Abstract：
Using powder potassium sulfate as raw material, the factors influencing potassium sulfate granular strength produced by extruding granulation are researched. Experimental results show that all these measures, such as changing water content of powder potassium sulfate, increasing properly particle size of raw material particles and spraying appropriate amount of water on the surface of granulated grain before drying, can increase potassium sulfate granular strength.
硫酸钾是一种品质优良的无氯钾肥，是目前应用最多的钾肥之一，约占世界钾肥总产量的5%，主要用于烟草、葡萄、西瓜等喜钾忌氯作物及海产养殖，不但能提高产量，而且还能提高农产品的质量[1]。目前，工业化生产的硫酸钾基本上都是粉末状，在贮存、运输过程中容易分层或结块；另外，粉状肥料施用时，相当多的肥料会被风吹走，或被雨水从植物根部冲走，造成很大的浪费。为了克服以上不足，使硫酸钾变成易于运输、使用并具有缓释功能的颗粒钾肥，就需要进行造粒，因此，硫酸钾造粒技术应运而生，并且得到了迅猛的发展。
根据多年的造粒生产及造粒设备的发展演变，目前肥料造粒基本有3种方法，即料浆与固体团粒、塔式造粒和挤压造粒。本次试验主要研究影响硫酸钾挤压造粒后颗粒强度的因素，以探索出提高硫酸钾挤压造粒后颗粒强度的方法，为我国硫酸钾挤压造粒生产提供技术参考[2]。
1
试验过程
1.2
试验设备与仪器
MP280/300造粒机(法国SC公司)，YHKC-2A强度测定仪(姜堰市银河仪器厂)，101-2ABS烘箱(北京光明仪器厂)，标准筛(中国航空工业540厂)。
1.3
试验方法
在查阅MP280/300造粒机相关资料后，经过长期的生产实践，已掌握了该造粒设备在正常生产情况下的最优设备参数(以下所有试验均以此设备参数为准)：转速45 r/min，挤压压力19.0 MPa，给料挡位7.0，给料宽度16 mm。因此，本次试验是在设备各项参数确定的条件下，通过改变原料硫酸钾在挤压造粒前后的各项性质，将挤压造粒后成型的颗粒在150 ℃烘箱中烘30 min，均匀选取20个颗粒，用强度测定仪测定其强度后取其平均值，通过对比硫酸钾颗粒强度来探索出影响硫酸钾挤压造粒后颗粒强度的因素。
2
结果与讨论
试验考察了3种因素，即原料的水分含量、原料颗粒的粒径和造粒后颗粒喷水烘干对硫酸钾颗粒强度的影响。
2.1
原料水分含量对硫酸钾颗粒强度的影响
对硫酸钾粉料分别通过计算配制水分质量分数为1.0%，1.2%，1.4%，1.6%，1.8%及2.0%的物料进行挤压造粒，然后测定不同水分含量的原料经挤压造粒后得到的硫酸钾颗粒强度，试验结果见表 1。
表 1
|
原料中w(水)/% |
造粒后颗粒强度/N |
烘干后w(水)/% |
烘干后颗粒强度/N |
|
1~5 min |
10~15min |
|
1.0 |
3.2 |
4.3 |
0.2 |
26.0 |
|
1.2 |
4.7 |
7.1 |
0.2 |
28.6 |
|
1.4 |
9.9 |
12.9 |
0.2 |
30.0 |
|
1.6 |
7.2 |
8.5 |
0.2 |
29.2 |
|
1.8 |
7.1 |
7.8 |
0.2 |
28.9 |
|
2.0 |
5.6 |
6.2 |
0.2 |
27.1 |
由表 1可看出，在设备参数不变的情况下，挤压造粒后硫酸钾颗粒强度随着原料水分含量的变化而变化。在完成造粒后1~5 min，硫酸钾初始颗粒强度在3~10 N范围内波动；在造粒后10~15 min，其颗粒强度在4~13 N。将硫酸钾颗粒烘干后，其颗粒强度均大幅增加，其中颗粒强度最高值的原料含水质量分数在1.4%左右。利用表 1数据，做出颗粒强度随原料水分含量的变化曲线(图 1)，可直观反映出原料水分含量是影响硫酸钾颗粒强度的影响因素之一。
图 1
2.2
原料颗粒的粒径对硫酸钾颗粒强度的影响
为了探索原料颗粒的粒径对挤压造粒后硫酸钾颗粒强度的影响，对原料进行了系统筛分，然后将不同粒径的原料进行挤压造粒。筛分试验结果见表 2。
表 2
|
粒径/mm |
1号 |
|
2号 |
|
3号 |
|
4号 |
|
质量分布/% |
累计/% |
质量分布/% |
累计/% |
质量分布/% |
累计/% |
质量分布/% |
累计/% |
|
≥0.380 |
1.1 |
1.1 |
|
1.8 |
1.8 |
|
2.4 |
2.4 |
|
0.8 |
0.8 |
|
0.250~0.380 |
28.5 |
29.6 |
9.9 |
11.7 |
7.2 |
9.6 |
3.4 |
4.2 |
|
0.180~0.250 |
41.8 |
71.4 |
29.5 |
41.2 |
29.6 |
39.2 |
20.5 |
24.6 |
|
0.150~0.180 |
11.7 |
83.0 |
17.0 |
58.2 |
18.0 |
57.2 |
16.5 |
41.1 |
|
0.120~0.150 |
4.2 |
87.3 |
6.9 |
65.1 |
10.0 |
67.2 |
9.3 |
50.4 |
|
0.109~0.120 |
3.1 |
90.4 |
4.1 |
69.2 |
6.7 |
73.8 |
6.1 |
56.5 |
|
0.080~0.109 |
5.6 |
95.9 |
16.4 |
85.6 |
18.2 |
92.0 |
27.8 |
84.3 |
|
0.075~0.080 |
1.6 |
97.5 |
3.2 |
88.8 |
4.4 |
96.4 |
5.7 |
90.0 |
|
≤0.075 |
2.5 |
100.0 |
11.2 |
100.0 |
3.6 |
100.0 |
10.1 |
100.0 |
原料经系统筛分后，将粒径不同的原料分别编号为1号，2号，3号和4号，然后再分别进行挤压造粒，得到的硫酸钾颗粒强度如表 3所示。
表 3
|
原料编号 |
原料中w(水)/% |
造粒后颗粒强度/N |
烘干后w(水)/% |
烘干后颗粒强度/N |
|
1~5 min |
10~15 min |
|
1号 |
1.4 |
9.5 |
12.1 |
0.18 |
64.0 |
|
2号 |
1.4 |
7.6 |
11.0 |
0.19 |
49.0 |
|
3号 |
1.4 |
7.4 |
9.8 |
0.20 |
46.0 |
|
4号 |
1.4 |
4.1 |
7.4 |
0.23 |
29.0 |
由试验结果可以看出：1号物料的粒径较大，4号物料的粒径最小；不同粒径的物料造粒后颗粒的强度也不相同，其中1号物料造粒后颗粒强度最大，4号物料造粒后颗粒强度最小，说明伴随着原料粒径由大到小变化，造粒后颗粒强度也是由大到小在变化。因此，原料粒径是影响造粒后硫酸钾颗粒强度的因素之一。
2.3
成型颗粒喷水后烘干对硫酸钾颗粒强度的影响
选取挤压造粒后的硫酸钾颗粒并分成2个部分：一部分直接放入150 ℃烘箱中烘30 min；另一部分用气雾喷水器在颗粒表面喷少量水，使其表面浸湿后再放入150 ℃烘箱中烘30 min。烘干的颗粒冷却至室温，然后对其进行颗粒强度测定，试验结果见表 4。
表 4
|
原料中w(水)/% |
造粒后颗粒强度/N |
|
烘干后颗粒强度/N |
|
1~5 min |
10~15 min |
未喷水 |
喷水 |
|
1.4 |
7.9 |
8.7 |
|
39.0 |
48.0 |
|
1.4 |
7.2 |
11.3 |
|
30.0 |
45.0 |
|
1.4 |
4.7 |
6.3 |
|
36.0 |
45.0 |
|
1.4 |
3.8 |
5.6 |
|
28.0 |
45.0 |
|
1.4 |
6.1 |
10.2 |
|
23.0 |
46.0 |
|
1.4 |
7.7 |
9.7 |
|
46.0 |
60.0 |
|
1.4 |
7.6 |
11.8 |
|
55.0 |
70.0 |
|
1.4 |
6.3 |
15.3 |
|
42.0 |
69.0 |
|
1.4 |
8.7 |
12.9 |
|
50.0 |
63.0 |
由表 4可以看出：硫酸钾颗粒喷水烘干后，颗粒强度明显增加；喷水烘干后，颗粒强度最小为45.0 N，最大为70.0 N，平均强度为54.5 N；喷水前颗粒平均强度为38.7 N，喷水后颗粒平均强度增加了15.7 N。因此，成型颗粒喷水能够提高硫酸钾颗粒强度，其是影响硫酸钾颗粒强度的因素之一。
综上所述，原料的水分含量、原料颗粒的粒径和造粒后颗粒喷水烘干对硫酸钾颗粒强度都有所影响。原料的水分质量分数在1.4%时，硫酸钾颗粒强度最大；造粒后的硫酸钾颗粒强度随着原料粒径的增大而增大；对造粒后的硫酸钾颗粒喷水处理后再烘干，能明显增大颗粒强度。
3
结语
目前，生产硫酸钾的工艺很多，技术水平各异，但生产的硫酸钾几乎都是粉末状，颗粒硫酸钾的批量生产和产品的稳定性对于钾肥的发展有着重要意义。本文利用MP280/300造粒机对硫酸钾粉料产品挤压造粒后的颗粒强度进行了试验分析，以期探索出提高颗粒硫酸钾强度的方法。结果表明，通过改变粉料硫酸钾含水量、适当增大原料颗粒的粒径以及在造粒成型的颗粒表面喷洒适量的水后再烘干，都能够有效提高硫酸钾的颗粒强度。
沪公网安备 31010702007066号