大量元素液体水溶肥料生产工艺技术概述

Summary of Production Technology of Macroelement Liquid Water-Soluble Fertilizer

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2023.04.013

王平飞 Pingfei WANG , 何春云 Chunyun HE

云南云天化红磷化工有限公司云南开远 661699 Yunnan Yuntianhua Honglin Chemical Co., Ltd., Kaiyuan, Yunnan 661699, China

摘要：

大量元素液体水溶肥料适合现代农业水肥一体化设施施肥，市场需求量大，但配制高端大量元素液体水溶肥料对原料的溶解度要求较高。介绍了大量元素液体水溶肥料的生产工艺和设备、主要原料、配方设计和质量指标，并对生产中出现的常见问题提出了处理方案。

关键词：

水溶肥料; 液体肥料; 大量元素; 生产工艺;

Abstract：

Macroelement liquid water-soluble fertilizer is suitable for fertilization in modern agricultural water-fertilizer integration facilities, and it has a large market demand, but the preparation of high-end macroelement liquid water-soluble fertilizer requires high solubility of raw materials. The production process and equipments, main raw materials, formula design and quality indicators of macroelement liquid water-soluble fertilizers are introduced and countermeasures to common problems in production are suggested.

Keyword：

water-soluble fertilizer; liquid fertilizer; macroelement; production process;

随着现代农业的发展，规模化种植经济作物已成为一种趋势，对液体肥料的需求量大，但高端大量元素液体水溶肥料的配制对原料溶解度的要求较高。云南云天化红磷化工有限公司于2019年建成投产30 kt/a磷酸二氢钾生产装置，以肥料级磷酸二氢钾产品及其母液为原料，生产具有区域特性的配方型大量元素液体水溶肥料，既提升了产品的价值，又提高了企业的效益。

1 大量元素液体水溶肥料生产工艺及设备

1.1 生产工艺

大量元素液体水溶肥料生产工艺流程见图 1。

图 1

大量元素液体水溶肥料生产工艺流程

将不同固体或液体原料按一定比例经计量后投加至反应釜(内设搅拌桨、剪切机、高速乳化机)中充分混合，固体原料溶解成为液体肥料半成品，再通过半成品输送泵送至成品储槽待检测。

液体肥料经取样分析检验合格后，通过成品输送泵送至精密过滤器过滤后进入成品包装系统，包装后送入成品仓库堆放。

1.2 生产设备

生产大量元素液体水溶肥料的主要设备包括原料储槽、反应釜、成品储槽、离心泵(半成品输送泵及成品输送泵)、精密过滤器和成品包装系统等，见表 1。

表 1

生产大量元素液体水溶肥料的主要设备

设备名称	规格、型号	材质	数量
原料储槽	Φ 1 400 mm×2 300 mm	304	2个
反应釜	3 000 L	304	2台
成品储槽	Φ 2 400 mm×3 000 mm	304	2个
离心泵	JLP-10-30	304	6台
精密过滤器	Φ 600 mm×1 000 mm，74~250 μm(200~60目)	304	2台
成品包装系统	5~25 L(组合件)	304	1套

2 原料

制备大量元素液体水溶肥料的原料包含氮源、磷源、钾源、中微量元素和其他助剂等。

2.1 氮源

氮源是能提供氮素营养的物质，生产高端大量元素液体水溶肥料的常用氮源质量指标见表 2。

表 2

常用氮源质量指标

氮源	N-P₂O₅-K₂O	20 ℃溶解度/(g·L^-1)	密度/(g·cm^-3)	酸碱性	外观	执行标准
尿素	46-0-0	1 080	1.335	中性，pH=7	白色颗粒	GB/T 2440—2017
尿素硝酸铵溶液	32-0-0		1.32	中性，pH=7	透明液体	NY/T 2670—2020
碳酸氢铵	17-0-0	220	1.573	碱性，pH=7.8	白色晶体	GB 3559—2001
硫酸铵	21-0-0	754	1.77	酸性，pH=5.5	白色晶体	GB/T 535—2020
氯化铵	25-0-0	372	1.527	酸性，pH=5.6	白色晶体	GB/T 2946—2008

2.2 磷源

磷源能提供磷素营养，生产高端大量元素液体水溶肥料的常用磷源质量指标见表 3。

表 3

常用磷源质量指标

磷源	N-P₂O₅-K₂O	20 ℃溶解度/(g·L^-1)	密度/(g·cm^-3)	酸碱性	外观	执行标准
聚磷酸铵	18-60-0	1 900	1.74	酸性，pH=6.5	白色粉末	HG/T 2770—2008
磷酸一铵	12-61-0	416	1.803	酸性，pH=4.5	白色晶体	GB 10205—2009
磷酸二铵	18-48-0	710	1.619	碱性，pH=8.0	黄色颗粒	GB 10205—2009

