專利名稱:用于中和由氯化鉀和硫酸生成的硫酸鉀的干法工藝的制作方法
本發(fā)明涉及一項(xiàng)中和硫酸鉀的干法工藝。尤其是涉及這樣一種中和工藝，即把一定量的如氫氧化鈣這樣的中和劑和很少量的水或水蒸汽與按照一個(gè)改良法所產(chǎn)生的硫酸鉀相混和，也就是與由氮化鉀和硫酸生成的、并含有未反應(yīng)的硫酸的硫酸鉀相混合，(以下它將被稱為改良法硫酸鉀)，最后，通過(guò)擠壓造粒作用來(lái)中和該混合物。
近幾年來(lái)，人們已經(jīng)生產(chǎn)了散體摻和肥料并已投入了應(yīng)用，這些肥料是以顆粒狀化肥為重要原料的。正如人們已經(jīng)熟知的，散體摻和肥料是通過(guò)把顆粒形態(tài)各種肥料的反應(yīng)組份混合而產(chǎn)生的，為的是使肥料的反應(yīng)組份具有一個(gè)確定的配比及儲(chǔ)藏和使用所得的摻和物。因此，在鉀肥原料的情況下，也要求這些反應(yīng)組份處于顆粒狀態(tài)。用來(lái)作鉀肥原料的硫酸鉀通常是通過(guò)氯化鉀與硫酸以干燥方法經(jīng)反應(yīng)來(lái)獲得的，但是，如此獲得的改良法硫酸鉀往往含有百分幾的硫酸，即未反應(yīng)的硫酸(以下將詳細(xì)描述)。假如這種改良法硫酸鉀是粒狀的，例如象用于散體摻和的鉀肥那樣，這就不可能中和所得的顆粒中含有的未反應(yīng)的硫酸。于是，到目前為止，改良法硫酸鉀是與作為中和劑的一種堿性物質(zhì)和相當(dāng)大量的水(例如，為改良法硫酸鉀重量的5%至8%)相混合，以提高中和效果，在造粒之前就完成中和反應(yīng)，此后用干燥器或相應(yīng)的設(shè)備對(duì)已中和的改良法硫酸鉀進(jìn)行第一次干燥，然后再使其成粒。此外，就改良法硫酸鉀而言，還不象其他的肥料反應(yīng)組份那樣，至今尚未研制成一項(xiàng)有效的造粒工藝方法。于是就使用了擠壓造粒的工藝。根據(jù)這樣的現(xiàn)有技術(shù)，在改良法硫酸鉀造粒之前要求一個(gè)中和步驟和干燥步驟。
因此，假如有可能使改良法硫酸鉀(尚未中和的產(chǎn)物)同時(shí)經(jīng)受到中和作用和造粒作用，這就有可能省去上述的中和步驟和干燥步驟，從而節(jié)約了能源并簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程。
然而，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，假如改良法硫酸鉀僅僅與中和劑相混合，緊接著又是直接造粒或者造粒和粉碎，那么在對(duì)所生成的顆粒狀的或粉狀的改良法硫酸鉀加以儲(chǔ)藏的過(guò)程中，中和反應(yīng)就逐漸開始了構(gòu)成硫酸鉀結(jié)晶水的一部分水含量會(huì)由于中和反應(yīng)中產(chǎn)生的高溫而被釋放出來(lái);這一水含量的存在進(jìn)一步促進(jìn)中和反應(yīng)，并拌隨著所謂的結(jié)塊現(xiàn)象，即顆粒狀硫酸鉀的相互粘結(jié)現(xiàn)象。如此結(jié)塊的產(chǎn)品當(dāng)然是不能用作散體摻和的。
本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)就中和改良法硫酸鉀所需的一項(xiàng)干法工藝作了深入的研究，根據(jù)這一方法就有可能省去中和步驟和干燥步驟，并且當(dāng)中和反應(yīng)在造粒和粉碎作用之后繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，不產(chǎn)生結(jié)塊現(xiàn)象。