等配伍禁忌。因硝酸铵极易结块，且属于易爆危化品范围，配方中应不选硝酸铵或尽量减少其用量。

（2）在选择包装袋时，根据产品氮养分、产品需求量、包装袋的成本和包装袋的防结块效果综合考虑。w（N）≥20%、需求量相对较小的产品选择5 kg规格的带呼吸阀密封厚膜袋；w（N）＜20%、需求量相对较小的产品选择5 kg规格的密封厚膜袋；需求量相对较大的产品选择20 kg 规格的双内膜编织袋。袋子尺寸在满足消费者观感的充填量（一般在70%～80%）下，以最小成本选择最大的尺寸。

（3）根据华南和东北两大销售区域，以销定产，尽量减少储存时间。同时，避免或减少在高温或低温天气生产、发货。

（4）固体大量元素水溶肥料的堆存高度最高以16层为宜。

（5）固体大量元素水溶肥料的防结块剂选择固体粉剂。在防结块效果相近的情况，尽量选择绿色环保型防结块剂，比如碳酸钾、无水硫酸镁等含有植物所需营养元素的无机盐类。