2.3 钾源

钾源能提供钾素营养，生产高端大量元素液体水溶肥料的常用钾源质量指标见表 4。

表 4

常用钾源质量指标

钾源	N-P₂O₅-K₂O	20 ℃溶解度/(g·L^-1)	密度/(g·cm^-3)	酸碱性	外观	执行标准
磷酸二氢钾母液	0-14-10.5		1.45	酸性，pH=4.5	透明溶液	HG/T 2321—2016
磷酸二氢钾	0-52-34	210	2.338	酸性，pH=4.5	白色晶体	HG/T 2321—2016
硫酸钾	0-0-52	120	2.66	中性，pH=7	白色粉末	GB/T 20406—2007
氯化钾	0-0-62	340	1.98	中性，pH=7	白色粉末	GB/T 7118—2008
硝酸钾	13.5-0-45	242	2.11	中性，pH=7	白色晶体	GB 1918—2011

2.4 中微量元素

中微量元素是农作物不可缺少的营养元素，其中中量元素包括钙、镁、硫，微量元素包括铁、锌、硼、锰、铜、钼、氯、镍。生产高端大量元素液体水溶肥料的常用中微量元素质量指标见表 5。

表 5

常用中微量元素质量指标

中微量元素	主成分含量w/%	20 ℃溶解度/(g·L^-1)	密度/(g·cm^-3)	酸碱性	外观	执行标准
七水硫酸镁	镁≥9.8	355	1.68	酸性，pH=6	白色晶体	HG/T 2680—2009
七水硫酸亚铁	铁≥20	228	1.897	酸性，pH=3.5	淡绿色晶体	GB 10531—2006
七水硫酸锌	锌≥22	544	1.957	酸性，pH=6	白色粉末	HG 3277—2000
硼酸	硼≥17	50	1.43	酸性，pH=6	白色粉末	GB/T 538—2018

2.5 其他助剂

在生产含腐殖酸水溶肥料(大量元素型)时，需添加矿物源黄腐酸钾等其他助剂；在生产高浓度且过饱和液体水溶肥料时，需添加悬浮剂。生产高端大量元素液体水溶肥料的主要助剂质量指标见表 6。

表 6

主要助剂质量指标

助剂	主成分含量w/%	密度/(g·cm^-3)	酸碱性	外观	执行标准
矿物源黄腐酸钾	腐殖酸≥65	0.8	碱性，pH=8~9	黑色粉末	NY/T 1971—2010
	黄腐酸≥50
	K₂O≥14
	有机质≥70
	H₂O≤12
悬浮剂		1.26	中性，pH=7	白色粉末	暂无标准

3 配方设计

大量元素液体水溶肥料配方是根据不同土壤、不同作物、不同作物生长期的多年多点试验和大面积示范确定的，大量元素液体水溶肥料(高氮型、悬浮型)和含腐殖酸液体水溶肥料(大量元素型)的配方见表 7和表 8。

表 7

大量元素液体水溶肥料(高氮型、悬浮型)的配方

项目	N-P₂O₅-K₂O	实物量/kg	养分量/kg
项目	N-P₂O₅-K₂O	实物量/kg	N	P₂O₅	K₂O	镁、铁、硼、锌
水		60
磷酸二氢钾母液	0-14-10.5	200		28.00	21.00
聚磷酸铵	18-60-0	70	12.60	42.00
尿素硝酸铵溶液	32-0-0	540	172.80
硝酸钾	13.5-0-45	110	14.85		49.50
中微量元素		10				1.72
悬浮剂		10
合计		1 000	200.25	70.00	70.50	1.72

表 8

含腐殖酸液体水溶肥料(大量元素型)的配方

项目	N-P₂O₅-K₂O	实物量/kg	养分量/kg
项目	N-P₂O₅-K₂O	实物量/kg	N	P₂O₅	K₂O	腐殖酸
水		450
磷酸二氢钾母液	0-14-10.5	200		28.0	21.0
聚磷酸铵	18-60-0	30	5.4	18.0
尿素硝酸铵溶液	32-0-0	70	22.4
硝酸钾	13.5-0-45	200	27.0		90.0
矿物源黄腐酸钾¹⁾	0-0-14	50			7.0	32.5
合计		1 000	54.8	46.0	118.0	32.5
注：1)含腐殖酸质量分数≥65%

按表 7配方生产的大量元素液体水溶肥料(高氮型、悬浮型)中N、P₂O₅、K₂O及中微量元素(镁、铁、硼、锌)质量分数分别为20.02%、7.00%、7.05%、0.17%，密度为1.50 g/mL，1 L肥料中的N、P₂O₅、K₂O及中微量元素(镁、铁、硼、锌)质量分别约为300、105、106、3 g。

按表 8配方生产的含腐殖酸液体水溶肥料(大量元素型)中N、P₂O₅、K₂O及腐殖酸质量分数分别为5.48%、4.60%、11.80%、3.25%，密度为1.32 g/mL，1 L肥料中的N、P₂O₅、K₂O及腐殖酸质量分别约为72、61、156、43 g。

4 生产控制技术要点

4.1 常见设备运行故障及排除方法

在设备运行过程中，如出现异常情况，应紧急停机、断电，查明原因并消除故障后，方可开机。常见设备运行故障及排除方法见表 9。

表 9

常见设备运行故障及排除方法

故障现象	故障原因	排除方法
管道堵塞	泵进、出口积料	拆开泵进口管进行清理
非腐殖酸系列产品变黑	反应槽、成品槽未清洗干净	投料、转料前对各槽进行冲洗、检查
搅拌器过热	1)润滑不良 2)轴承损坏 3)联轴器未对中	1)检查润滑油油位、油质 2)更换轴承 3)拆开联轴器并按要求检查，重新找正
搅拌器晃动或釜内有异响	1)传动轴或搅拌轴弯曲 2)联轴器螺栓松动 3)搅拌桨叶螺栓松动或桨叶脱落	1)检修或更换 2)紧固联轴器螺栓 3)停车清槽检修

4.2 常见技术问题及处理方法

大量元素液体水溶肥料在生产中的常见技术问题及处理方法见表 10。

表 10

常见技术问题及处理方法

现象	原因	处理方法
包装瓶胀气	1)有机物料发酵分解，产生二氧化碳气体 2)尿素水解 3)包装材料的材质达不到要求 4)包装时液体水溶肥料温度较高	1)选择合理的原料配比 2)调整溶液的pH至适宜的值 3)选用透气瓶、耐压瓶或特殊结构的瓶子，禁用易胀气的瓶子；针对清液型液体水溶肥料，采用透气垫片；针对悬浮型液体水溶肥料或黏稠的液体水溶肥料，采用特殊结构的瓶盖；采用透气的塑料袋包装 4)液体水溶肥料冷却至常温后再进行灌装
悬浮型液体水溶肥料流动性差	1)低温结块，黏度增大 2)沉淀或淤积 3)物料间发生化学反应	1)放置在常温处，流动性自然恢复 2)定期搅拌 3)选择合理的原料配比，以聚磷酸铵作为磷源，防止发生化学反应
液体水溶肥料出现结晶	1)液体水溶肥料浓度过高 2)含硫酸盐过多 3)低温存放导致结晶	1)调整液体水溶肥料浓度至适中，配比合理 2)减少硫酸盐的使用量 3)常温下储存
悬浮型液体水溶肥料出现分层	1)颗粒大小不均匀，且粒径过大 2)悬浮剂用量不足或质量差 3)胶体稳定性遭到破坏 4)产品放置时间过长	1)选择高速剪切乳化机 2)使用复合型悬浮剂，使用量满足需求 3)调整物料添加顺序，搅拌均匀 4)产品不要放置太久，定期搅拌

5 产品质量指标

大量元素液体水溶肥料的产品质量须符合行业标准《大量元素水溶肥料》(NY/T 1107—2020)的要求，见表 11。其中：大量元素含量指总N、P₂O₅、K₂O含量之和，产品应至少包含其中2种大量元素；单一大量元素质量浓度不低于40 g/L；各单一大量元素测定值与标明值负偏差的绝对值应不大于15 g/L；氯离子质量浓度大于300 g/L的产品，应在包装袋上注明“含氯(高氯)”；标识“含氯(高氯)”的产品，氯离子含量可不做检验和判定。

表 11

大量元素液体水溶肥料产品质量指标

项目		指标
ρ(大量元素)/(g·L^-1)		≥400
ρ(水不溶物)/(g·L^-1)		≤10
w(缩二脲)/%		≤0.9
ρ(氯离子)/(g·L^-1)	未标“含氯”的产品	≤30
	标识“含氯(低氯)”的产品	≤150
	标识“含氯(中氯)”的产品	≤300

含腐殖酸液体水溶肥料(大量元素型)的产品质量须符合行业标准《含腐植酸水溶肥料》(NY 1106—2010)的要求，见表 12。其中：大量元素含量指总N、P₂O₅、K₂O含量之和，产品应至少包含其中2种大量元素；单一大量元素质量浓度不低于20 g/L；各单一大量元素测定值与标明值负偏差的绝对值应不大于15 g/L。

表 12

含腐殖酸液体水溶肥料(大量元素型)产品质量指标

项目	指标
ρ(腐殖酸)/(g·L^-1)	≥30
ρ(大量元素)/(g·L^-1)	≥200
ρ(水不溶物)/(g·L^-1)	≤50
pH(1∶250倍稀释)	4.0~10.0

6 结语

大量元素液体水溶肥料是一种速效性肥料，水溶性好、无残渣，可以完全溶解于水中，能被作物的根系和叶面直接吸收利用。大量元素液体水溶肥料的有效吸收率比传统的造粒复合肥的高2~3倍，达到80%~90%，并且肥效快，可满足高产作物快速生长期对营养的需求。液体肥料由于具有速溶、均匀的优点，是灌溉设备施肥的首选肥料，配合滴灌系统需水量仅为普通化肥的30%，施肥作业几乎可以不用人工，大大节约了人力成本。随着人工成本的不断上升，液体肥料由于其即用性、无需搅拌溶解，非常适合现代农业水肥一体化设施施肥，已越来越受土肥专家、农业技术推广专家、农资经销商和用户的喜爱。