結(jié)果，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，假如把少量的水或水蒸汽與含有未反應(yīng)的硫酸鉀及其相應(yīng)化合物的改良法硫酸鉀相混合(而這時(shí)的水或水蒸汽用量比傳統(tǒng)的在造粒作用之前的干燥中和步驟中所使用的水或水蒸汽少得多)，此時(shí)，中和反應(yīng)混合時(shí)的生熱作用就幾乎不發(fā)生，而且改良法硫酸鉀粉體的流動(dòng)性也不受損害;從而，這就有可能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行這種混合，容易均勻地盡早進(jìn)行造粒和粉碎。另外，在造粒和粉碎步驟的過(guò)程中，上述情況下的中和反應(yīng)將以比較高的速率進(jìn)行，而當(dāng)粉碎步驟完成時(shí)，這一中和反應(yīng)也基本上完成了;所以在顆粒狀的產(chǎn)品中就不會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)塊，而經(jīng)粉碎作用獲得的粉狀產(chǎn)品，其后也可被儲(chǔ)藏起來(lái)。
本發(fā)明與先前的技術(shù)明顯地不一樣，本發(fā)明的目的是提供一項(xiàng)用于中和改良法硫酸鉀的新穎干法工藝，而以制造出改良法硫酸鉀的顆粒(注同樣也制造出它的粉體)為前提。本發(fā)明的另一方面的目的是要為改良法硫酸鉀提供一個(gè)擠壓造粒的工藝，該工藝即不需要中和步驟也不需要干燥步驟。
本發(fā)明具有下列主要構(gòu)成(1)和作為其實(shí)施例(2)～(4)的下列構(gòu)成(1)在一項(xiàng)用于中和以干燥方式由氯化鉀和硫酸生成的硫酸鉀的干法工藝中，其改進(jìn)之處包括把含有未反應(yīng)的硫酸及其相應(yīng)化合物的硫酸鉀與至少一種粉狀的中和劑相混合，該粉狀的中和劑選自于一組包括有氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鎂、氧化鎂和碳酸鎂的物質(zhì)，而其用量相當(dāng)于未反應(yīng)的硫酸和相應(yīng)化合物的0.5至2當(dāng)量，水或水蒸汽用量為該硫酸鉀重量的0.03%至1%，先使該混合物經(jīng)受擠壓造粒，然后再進(jìn)行粉碎處理。
(2)依據(jù)上述第(1)條的工藝，上述已粉碎的產(chǎn)品被篩分成其顆粒尺寸大于50目(泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩)的顆粒狀產(chǎn)品和其顆粒尺寸為50目或小于50目的粉狀產(chǎn)品。
(3)依據(jù)上述第(1)條的工藝，所述的混合是在0℃至200℃溫度下進(jìn)行1分鐘至1小時(shí)。
(4)依據(jù)上述第(1)條的工藝，所述的擠壓造粒是通過(guò)滾筒壓機(jī)，擠壓機(jī)或壓片機(jī)來(lái)進(jìn)行的。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的構(gòu)成及其效果將在下面被詳細(xì)地描述。
本發(fā)明中所使用的改良法硫酸鉀是通過(guò)使硫酸與氯化鉀反應(yīng)得到的，反應(yīng)物的比例大致為1摩爾的硫酸對(duì)2摩爾的氯化鉀，反應(yīng)過(guò)程在無(wú)水的條件下進(jìn)行的，一共可分成兩個(gè)步驟，前一個(gè)步驟在大約100℃的溫度下進(jìn)行[見下列的方程(1)]，而后一個(gè)步驟在大約300～400℃之間進(jìn)行[見下列的方程式(2)]
由于這兩步反應(yīng)都是非均相反應(yīng)，因此它們不會(huì)進(jìn)行至100%，而第二步驟中的反應(yīng)產(chǎn)物含有少量的H2SO4、KCl和KHSO4，尤其是KCl和KHSO4，每一種的含量在許多情況下(甚至包括H2SO4與2KCl反應(yīng)的情況)均在約1～5重量%。
上述未反應(yīng)的硫酸和相應(yīng)的化合物，除了上述的H2SO4和KHSO4以外，還包括根據(jù)下列方程式(3)生成的焦硫酸鉀。焦硫酸鉀是由KHSO的熱分解生成的，正如下列方程式所示的
