Способ получения гранулированных калийсодержащих удобрений

 

Изобретение относится к технике получения гранулированных калийсодержащих удобрений путем грануляции прессованием смеси хлорида калия с мочевиной и другими минеральными компонентами. Сущность способа состоит в том, что используют хлорид калия с влажностью 1-10%, а в качестве минерального компонента - прокаленные доломиты или известняки в количестве 5-40% от массы гранулированного удобрения, а также азот и/или фосфорсодержащие соединения, содержание которых в гранулированном калийсодержащем удобрении определяется требованиями конкретных сельскохозяйственных потребителей. Использование изобретения позволяет упростить процесс, снизить энергозатраты за счет снижения затрат на нагрев реакционной массы до температуры плавления, сушку хлорида калия. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к производству гранулированных калийных солей, используемых в качестве удобрений в сельском хозяйстве.

Широко известны способы получения гранулированного хлористого калия путем прессования смеси хлористого калия с добавками с последующим дроблением, прессованием дробленого материала и возвратом мелкодисперсного материала на повторное прессование (см., например, авт. св. SU N 648517, кл. C 01 D 3/22, C 05 D 1/02, 1979; авт. св. SU N 905224, кл. C 05 D 11/04, B 01 J 2/22, 1982; авт. св. SU N 990755, кл. C 05 D 1/02, 1983; SU N 10303349, кл. C 05 D 1/02, C 01 D 3/22, 1983).

Гранулированный хлористый калий, содержащий в качестве добавок соединения азота, фосфора и др., применяется в сельском хозяйстве для обеспечения роста различных культур. При усвоении растениями калия ион хлора накапливается в грунте, закисляя почву, и для его вывода проводят ее известкование. К закислению почвы ведет также применение и других видов удобрений. В качестве известкующего материала используют прокаленные известняки и доломиты. В последнем случае в почву вводится также необходимый растениям магний (см., например, о применении магния вместе с калием в удобрениях: Why apply magnesium with potash. Phosphorus and Potassum, 1989, N 161, May-Jule, p. 20 - 28 англ.).

Однако при раздельном внесении калийных солей и известкующих материалов в почву практически невозможно достичь оптимального агрохимического эффекта, а смешение гранулированного хлористого калия с мелкодисперсным доломитом не позволяет получать однородную смесь вследствие ее сегрегации при транспортировке, хранении и внесении в почву, что также существенно снижает эффективность от ее использования. Кроме того, продукт пылит и вызывает раздражение кожи и слизистых оболочек тела обслуживающего персонала.

Известен способ получения гранулированного калийного удобрения путем введения добавок в мелкозернистый хлористый калий, прессования смеси, дробления и классификации гранул (SU N 1096265, кл. C 05 D 1/02, 1984).

Полученное удобрение наряду с калием содержит азот (мочевину) и имеет ограниченную растворимость за счет применения спиртово-дрожжевой бражки. Однако при внесении хлористого калия в почву ион калия сорбируется грунтом, в то время как ион хлора является подвижным и выводится с грунтовыми водами в виде хлоридов кальция и магния. Поэтому создание труднорастворимого хлорида калия представляется агрохимически малоэффективным.

Известен способ получения гранулированных удобрений (прототип) путем грануляции смеси мочевины с калийными солями и другими минеральными компонентами при температуре плавления наиболее низкоплавкого компонента, например мочевины, отличающийся тем, что с целью упрощения и интенсификации процесса в качестве калийной соли применяют хлористый калий, предварительно нагретый до температуры, способствующей плавлению мочевины (см. SU 309931, кл. C 05 C 9/00, 1971).

Недостатком известного способа является повышенный расход энергозатрат на нагрев реакционной массы до температуры плавления наиболее низкоплавкого компонента, например мочевины, а также на сушку хлорида калия, используемого в производстве гранулированного калийного удобрения.

