制造复合肥料颗粒

本发明涉及一种用于形成肥料颗粒的方法和一种肥料颗粒。

补充植物可用营养的一种常见方法是用团聚颗粒形式的肥料产品处理苗床、田地或其他生长介质。颗粒状产品可以具有稳定、使用常规园艺或农业机械易于散布(spread)以及易于以所需的施加速率进行分配的优点。

数量繁多的肥料成分可供选择。特定肥料成分的有效性取决于多种因素，这些因素包括将应用的植物类型、植物的成熟状态、生长介质的现有状态和环境条件。

主要的植物营养素包括氮、磷、钾、镁、钙和硫。在肥料成分中，这些单独的营养元素可以通过包含在许多化合物中的任一种化合物中而被合并。尽管不同的化合物可能包括相同的基本营养元素，但这些营养元素的生物利用度可能因化合物分解的机制而异。营养素的生物利用度也可能因肥料化学或机械配方的其他方面而变化。例如，一些肥料颗粒可能含有缓慢分解的涂层或粘合剂，以延迟营养物质的释放；一些化合物可能依赖生长介质中的微生物群来释放其营养元素；而一些成分可能以螯合的形式提供营养物质，以提高其吸收。

为了提供多种营养素，种植者可以施用多种不同的肥料成分或单个的多营养素肥料成分。为了使多营养成分有效，其组成化合物必须具有适当平衡的比例，并且即使在存在其他组分的情况下也必须能够有效发挥作用。这种有效性可能取决于肥料含量以外的其他因素：例如环境水、热量或某些微生物群的存在。多营养素肥料对植物的有效性(特别是在依赖环境因素的情况下)很难预测。然而，如果多营养素肥料成分有效，那么它的优点是只需要一次散布操作就可以将其应用于作物。

某些矿物质，特别是蒸发岩矿物(evaporite minerals)，可以用作例如钾、钙、镁和硫营养物质的来源。例如，石膏可以制成颗粒，以用作钙和硫的来源。

杂卤石是一种蒸发岩矿物。它是钾、钙和镁的水合硫酸盐复合物，其通式为K

杂卤石能够作为农业肥料的宝贵来源。在一些现有技术的工艺中，已经提出分解天然杂卤石以提取特定的营养物质。例如，参见WO 2013/074328、US 1946068和US4246019。然而，完整的杂卤石也可用作肥料，其能够向土壤提供硫、钾、钙和镁。

矿物杂卤石可以以未经加工的(raw)、破碎的形式进行散布。这最大限度地降低了加工成本，但也有很多缺点。一旦施加到土壤中，原矿物需要一段时间才能分解，从而延缓其组分的生物利用度。如果以碎裂的形式施用，杂卤石往往具有不规则的形状和大小，这意味着很难均匀地施用，也意味着使用某些类型的农业散布机械可能很难施用。粉末状杂卤石在农业应用中很难均匀散布，而且由于杂卤石粉末可具有吸湿性，一旦暴露在空气中，其机械性能会随着时间的推移而迅速且剧烈地变化。

期望有一种易于散布且以对植物特别有益的方式提供大量营养物的肥料产品。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于形成颗粒状肥料产品的方法，该方法包括：形成磷酸和与氨的第一混合物；将第一混合物和杂卤石粉末加入到制粒机中以形成第二混合物；和向第二混合物提供氨以在制粒机处理第二混合物以形成颗粒的同时在第二混合物内完成磷酸铵的形成。

制粒机可以通过在提供氨的同时混合第二混合物来处理第二混合物以形成颗粒。形成磷酸与氨的第一混合物可以包括在将氨引入到磷酸中的同时混合磷酸。存在于第一混合物中的氨可以与磷酸反应形成磷酸铵，并且氨可以以不足以在第一混合物内完全形成磷酸铵的量引入。向第二混合物提供氨可以包括将氨气引入到第二混合物中。向第二混合物提供氨可以包括将液氨引入到第二混合物中。存在于第二混合物中的氨可以与磷酸反应形成磷酸铵，并且氨可以以足以在第二混合物中完全形成磷酸铵的量引入。氨与磷酸的预定比例可以完成由磷酸形成磷酸铵，并且可以以小于预定比例的量将氨引入到第一混合物中。氨与磷酸的预定比例可以完成由磷酸形成磷酸铵，并且氨可以引入到第二混合物中以基本上满足该预定比例。

形成磷酸与氨的第一混合物可以包括向第一混合物添加液体。该液体可以是水。该液体可以是氨。

该粉末的质量平均粒径可以在50-500μm的范围内。颗粒可以包括按重量计超过80％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物。一定量的第一混合物可以添加到杂卤石粉末中使得颗粒包括按重量计20％-80％的磷酸铵。一定量的第一混合物可以添加到杂卤石粉末中使得颗粒包括按重量计20％-80％的杂卤石粉末。

根据本发明的第二方面，提供了一种主要由杂卤石粉末与磷酸铵的混合物组成的肥料颗粒。

颗粒可以包括按重量计60％-80％的磷酸铵。颗粒可以包括按重量计20％-40％的杂卤石粉末。颗粒可以包括按重量计超过80％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物。

根据本发明的第三方面，提供了一种肥料产品，其包括本文所述的多个颗粒。根据本发明的第四方面，提供了一种颗粒状肥料产品，其中至少50％的颗粒是本文所述的颗粒。

现在将参照附图以示例的方式描述本发明。在附图中：

图1显示了化肥生产过程的总体概况。

以下的描述是为了使本领域的任何技术人员能够制造和使用本发明而提出的，并且是在特定应用的背景下提供的。对所公开的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其他实施方式和应用中。因此，本发明并不旨在局限于所示的实施方式，而是应符合本文所公开的原理和特征的最宽范围。

本发明涉及一种用于形成颗粒状肥料产品的方法。该方法包括形成磷酸与氨的第一混合物，并将第一混合物和杂卤石粉末加入制粒机中以形成第二混合物。该方法还包括向第二混合物提供氨以在制粒机处理第二混合物以形成颗粒的同时在第二混合物内完成磷酸铵的形成。本发明还涉及主要由杂卤石粉末与磷酸铵的混合物组成的肥料颗粒。

图1显示了化肥生产过程的总体概况。生产过程将参考图1进行描述。

如上所述，杂卤石是钾、钙和镁的水合硫酸盐复合物，其通式为K

如箭头2所示，将杂卤石碎屑装载到第一料斗1中。杂卤石碎屑从第一料斗输出以被加工成粉末形式。

将粗杂卤石(raw polyhalite)或杂卤石碎屑加工成基本上由杂卤石组成的粉末。这可以适当地使用高压研磨辊(high pressure grinding roller,HPGR)设备3或在球磨机(例如连续的“Hardinge(哈挺)”球磨机)或磨碎机中进行。粉末的平均粒度取决于各种工艺参数(包括原料在粉化设备中的停留时间和粉化设备的配置)。离开粉化设备的过大颗粒可以返回到该设备进行进一步处理。所需的粉末尺寸将取决于后续加工步骤的性质，但已经发现，用500μm筛网筛选粉化过程的输出，并接受通过筛网的材料进行进一步加工，会产生良好的结果。离开粉化设备且未通过筛网的过大颗粒可返回到粉化设备进行进一步处理。进入该过程下一步的粉末的便利概况(profile)是：100％通过500μm筛网，80％(按质量计)通过200μm筛网。方便地，粉末质量的至少50％或更优选地至少70％由粒度或最大或平均直径在50-500μm范围内、更优选地在100-250μm范围内的颗粒组成。粒度可以通过马尔文粒度分析仪3000(Malvern Mastersizer 3000)测量或通过摇筛器测量。

开采的矿石中的杂质可以在开采的矿石被粉末化之前分离。可替选地，如果杂质相对于所需矿物的比例相当低，则可以保留杂质并将其粉末化。因此，粉末状杂卤石也可以包括其他矿物。