焦硫酸鉀與水反應(yīng)再回復(fù)成KHSO4至于本發(fā)明中所使用的中和劑，那些中和劑是可以從0℃至200℃溫度下被使用的，是能與尚未被中和的硫酸鉀中所含的未反應(yīng)的硫酸和相應(yīng)的化合物進(jìn)行反應(yīng)的。使用這些中和劑后所導(dǎo)致的反應(yīng)產(chǎn)物(硫酸鹽)對(duì)作為肥料反應(yīng)組份的硫酸鉀不產(chǎn)生有害的影響。中和劑的具體例子是從一組鈣或鎂的化合物中選擇出來(lái)的至少一種化合物，這些鈣或鎂的化合物包括氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鎂、氧化鎂和硫酸鎂。至于它們的形狀，具有例如100目通過(guò)的顆粒尺寸的粉體(這種篩目系指泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)制，這適用于現(xiàn)有的篩目)，是較為理想的，而20目的顆粒狀產(chǎn)品則是我們所不希望的，所使用的中和劑的量為0.5至2倍于預(yù)定的改良法硫酸鉀中所含有的未反應(yīng)的硫酸和相應(yīng)化合物的相當(dāng)量，而最好是在0.8至1.5倍之間。例如少于0.5當(dāng)量，那么中和反應(yīng)后該硫酸鉀的強(qiáng)度就會(huì)很高(即PH值就會(huì)低);于是該產(chǎn)品就不適用于散體摻合肥料。例如超過(guò)了2倍當(dāng)量，那么，留在中和反應(yīng)后硫酸鉀中的肥料反應(yīng)組份(KO)的濃度就會(huì)在某種程度上減少，而這是我們所不希望的。
在本發(fā)明的中和反應(yīng)中所使用的水或水蒸汽為改良法硫酸鉀重量的0.03%至1%，但最好是在0.05%至0.5%。對(duì)改良法硫酸鉀的混合方式、中和劑及水或水蒸汽都沒有特別的限制，但是三種原料的混合物要在同時(shí)或相繼被送進(jìn)敞口的或密封的混合器中，并在0～200℃的溫度下進(jìn)行摻合，而最好是在15～110℃的溫度下持續(xù)1分鐘至1小時(shí)，更理想的是5分鐘至30分鐘，所使用的水蒸汽的溫度并不總限制在100℃或100℃以上，但是當(dāng)密閉混合器內(nèi)的壓力保持在例如100mmHg對(duì)比壓下時(shí)，就有可能使用低于100℃(例如90℃)的水蒸汽。只要有可能在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)摻和如粉體這樣的原料，那么，對(duì)混合器就沒有特別的限制。例如螺條混合器，V型混合器，裝有攪拌器的罐型混合器等均可被使用。
在摻合過(guò)程中，那里就開始了一部分未反應(yīng)的硫酸與中和劑之間的反應(yīng)，但是由于摻合的時(shí)間大大短于擠壓造粒和粉碎過(guò)程的后繼步驟所需要的時(shí)間，例如為這些后繼步驟所需時(shí)間的1/5～1/100，于是，因中和反應(yīng)熱所引起的混合器內(nèi)溫度的升高就不那么顯著了。該摻和步驟不但可以間歇地進(jìn)行而且可以連續(xù)地進(jìn)行。
所得到的摻和物(改良法硫酸鉀、中和劑和水)被送至作為本發(fā)明工藝之主要步驟的擠壓造粒步驟和粉碎步驟中去。由于該摻合物是一種具有良好流動(dòng)性的粉狀物質(zhì)，故這一送料步驟是能平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)的。
改良法硫酸鉀不能采用盤形造粒機(jī)或柱塞造粒機(jī)等來(lái)進(jìn)行造粒，這和其它肥料反應(yīng)組份或復(fù)合肥料的原料的情況不同，于是造粒過(guò)程是借助于壓縮模制機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這類壓縮模制機(jī)有滾筒壓機(jī)、壓縮造粒機(jī)、擠壓機(jī)，壓片機(jī)等等。需要采用例如滾筒壓機(jī)來(lái)加工的上述摻和物的保持時(shí)間是非常之短的，約為20秒至1分鐘;因此，尚未被中和的硫酸與摻和物中的中和劑之間的中和反應(yīng)就在造粒模制和隨后的粉碎作用，同樣地也在粉碎作用以后的處理過(guò)程(例如篩分)中實(shí)質(zhì)上繼續(xù)進(jìn)行下去，從造粒模制至粉碎和篩分的時(shí)間間隔為30分鐘至5小時(shí)，但最好是在1小時(shí)至3小時(shí)。
