專利名稱：用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法
技術領域：
本發明涉及一種硅鉀復合肥的生產方法，更具體地說，是涉及一種以甲長石為原料生產硅鉀復合肥的生產方法。
背景技術：
作物生長主要需16種必需的營養元素，就重要性來說，其中鉀元素居第三位。在中國農業施肥中，氮(N)、磷(P)、鉀(K)比例長期失調，低于合理的水平，尤其是鉀肥的比例失調更為嚴重。究其原因，是由于中國可直接用于生產鉀肥的鉀鹽資源較少，不能進行大量的鉀肥生產，不得不從國外大量進口。以1991年為例，全國年產鉀肥僅12.7萬噸，遠遠不能滿足農業發展的需要，當年進口鉀肥高達309萬噸。因此，尋找可以用于生產鉀肥的鉀資源，探尋新的鉀肥生產方法，以滿足農業生產的需要，對促進農業發展具有重要的現實意義。
中國可直接用于生產鉀肥的水溶性鉀礦資源雖然不多，但不溶性鉀礦資源卻十分豐富，種類繁多。鉀長石就是其中較重要的一種。通常人們將正長石和微斜長石都叫鉀長石。它們的化學組成相同，既含鉀又含硅，化學式為K2O.Al2O3.6SiO2，含K2O16.9％，Al2O318.4％，SiO264.7％。盡管鉀長石中氧化鉀的含量不算太高，但因它是最普遍的一種造巖礦物，在地殼中儲量大，而且分布廣，是許多含鉀硅酸鹽的主要組分。如能將這些鉀礦資源用于生產鉀肥，就克服了鉀肥生產資源短缺的問題，可大量生產鉀肥，對中國促進農業增產將產生不可估量的作用。
鉀長石有很穩定的Si-Al-O網絡結構，化學性質極穩定，除氫氟酸外，常溫常壓下幾乎不被酸、堿所分解。現有技術認為，低溫分解鉀長石必須以含氟物質作助劑，否則須在1800℃以上的高溫進行焙燒，改變其結構，提高其反應活性才能分解。本領域的研究人員對以鉀長石為原料生產鉀肥的方法已進行了多方面地探討，主要的方法有以下幾種1、直接法。將鉀長石、石灰石和煤(用作燃料)按一定比例磨制成粉料，加少量水混勻成球后進行高溫焙燒，利用氧化鈣破壞鉀長石礦物的結構，再研磨成粉，即為鉀鈣肥。配料焙燒可在立窯或普通窯內進行，也可在機械立窯內進行。此法提鉀成本低，但進入肥料中的硅元素仍是不溶性的，作為作物營養組分的硅元素仍未能得到利用，故肥效比較低，所制備的肥料不是硅鉀復合肥，也更不是緩釋硅鉀復合肥。
2、揮發法。將鉀長石與石灰石等其他原料在高溫下鍛燒，使鉀揮發逸出，然后加以捕集回收，然后制備含鉀量較高的肥料。為了解決大量殘渣的利用問題，并降低鉀肥的成本，較好的辦法是在水泥生產中，采用鉀長石或其他含鉀硅酸鹽巖石替代水泥配料中的粘土，以提高水泥配料中鉀的含量，得到含鉀量較高的窯灰鉀肥。采用該方法制取的鉀肥，硅元素仍是以不溶性組分進入肥料中，所得的肥料同樣不是硅鉀復合肥，也更不是緩釋硅鉀復合肥。
3、浸取法在一定溫度和壓力下用酸、堿或鹽等對礦石進行處理，使礦石中的鉀轉變為可溶性的物質，然后使其浸取出來，制成純度較高的氯化鉀、硫酸鉀等鉀肥。浸取法主要有食鹽法、石灰石焙燒法、酸法和堿法。
(1)食鹽法。其基本工藝為，食鹽與鉀長石配料磨細成球，在豎窯中于900℃進行焙燒，將食鹽加熱至熔融狀態，使熔融狀的食鹽與鉀長石進行液固相反應。由于過量的熔融食鹽存在，食鹽中的鈉將鉀長石中的鉀置換出來，生成納長石和氯化鉀，水浸后經分離即可制得氯化鉀產品。
(2)石灰石焙燒法。該方法的基本工藝為，石灰石與鉀長石配料后磨細成球，以油為燃料，在回轉窯中焙燒，溫度為1300℃。焙燒后的熟料主要成分是硅酸二鈣和可溶的鋁酸鉀。熟料磨細用水浸取，部分鋁酸鉀和水生成氫氧化鉀和氫氧化鋁沉淀。過濾洗滌除渣后，向濾液中通入CO2，進行第一次碳化反應，生成碳酸鉀、氫氧化鋁和碳酸鈣等，在一次過濾，濾液在116℃下蒸發濃縮至K2CO3含量為40％-50％，然后冷卻，濾去粗鉀肥。對所得的濾液通入CO2進行二次碳化，生成KHCO3晶體，分離得到KHCO3晶粒，然后在400℃下灼燒，即得到純度可達90％以上K2CO3。
(3)酸分解法。基本方法是，用硫酸和助劑在100℃的條件下對鉀長石進行分解制備硫酸鉀銨二元復合肥，副產聚氯化鋁、白炭黑。
(4)堿分解法。現有技術對該工藝方法研究較少，日本曾采用高溫高壓快速分解鉀長石的方法，即在100～400℃的條件下用NaOH-Ca(OH)2混合液高壓萃取鉀離子，經進一步加工制取鉀肥。鉀的浸出率為90％以上，硅的萃取率在2％以下。
上述以鉀長石為原料制取鉀肥的各種浸取法，所制取的鉀肥產品，不論是氯化鉀、或者是碳酸鉀，還是硫酸鉀銨，同樣都不屬于硅鉀復合肥，也更不是緩釋硅鉀復合肥，鉀長石中的硅組分仍沒有得到合理的利用。
硅肥是一種以含硅酸鈣為主的枸溶性礦物肥料，具有無毒無味無腐蝕及不易流失等特征，是植物所需的重要營養元素。試驗研究表明，硅肥對水稻、小麥、玉米、棉花、花生、大豆、油榮、甘蔗、薯類、果樹等農作物的生長都有重要的作用。在中國，一方面是很多地區的土壤缺硅，如長江流域70％的土壤缺硅，黃淮海區域及遼寧約有一半的土壤缺硅，缺硅的區域還在逐步擴大。另一方面是人們對硅肥在農作物生長中的作用認識不夠，硅肥的生產能力投資少，產量低，多年來農田基本沒有補加硅肥，對農作物的生長十分不利，特別是南方嚴重缺硅的酸性土壤，對水稻的生長非常不利。而硅肥的生產，在中國處于剛起步階段，目前大多是利用具有活性的含硅廢料來進行生產，如黃磷渣、廢鋼渣。以這些原料生產的硅肥是單一的硅肥，且可溶性不高，肥效也比較低。
農作物的增產與施肥量的多少有關，但更與農作物從肥料中有效吸收到的肥料營養組分多少有關。現有技術提供的氮磷鉀肥施用后，農作物的有效吸收率都比較低，如氮肥中氮的平均利用率僅為35％，隨雨水流失及逸入空氣的達45％，在土壤中被固定的占20％，磷肥與鉀肥的實際利用率更低，一般只有20％。最佳的施肥方式是根據作物需肥情況和土壤的供肥能力，多次少量的補充作物生長所需的各種營養元素。理想的辦法是生產一種可直接施于作物根際的肥料，并可根據作物生長時間的不同需要量來調節其養分釋放速度。這就是可控制釋放肥料，簡稱控釋肥(CRF)。可控釋放肥是當今肥料研究中的前沿課題。對于可控制釋放肥料的研究，日本、美國、歐洲、以色列和韓國等國已作了大量的工作。日本開發出了用合成物為包膜的尿素，可控制氮的釋放速度，氮在100天內僅釋放80％，氮的利用率可達到83.2％。主要用于水稻施肥。美國、歐洲、日本開發生產的控釋肥，除了采用聚合物、石臘、硫化物等材料作包膜外，還開發生產出以緩釋性或微溶性的化合物，如尿醛化合物、磷酸銨鎂、草酰氨等材料作為包膜的控釋肥。中國樂喜施磷復肥技術研究所推廣中心推出的二價金屬磷酸銨鉀鹽包裹尿素，包層所形成的納米級的孔道占90％以上，可以大大延長肥效作用時間，釋放期可達90～120天。但現有技術還沒有開發出本身就是一種含有多種植物營養組分，除可直接施用外，又可作為尿素等速效氮肥緩釋包膜的緩釋復合硅鉀肥。
發明內容
針對肥料生產技術領域存在的可直接用于生產鉀肥的可溶性的鉀礦資源短缺，鉀肥的需求量大和廣大地域的土壤需補充硅，而硅肥的產量又低，本發明目的是提供一種以儲量極為豐富且又十分廉價的鉀長石為原料，通過將其所含的不溶性鉀、硅成分轉化為枸溶性成分，在土壤中能緩慢釋放，具有較高肥料利用率的硅鉀復合肥制備方法。按本發明的方法制備的緩釋硅鉀復合肥，即可作為一種直接施用的復合肥料，也可進一步作為其它速效化肥的可控包裹劑。
本發明的主要思路是根據鉀長石的成分，通過加入適當的添加劑，在高溫下使鉀長石的化學鍵解體，經過淬冷降溫處理，形成非晶態玻璃體，使其所含的硅、鉀成分轉變為枸熔性硅鉀溶出體，轉變為緩釋肥。所得的復合肥料，既能使物系處于相對穩定的狀態，又能在一定的土壤條件下逐步釋放。
實現本發明上述發明目的具體技術方案，即以鉀長石為原料生產緩釋硅鉀復合肥的方法，主要包括以下工藝步驟1、配料將甲長石、白云石或/和蛇紋石、焦炭按1∶0.5～3.8∶2.0～3.0的重量份數比進行配料。
2、焙燒將配比好的原料加熱至熔融狀進行焙燒反應，焙燒反應溫度1200～1560℃，焙燒反應時間0.5～3.0小時。焙燒溫度的高低和時間的長短與原料的具體成分有關，因原料的成分不同而有所不同。焙燒溫度應能使原料熔融，焙燒的時間應能保證焙燒反應充分。
3、淬冷將焙燒反應后的熔融態料漿用淬冷劑進行淬冷，使其冷卻至自然環境溫度，形成砂粒狀的半成品；4、粉磨將砂粒狀的半成品粉磨至粉料，即制得緩釋硅鉀復合肥。
在上述用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法中，配料除了含有甲長石、白云石或/和蛇紋石原料和作為燃料的焦炭外，在配料中還可加入重量份數為0.5～3.0的含磷礦料，如石膏，使硅鉀肥同時含有磷鎂組分。為了改善肥料肥效，適應不同的土壤，還可根據產品緩釋硅鉀復合肥組成組分的要求，在配料中加入其他的礦物原料，以增加復合肥料的養分種類。
在上述用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法中，對熔融態料漿進行淬冷的淬冷劑，可以是水、空氣或水與空氣的混合物。當淬冷劑選擇水、或水與空氣的混合物時，砂粒狀半成品物料在進行粉磨之前先進行干燥，除去水分，以便于更好地進行粉磨加工。
在上述用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法中，作為配料原料的鉀長石、白云石或/和蛇紋石，以及為了增加肥料養分組分種類而加入的其他礦物原料，須經工成尺寸為5～30mm。焦炭的尺寸為10～60mm。有砂粒狀半成品磨制成的成品緩釋硅鉀復合肥，其中粒徑不大于0.18mm的部分不少于90％。
本發明公開的以鉀長石為原料生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其配料中的組分白云石或/和蛇紋石既是一種促進劑，又是一種助熔劑，白云石或/和蛇紋石的加入，既可在高溫焙燒過程中促進鉀長石化學鍵解體，降低鉀長石的化學穩定性，使其不溶性的鉀組分和硅組分轉變成在一定的土壤條件下為可溶性的組分，又可降低鉀長石的焙燒溫度，可在1200℃溫度下熔融，較現有技術1800℃的焙燒溫度大大降低。本發明特有的淬冷工藝，將熔融態鉀長石淬冷為既破壞了原有的晶格，又能使物系處于相對穩定的枸熔性硅鉀溶出體，轉變為在酸性土壤條件下能逐步釋放肥效的緩釋肥。采用本發明的方法生產的硅鉀復合肥是一種長效硅鉀復合肥，且可通過加入其它肥料營養元素生產具有多種肥料營養成分的緩釋長效復合肥料，滿足農作物對多種肥料營養成分的需要。
在氮、磷、鉀三種肥料中，中國的鉀肥最為緊缺，缺口在80％以上。硅鉀肥是一種肥效好的無氯優質肥料，可以替代一部分鉀肥，硅鉀肥的大量生產，可解決鉀肥短缺的問題。本發明的公開，為硅鉀復合肥的生產開辟了一種儲量極為豐富且廉價的原料資源—鉀長石，從根本上解決了生產硅鉀肥原料資源不足的問題。由于生產硅鉀肥的原料得到了解決，因而可以大量投資硅鉀肥生產，提高硅鉀復合肥的生產能力，從而解決了鉀肥、硅肥產量低，氮、磷、鉀肥施肥比例嚴重失調，廣大缺硅土地長期得不到硅元素補充，嚴重影響農業增產的等問題。由于硅元素是優質農作物不可或缺營養元素，因而還可有效促進優質高效農業的發展。本發明如果得到推廣實施，既可實現調整肥料品種結構，又可滿足農業系統開展的“補鉀工程”對鉀肥的需求。本發明的實施，除了投資新建生產線外，可在水泥廠、鋼鐵廠和磷肥廠等現有生產設備的基礎上，通過略加調整改造即可生產緩釋硅鉀復合肥，為水泥廠、鋼鐵廠和磷肥廠等轉產提供了新途徑，具有較好的經濟效益。
本發明揭示的緩釋復合硅鉀肥生產方法具有工藝流程短，投資省，以及便于規模化生產等優點，生產的緩釋復合硅鉀肥上一種長效復合肥，在酸性土壤條件下可緩慢釋放肥效，除可以直接作為施用肥外，也可作為速效化肥的包膜劑。
四
附圖1是本發明的一個實例的工藝流程圖。
五具體實施例方式
實施例1用鉀長石生產緩釋復合硅鉀肥的方法，本實施例的工藝流程如附圖1所示。將鉀長石、白云石礦石破碎至尺寸為15～30mm，焦炭破碎至尺寸為30～60mm，然后按鉀長石∶白云石∶焦炭＝1∶1.2∶2.4的重量份數比例在料倉中進行配料。本實施例鉀長石、白云石、焦炭的配料重量份數比例在1∶0.6～2.0∶2.0～2.8的范圍都可。將配好的原料加入高溫反應爐進行焙燒，焙燒溫度控制在1300℃左右(1250～1450℃的范圍)，焙燒時間約1小時左右。焙燒結束后，將熔融態料漿用水沖擊進行淬冷，冷卻至環境溫度，形成砂粒狀半成品，經烘干后，粉碎成90％不大于0.18mm(不小于80目)的粉料，即制備得產品緩釋硅鉀復合肥。
實施例2用鉀長石生產緩釋復合硅鉀肥的方法，本實施例工藝流程基本如附圖1所示，只是少了其中的干燥工段。將鉀長石、白云石、蛇紋石礦石破碎至尺寸為5～15mm，焦炭破碎至尺寸為10～30mm，然后按鉀長石∶白云石∶蛇紋石∶焦炭＝1∶0.6∶0.8∶2.5的重量份數比例在料倉中進行配料。本實施例鉀長石、白云石、蛇紋石、焦炭的配料重量份數比例在1∶0.4～1.2∶0.6～1.0∶2.2～3.0的范圍都可。將配好的原料加入高溫反應爐進行焙燒，焙燒溫度控制在1400℃左右(1250～1450℃的范圍)，焙燒時間約1.5小時左右。焙燒結束后，將熔融態料漿用氣流分散進行淬冷，冷卻至環境溫度，形成砂粒狀半成品，然后粉碎成90％不大于0.18mm(不小于80目)的粉料，即制備得產品緩釋硅鉀復合肥。
實施例3
用鉀長石生產緩釋復合硅鉀肥的方法，本實施例的工藝流程如附圖1所示，與實施例1基本相同。將鉀長石、白云石、蛇紋石、石膏礦石破碎至尺寸為15～20mm，焦炭破碎至尺寸為30～50mm，然后按鉀長石∶白云石∶蛇紋石∶石膏∶焦炭＝1∶1.6∶1.8∶1.0∶2.6的重量份數比例在料倉中進行配料。本實施例鉀長石、白云石、蛇紋石、石膏、焦炭的配料重量份數比例在1∶1.0～1.6∶1.6～2.2∶0.5～2.6∶2.0～2.6的范圍都可。將配好的原料加入高溫反應爐進行焙燒，焙燒溫度控制在1550℃左右(1350～1550℃的范圍)，焙燒時間約2.5小時左右。焙燒結束后，將熔融態料漿用氣和水聯合分散進行淬冷，冷卻至環境溫度，形成砂粒狀半成品，經烘干后，粉碎成90％不大于0.18mm(不小于80目)的粉料，即制備得產品緩釋硅鉀復合肥。
權利要求
1.一種用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其特征在于主要包括以下工藝步驟(1)配料將甲長石、白云石或/和蛇紋石、焦炭按1∶0.5～3.8∶2.0～3.0的重量份數比進行配料；(2)焙燒將配比好的原料加熱至熔融狀進行焙燒反應，焙燒反應溫度為1200～1560℃，焙燒反應時間為0.5～3.0小時；(3)淬冷將焙燒反應后的熔融態料漿用淬冷劑進行淬冷，使其冷卻至自然環境溫度，形成砂粒狀的半成品；(4)粉磨將砂粒狀半成品粉磨至粉料，即制得緩釋硅鉀復合肥。
2.根據權利要求1所述的用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其特征在于配料中還加入有重量份數為0.5～3.0的含磷礦料。
3.根據權利要求1或2所述的用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其特征在于所說的淬冷劑為水、空氣或水與空氣的混合物。
4.根據權利要求3所述的用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其特征在于當淬冷劑為水、或水與空氣的混合物時，物料粉磨之前先進行干燥。
5.根據權利要求1或2所述的用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其特征在于所說的甲長石、白云石或/和蛇紋石原料尺寸為5～30mm。
6.根據權利要求1或2所述的用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其特征在于所說的焦炭原料尺寸為10～60mm。
7.根據權利要求1或2所述的用鉀長石生產緩釋硅鉀復合肥的方法，其特征在于將所說的沙粒狀半成品粉磨至粒徑不大于0.18mm的部分不少于90％粉料。
全文摘要
本發明公開了一種用鉀長石生產緩釋復合硅鉀肥的方法，該方法以鉀長石、白云石或/和蛇紋石、焦炭為原料配料，配好的原料加熱至熔融狀進行焙燒反應，焙燒反應后的熔融態料漿用淬冷劑淬冷至自然環境溫度，形成砂粒狀的半成品，經干燥后粉磨至粉料，即制得緩釋硅鉀復合肥。按本發明的方法生產的硅鉀肥，不但有鉀肥的效用，還有硅肥的效用，可代替鉀肥施用，解決了由于鉀肥施用量低所導致的氮、磷、鉀肥施肥比例期存在的嚴重失調長問題，且既可以直接施用，也可作為速效化肥的包膜。本發明揭示的緩釋復合硅鉀肥生產方法，除了其生產原料儲量極為豐富且廉價外，還具有工藝流程短，投資省，以及便于規模化生產等優點。
文檔編號C05G1/00GK1793065SQ20051002215
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月28日 優先權日2005年11月28日
發明者劉代俊, 謝克難, 何澤操, 汪會云, 陳述清, 羅洪波, 蔣紹志 申請人:四川大學, 四川省寶興縣生產力促進中心, 寶興縣緩釋硅鉀肥廠