粉末状的杂卤石通过空气旋流器4。空气旋流器4将粉末状杂卤石分离成具有所需尺寸的颗粒，而过大的颗粒回落到空气旋流器4进行再循环。来自空气旋流器4的输出装载到第二料斗5中。第二料斗5输出到既可以混合又可以造粒的设备中。因此，第二料斗5可以输出到如图1所示的制粒机6中。

制粒机6还供应有来自预中和器7和来自第一储罐8的液体。第一储罐8容纳液氨或氨气。在该工艺中可能存在使用液氨和氨气两者的情况。在这种情况下，可能存在用于液氨和氨气的单独的储罐。应当理解，提及液氨或氨气中的一种可以涉及使用每种的一部分或者使用一种之后接着使用另一种。可替选地，在该工艺中可以仅使用液氨或氨气中的一种。

第二储罐9容纳磷酸。第一储罐8和第二储罐9连接到预中和器7。预中和器7供应有来自第二储罐9的磷酸和来自第一储罐8的液氨/氨气。可以将一定量的磷酸引入到预中和器7中，然后通过管将液氨/氨气供应到磷酸中，使得液氨/氨气鼓入通过磷酸进而与酸反应。预中和器7可以包括混合桨10以混合预中和器中存在的液体。预中和器7中的磷酸与液氨/氨气的组合形成磷酸与氨的第一混合物。第一混合物可以是浆料的形式。

当液氨/氨气被引入到磷酸中时，液氨/氨气与磷酸反应。该反应会产生磷酸铵。液氨/氨气的引入降低了第一混合物的pH。可以选择引入的氨液/氨气的量使得第一混合物的pH降低到约5-6。在预中和器中的第一混合物中可以产生磷酸一铵(Monoammoniumphosphate,MAP)、磷酸二铵(diammonium phosphate,DAP)或二者的组合，这取决于引入到磷酸的液氨/氨气的量。引入到第一混合物中的液氨/氨气的量小于完成磷酸铵形成所需的量(根据需要MAP形式还是DAP形式)。通过此，这意味着当磷酸铵形成完成时，混合物中基本上没有残留磷酸。

存在预定比例的氨与磷酸，其完成了由磷酸形成磷酸铵。该预定比率可以是目标比例。该预定比例取决于是否正在产生MAP或DAP。MAP的预定比例为1:1。DAP的预定比例为2:1。

还可以将水引入到预中和器中以协助磷酸与氨的混合。

预中和器7连接到制粒机6，使得预中和器7可以向制粒机6提供磷酸与氨的第一混合物。第一储罐另外连接到制粒机6，从而可以直接向制粒机6提供液氨/氨气。

这种制粒机设备的示例是强力混合机/制粒机，例如可从MaschinenfabrikGustav Eirich GmbH&Co KG(德国古斯塔夫·爱立许机械制造有限公司)获得。制粒机可以配置为在运行时排出处理过的材料，使其连续运行。可替选地，制粒机可以分批操作，根据规定的程序对材料进行处理，然后大量(en masse)排出。

杂卤石粉末从第二料斗5进入制粒机6。第一混合物也从预中和器7进入制粒机6。进入制粒机6的杂卤石粉末和第一混合物的量是根据最终颗粒中杂卤石与磷酸铵的所需比例来选择的。杂卤石粉末和第一混合物的加入通过由制粒机6的混合而形成第二混合物。

氨液/氨气从第一储罐8被注入到制粒机中。氨液/氨气因此被注入到第二混合物中。选择注入的氨液/氨气的量以完成第二混合物中磷酸铵的形成。可以测试第二混合物以确定第二混合物的pH何时达到约7，这指示第二混合物内磷酸铵的形成已完成。第二混合物中的磷酸铵可以是DAP或MAP的形式，这取决于引入预中和器7和制粒机6中的氨的量。

从预中和器7引入液体还具有引起杂卤石粉末团聚的效果，并因此引起第二混合物在制粒机6中的团聚和成粒。

引入到制粒机内杂卤石粉末中的第一混合物和氨的量可以根据颗粒中杂卤石粉末与磷酸铵的所需比例来选择。颗粒中杂卤石粉末与磷酸铵的重量比通常可以是1:10、1:5、3:10、2:5、1:2、3:5、7:10、4:5、9:10、1:1、10:9、5:4、10:7、5:3、2:1、5:2、10:3、5:1、10:1。

该颗粒可以包括按重量计超过20％的杂卤石、超过30％的杂卤石、超过40％的杂卤石、超过50％的杂卤石、超过60％的杂卤石、超过70％的杂卤石和超过80％的杂卤石。优选地，肥料产品可以包括按重量计小于80％的杂卤石，更优选小于60％的杂卤石，更优选20％-40％的杂卤石，更优选20％-35％的杂卤石。

该颗粒可以包括按重量计超过20％的磷酸铵、超过30％的磷酸铵、超过40％的磷酸铵、超过50％的磷酸铵、超过60％的磷酸铵、超过70％的磷酸铵、超过80％的磷酸铵。优选地，肥料产品可以包括按重量计超过20％的磷酸铵，更优选超过40％的磷酸铵，更优选60％-80％的磷酸铵以及更优选65％-80％的磷酸铵。

颗粒可以主要由杂卤石粉末和磷酸铵的混合物(按重量计)组成。该颗粒可以包括按重量计超过80％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，超过85％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，90％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，95％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，96％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，97％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，98％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，99％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物，99.5％的杂卤石粉末与磷酸铵的混合物。

在造粒过程完成时，颗粒从制粒机6排出，并进入到干燥器14上，该干燥器14可以是用于干燥的输送机。颗粒含有磷酸铵和杂卤石。已经发现，在能够将颗粒加热到大约150℃的干燥器14中大约3分钟的停留时间足以充分干燥颗粒。这会使颗粒变硬。使用杂卤石粉末、磷酸和氨制造的颗粒的压碎强度(crush strength)可以在2.2kgf范围内。这与可接受的农业颗粒的普遍接受的2.2kgf下限相比很好。可以使用反向喷射空气过滤器(reversejet air filter)从干燥器中提取水分。可以选择干燥机的操作温度和停留时间，以提供所需强度的颗粒以便后续处理。可以使用旋转式干燥机来干燥颗粒。

可以对从干燥器14排出的干燥材料进行筛选，以将尺寸过小和/或尺寸过大的颗粒与所需尺寸范围的颗粒分离。例如，所需的尺寸范围，可以是通过4mm筛网(screen)但不通过2mm筛网的尺寸范围。可替代地，可以根据期望的应用来选择其他尺寸。

干燥的颗粒可以通过第一尺寸的筛分机12，以将过大的颗粒与具有期望的上限尺寸的颗粒进行分离。过大的颗粒重新研磨。这可以适当地使用高压研磨辊(HPGR)设备16或在球磨机(例如连续的“Hardinge(哈挺)”球磨机)或磨碎机(attritor mill)中进行。再研磨的颗粒被提供到第二料斗5，以再次通过该过程进行再循环。干燥的颗粒可以通过第二尺寸筛分机13，以将尺寸过小的颗粒与具有期望的下限尺寸的颗粒分离。尺寸过小的颗粒被供应回第二料斗5，以被重新引入制粒机6，以再次通过该过程再循环。

最后，尺寸合适的颗粒(如箭头17所示)可以被冷却和包装15，例如在600公斤大袋(bag)或25公斤袋子(sack)中，或者散装运输以供在其他地方使用或进一步加工。这些颗粒可供农业使用。最终，它们可以用作肥料散布在田地或其他农业或园艺基质上。复合颗粒可用于除施肥以外的其他目的。

颗粒中可以包括其他添加剂。这样的添加剂可以是以下中的一种或多种，以任何组合：

-具有化学和/或机械稳定和/或保存颗粒效果的成分：例如，增加颗粒的保质期，降低颗粒对环境污染物的易感性(susceptibility)，或降低颗粒在散布过程中破碎的可能性(例如pH缓冲剂)；

-具有增强杂卤石和/或磷酸铵施肥效果的成分：例如通过加速或延缓杂卤石在田间的分解；

-具有通过施肥以外的方式保护或促进作物生长的效果的成分：例如除草剂、杀真菌剂、杀虫剂、灭鼠剂、激素、植物刺激剂或菌根真菌或孢子；

-种子：可能是被子植物、裸子植物和/或作物类(例如小麦、玉米、水稻、小米、大麦、燕麦或黑麦等谷物)的种子；

-除了杂卤石和磷酸铵之外，还提供大量营养素或微量营养素的另一肥料组合物；

-颜料；

-具有改变土壤pH值作用的成分：例如石灰或硫磺。

这样的组分可以在该工艺的任何合适阶段添加。例如，它可以在如上所述的制粒阶段之前或期间与杂卤石粉末相结合，或与杂卤石/磷酸/氨混合物结合，或者与磷酸/氨混合物结合，或者它可以在干燥之前或之后喷涂或者涂覆在颗粒上。

复合颗粒优选基本上没有空隙，例如具有按体积计不超过1％、2％或5％的空气。

在上面对单个颗粒规定了属性的情况下，则该标准可适用于散装颗粒状肥料，如(i)散装(bulk)的平均值，(ii)散装的中值，或(iii)具有必要属性的散装肥料颗粒的50％以上或80％以上。

在三个实施例中，通过将磷酸和氨气混合使得pH为5-6来产生DAP预中和器浆料。称取杂卤石粉末并将其加入到制粒混合器中。在制粒混合器中混合杂卤石粉末，并通过浇注将浆料添加到杂卤石粉中。然后将氨气注入混合物中。一旦浆料-粉末混合物达到pH约为7，就对混合物加热以使其干燥并开始制粒。形成颗粒并使用Tyler 5-9筛子筛选出所需2-4mm粒度的颗粒。

在第一个实施例中，将3.36kg磷酸加入预中和器中并混合，同时鼓入氨气直至pH达到约6。在整个过程中加入1550mL水，以便混合物经历pH1.6-5的范围时帮助混合物通过不溶阶段。将1kg杂卤石加入到制粒混合器中并引入浆料。将氨气鼓入直到pH达到约7，然后将混合物制粒以生产颗粒。将所得的颗粒筛选得到所需的2-4mm的颗粒尺寸。所得颗粒的硬度为2.3kgf。按重量比，所得颗粒含有80％的DAP和20％的杂卤石粉末。

在第二个实施例中，将2.73kg磷酸加入预中和器中并混合，同时鼓入氨气直到pH达到约6。在整个过程中加入1250mL水，以便混合物经历pH1.6-5的范围时帮助混合物通过不溶阶段。将1.75kg杂卤石加入到制粒混合器中并引入浆料。将氨气鼓入直到pH达到约7，然后将混合物制粒以生产颗粒。将所得的颗粒筛选得到所需的2-4mm的颗粒尺寸。所得颗粒的硬度为2.1kgf。按重量比，所得的颗粒具有65％的DAP和35％的杂卤石粉末。

在第三个实施例中，将1.68kg磷酸加入预中和器中并混合，同时鼓入氨气直到pH达到约6。在整个过程中加入1000mL水，以便混合物经历pH1.6-5的范围时帮助混合物通过不溶阶段。将3kg杂卤石加入到制粒混合器中并引入浆料。将氨气鼓入至pH达到约7，然后将混合物造粒以生产颗粒。将所得的颗粒筛选得到所需的2-4mm的颗粒尺寸。所得颗粒的硬度为2.1kgf。按重量比，所得的颗粒具有40％的DAP和60％的杂卤石粉末。

申请人在此独立地公开了本文所述的每个单独特征以及两个或更多个这样特征的任何组合，只要这样的特征或组合能够根据本领域技术人员的公知常识基于本说明书整体来实施，而不管这样的特征或特征的组合是否解决了本文公开的任何问题，并且不限制权利要求的范围。申请人指出，本发明的各方面可以由任何这样的单独特征或特征的组合组成。鉴于上述描述，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在本发明的范围内进行各种修改。