在這段時(shí)間內(nèi)，中和反應(yīng)基本上是完全的。盡管水含量是很低而中和反應(yīng)的時(shí)間卻是短的，其原因大概就在于擠壓造粒作用增加了摻和物的充填密度。其結(jié)果，該摻和物中水和硫酸及其相應(yīng)化合物的移動(dòng)速率就變得大大高于粉狀摻合物情況中這些物質(zhì)的移動(dòng)速率。由于在這段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了中和反應(yīng)熱，一部分水就會(huì)從團(tuán)塊的表面蒸發(fā)而另一部分水就構(gòu)成了鹽中這一種的結(jié)晶水。
如此經(jīng)過(guò)模制和擠壓造粒的物料是通過(guò)例如粉碎機(jī)來(lái)加以粉碎的。所得到的粉碎物料用篩子分成例如約50目的粒狀產(chǎn)品和50網(wǎng)目通過(guò)的粉狀產(chǎn)品，例如有必要，這后一種粉狀的產(chǎn)品可用滾筒壓機(jī)再作加工處理或采用壓片機(jī)來(lái)處理，從而獲得一種顆粒狀產(chǎn)品。當(dāng)然，不是對(duì)散體摻和肥料而言，而是對(duì)復(fù)合肥料而言，粉狀產(chǎn)品可以照原樣被使用。
所使用粉碎機(jī)和篩子的種類及操作條件可以跟傳統(tǒng)法相同。對(duì)已擠壓造粒的物料或已粉碎的物料進(jìn)行加工處理的條件是室溫至30℃，為時(shí)5分鐘～1小時(shí)(指物料喂入的保持時(shí)間)。所生成的粒狀產(chǎn)品或粉狀產(chǎn)品(已中和的改良法硫酸鉀)通常被儲(chǔ)藏在貯倉(cāng)里，必要時(shí)可以取出來(lái)或裝入袋內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的干法中和工藝，由于中和步驟是不必要的，故中和裝置和用于操作該裝置的動(dòng)力也就不需要了。此外還有可能省去用于干燥中和產(chǎn)品的裝置及其用于操作該裝置的熱能。再者，因?yàn)樗腿ブ泻偷膿胶衔锸呛休p微量水分的摻合物，并繼續(xù)處于中和反應(yīng)下，被送至滾壓機(jī)后，很順利地形成團(tuán)塊，粉碎之后的顆粒狀產(chǎn)品的得率也較高。
再者，當(dāng)所得的顆粒狀產(chǎn)品和粉狀產(chǎn)品被儲(chǔ)藏時(shí)，既不產(chǎn)生熱也不形成結(jié)塊;因此這就有可能毫無(wú)障礙地把這些產(chǎn)品使用在散體摻合肥料中或用于重新造粒過(guò)程。
下面將通過(guò)例子來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。
例子把改良法硫酸鉀(100噸)，它含有2.8%重量百分比(按H2SO4計(jì)算)的未反應(yīng)的硫酸及其相應(yīng)的化合物，與熟石灰(含有90%或90%以上重量百分比的Ca(OH)2)按上述硫酸鉀重量(100噸)的2.3%這一比例，在室溫下用混合器進(jìn)行混合。在混合過(guò)程中，為硫酸鉀重量的0.2%的水借助噴淋設(shè)備以噴霧方法與上述已混合的物料再進(jìn)行混合，所得到的已作中和處理的混合物在室溫下通過(guò)滾筒壓機(jī)進(jìn)行擠壓從而獲得簿片狀的物料。
該物料被粉碎機(jī)在室溫下粉碎，所得的粉碎物料依次通過(guò)搖動(dòng)篩，被分離成顆粒狀產(chǎn)品和粉狀產(chǎn)品。
上述顆粒狀產(chǎn)品(50噸)和粉狀產(chǎn)品(50噸)分別被放置于一個(gè)貯倉(cāng)(3m×4m×10m高)并讓其在室溫下藏一個(gè)星期以上，在這段時(shí)間內(nèi)，即不會(huì)因?yàn)橹泻头磻?yīng)熱而引起貯倉(cāng)溫度上升，也不會(huì)在以后搬出時(shí)產(chǎn)生結(jié)塊。