Целью изобретения является упрощение и интенсификация процесса со снижением энергозатрат и получением гранулированного калийсодержащего удобрения, содержащего добавки, снижающие вредное воздействие хлорида-иона на рост сельскохозяйственных культур.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа, включающего грануляцию прессованием смеси хлорида калия с мочевиной и другими минеральными компонентами, используют хлорид калия с влажностью 1 - 10 мас.%, а в качестве минерального компонента - прокаленные доломиты (известняки) в количестве 5 - 40% от массы гранулированного удобрения. В качестве минерального компонента используют азот и/или фосфорсодержащие соединения, содержание которых в гранулированном калийсодержащем удобрении определяется требованиями конкретных сельскохозяйственных потребителей.

Сущность способа заключается в следующем. Хлористый калий с влажностью 1 - 10% смешивают с мочевиной (карбамидом) и прокаленным доломитом или известняком, взятым в количестве 5 - 40% от массы тукосмеси. В зависимости от требований конкретных сельскохозяйственных потребителей в тукосмесь до подачи доломита (магнезита) или одновременно подают азот и(или) фосфорсодержащие соединения, например нитраты аммония натрия, сульфат аммония и др. - в качестве азотсодержащего соединения, и(или) фосфоритную муку, простой или двойной суперфосфат, диаммоний-фосфат и др. - в качестве фосфорсодержащего соединения. При этом в зависимости от требований конкретных сельскохозяйственных потребителей могут быть получены, например, удобрения N:K₂O = 1: 1; P₂O₅:K₂O = 1:1; N:P₂O₅:K₂O = 1:1:1 и др.

Полученная тукосмесь подвергается прессованию, размолу и классификации по классу, например, 1 - 4 мм. Мелкие классы возвращаются на прессование, а крупные - на размол с последующей классификацией.

В отличие от известных способов для приготовления тукосмеси используют хлорид калия с влажностью 1 - 10% без предварительной его сушки и нагрева. Влажность ≈1% имеет хлористый калий при хранении и транспортировке стандартного продукта, а влажность менее 10% имеет продукт, получаемый после фильтров на действующих калийных предприятиях.

При добавлении к влажному хлористому калию прокаленного доломита (известняка) происходит взаимодействие окиси кальция, содержащегося в прокаленном сырье, с водой по реакции CaO + H₂O _→ Ca(OH)₂ Одновременно наблюдается взаимодействие окиси магния с водой и углекислым газом, содержащимся в воздухе по реакции 2MgO + H₂O + CO₂ _→ Mg(OH)₂˙MgCO₃ Таким образом, происходит химическое связывание воды, содержащейся в тукосмеси, с образованием сухого сыпучего хорошо прессуемого продукта. Наличие в тукосмеси прокаленного доломита, известняка позволяет также не сушить дополнительные минеральные компоненты, применяемые при приготовлении тукосмеси в соответствии с конкретными требованиями сельскохозяйственных потребителей, а также принимать специальные меры с целью предотвращения увлажнения продукта в трактах грануляционной установки.

Кроме того, подогрев материала, обусловленный взаимодействием с водой окиси кальция упрощает процесс грануляции, т.к. исключается операция подогрева тукосмеси.

В соответствии с предлагаемым способом в качестве минерального компонента используют прокаленные доломиты (известняки) в количестве 5 - 40% от веса гранулированного удобрения.

При снижении концентрации указанного компонента менее 5% появляется опасность неполного связывания воды, содержащейся в тукосмеси, что приводит к прекращению процесса грануляции методом прессования. Кроме того, полная норма внесения известковых продуктов колеблется в основном в пределах 2 - 10 т/га при известковании 1 раз в 6 - 13 лет (Справочник агронома нечерноземной зоны. - М.: Агропромиздат, 1990, с. 91 - 98).

При нейтрализации физиологической кислотности калийной соли норма CaCO₃ составляет 1,2 ц на 1 ц удобрения (см. с. 97 табл. 56) или 0,7 т прокаленного доломита на 1 т KCl.

При содержании хлорида калия в N K удобрении ≈50% (N:K₂O = 1:1) необходимо 0,35 т доломита/т гранулированного удобрения внести в среднем в течение 7 лет или 0,05 т/год. Таким образом, при содержании в гранулированном удобрении 5% прокаленного доломита (известняка) будет обеспечена минимальная норма внесения материала для снижения физиологической кислотности этого удобрения при внесении его по норме 50 кг/га.

Однако для ряда регионов, имеющих кислые и слабокислые почвы, расход известкующих удобрений возрастает в 3 - 8 раз. Учитывая изложенное и то, что в прокаленном доломите содержание MgO составляет 40 - 60% и в прокаленном известняке - 10 - 20%, а магний, как широко известно, является биологически активным компонентом, необходимым для роста сельскохозяйственных культур, максимальное содержание доломита (известняка) в удобрении определено в 40%. Дальнейшее увеличение содержания известкующего компонента в калийсодержащем удобрении возможно, но ведет к снижению выхода гранулированного продукта в процессе прессования.

Следует считать, что оптимальной концентрацией прокаленного доломита (известняка) является 10 - 20%. При этом наблюдается гарантированное связывание влаги, содержащейся в тукосмеси, и полученный продукт имеет массовое применение.

Пример 1. 1000 мас. ч. хлорида калия (KCl - 95%, NaCl - 3,2%, H.O. - 0,8%) с влажностью 1% смешивали с 1298,9 мас.ч. мочевины с содержанием 46,2% N и 0,5% H₂O и 1533,0 мас.ч. доломита состава: 41% MgO и 59% CaO.

Полученную смесь подвергли прессованию на валковом прессе при нагрузке 3 т/пог. см, после чего размололи и классифицировали по классу 2 - 4 мм. Крупные фракции (+4 мм) подвергли дополнительному размолу и классификации, а мелкие фракции (-2 мм) вернули в голову процесса на повторное прессование совместно с исходной тукосмесью. Объем ретура составил 100% от исходной смеси. Получили продукт K₂O:N:CaO:MgO = 1:1:1,5:1 и имеющий следующий химический состав: 15,7% K₂O, 15,7% N, 23,6% CaO, 16,4% MgO.

Динамическая прочность гранул - 82%, что соответствует требованиям ГОСТ на гранулированный продукт.

Пример 2. 1000 мас.ч. хлорида калия с влажностью 10% смешивали с 1168,5 мас.ч. мочевины и 114,5 мас.ч. прокаленного доломита.

Полученную смесь подвергли грануляции методом прессования с получением продукта с соотношением K₂O:N:CaO:MgO = 1:1:0,1:0,1, имеющего следующий химический состав: 23,6% K₂O, 23,6% N, 3,0% CaO, 2% MgO.

Динамическая прочность гранул - 80%.

Пример 3. В соответствии с примером 1 получили смесь состава K₂O:N:P₂O₅ = 1:1:1 путем добавления двойного суперфосфата в количестве 1873,9 мас.ч. и 2782,0 мас.ч. прокаленного известняка.

Получили продукт, имеющий состав: 8,6% K₂O, 8,6% N, 8,6% P₂O₅, 36% CaO, 4% MgO.

Динамическая прочность гранул 83%.

Пример 4. В соответствии с примером 3 получили смесь состава K₂O:N:P₂O₅ = 1: 2:1, в которую для увеличения доли азота добавили нитрат аммония в количестве 1762,5 мас.ч.

Пример 5. Для получения гранулированного продукта состава K₂O:N:P₂O₅ = 1: 1:2 использовали хлористый калий, мочевину и нитрат натрия (20% мочевины, 80% NaNO₃) и фосмуку, а затем добавили к смеси прокаленный доломит из расчета получения его в гранулированном продукте 40%.

Получим продукт состава: 4,35% K₂O, 4,35% N, 8,7% P₂O₅, 23,6% CaO, 16,4% MgO.

Формула изобретения

1. Способ получения гранулированных калийсодержащих удобрений путем грануляции прессованием смеси хлорида калия с мочевиной и другими минеральными компонентами, отличающийся тем, что используют хлорид калия с влажностью 1 - 10 %, а в качестве минерального компонента прокаленные доломиты или известняки в количестве 5 - 40% от массы гранулированного удобрения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве минерального компонента используют азото и/или фосфорсодержащие соединения.