當(dāng)讓其在貯倉(cāng)中貯藏一段時(shí)間之后，顆粒狀產(chǎn)品和粉狀產(chǎn)品再分別填裝入30Kg的口袋里，這些袋裝物在一小室中被堆疊成3m的高度并讓其存放6個(gè)月以上。把樣品袋裝物從這些袋裝物組中取出來(lái)，然后在每一段堆置高度仔細(xì)觀察其結(jié)塊情況，然而，無(wú)論是顆粒狀產(chǎn)品也好，粉狀產(chǎn)品也好或任何一般的堆置高度都沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。
比較例反復(fù)進(jìn)行上述實(shí)例，只是不重復(fù)進(jìn)行通過(guò)噴霧方法的水的混合，其結(jié)果，30℃貯倉(cāng)中的粉狀產(chǎn)品的起始溫度一天以后就增加至80℃，同時(shí)還生成了水蒸汽，而當(dāng)一個(gè)星期以后搬出該產(chǎn)品時(shí)就發(fā)現(xiàn)了顯著的結(jié)塊現(xiàn)象。另一方面，保留在貯倉(cāng)中的顆粒狀硫酸鉀的起始溫度一天以后增加了約10℃，但以后逐步降低，在一個(gè)星期以后搬出時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)特別的結(jié)塊現(xiàn)象。
此外，至于另一種結(jié)塊情況，即在30Kg的袋被裝滿，堆置成3m高并讓其存放6個(gè)月以上時(shí)，發(fā)現(xiàn)了部分結(jié)塊現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.在一項(xiàng)用于中和以干燥方式由硫酸和氯化鉀生成的硫酸鉀的干法工藝中，其改進(jìn)之處包括把含有末反應(yīng)的硫酸及其相應(yīng)化合物的硫酸鉀與至少一種粉狀的中和劑相混合，該粉狀的中和劑選自于一組包括有氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣、氫氧化鎂、氧化鎂、碳酸鎂的物質(zhì)，其用量為未反應(yīng)的硫酸和相應(yīng)的化合物的0.5至2當(dāng)量，水或水蒸汽是該硫酸鉀重量的0.03%至1%，先使該混合物經(jīng)受到擠壓造粒作用然后再進(jìn)行粉碎處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的工藝，在那里，上述已粉碎的產(chǎn)品被篩分成其顆粒尺寸大于50目(泰勒標(biāo)準(zhǔn)篩)的顆粒狀產(chǎn)品和其顆粒尺寸為50目或更小的粉狀產(chǎn)品。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的工藝，在那里，所述的混合是在0℃至200℃溫度下進(jìn)行1分鐘至1小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的工藝，在那里，所述的擠壓造粒是通過(guò)滾壓機(jī)、壓縮造粒機(jī)、擠壓機(jī)或壓片機(jī)的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
專利摘要
一項(xiàng)用于中和由硫酸和氯化鉀生成的并含有未反應(yīng)的硫酸及其相應(yīng)化合物的硫酸鉀的干法工藝包括
文檔編號(hào)C05D1/02GK85104005SQ85104005
公開日1986年11月19日 申請(qǐng)日期1985年5月21日
發(fā)明者柴田豐彰, 早川昌作, 中村誠(chéng)也, 金田重雄, 山平勝利, 山下吉達(dá) 申請(qǐng)人:窒素股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan