复合微生物肥料生产流程
微生物肥料也称菌剂或菌肥,是由有益微生物、有机载体、无机化肥等组成的。目前所用的有益微生物包括根瘤菌、联合或自生固氮菌、磷细菌、钾细菌等等,主要作用包括固定空气中的氮,活化土壤中的磷钾等养分,促进作物生长发育,提高作物抗逆性。
一般将含有特殊功能微生物的材料,称为微生物肥料,与菌肥或菌剂不同的是含有一定量的氮磷钾等无机肥料和大量的有机物料。
1 微生物肥料的功能
微生物肥料的作用主要表现在:固氮菌的固氮作用,加速土壤物质和能量的循环,活化土壤养分,刺激作物根系的生长,打破休眠,抑制病原菌的生长繁殖和对作物的侵染。
2微生物肥料施用方法
微生物肥料的效果与其施用方法密切相关,必须按照肥料的使用说明正确施用,一般要求集中施用,还必须注意适宜的作物和土壤。
3生物肥料的生产工艺
目前开发出的微生物肥料主要有:根瘤菌类、生物钾肥、复合微生物肥料,一般由功能微生物、载体和氮磷钾肥料 3 部分组成的,生产工艺流程包括: 菌种分离、筛选及扩大繁殖,原材料粉碎及混合,微生物吸附,造粒,烘干等环节。
4 微生物肥料
微生物肥料的发展趋势
微生物肥料不能替代化肥,只是化肥的补充,促进作物更高效的吸收利用化肥。微生物肥料的发展应该把握 综合生态效应; 充分利用微生物之间的相互作用,增强功能微生物的作用,抑制病原菌的侵染;充分利用各种有机废弃物,充分发挥有机、无机和微生物的作用;兼顾改善营养、刺激生长、增强抗病性、提高抗逆性、除草、提高产量和改善品质等多种功效。
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磷酸二氢钾生产工艺
磷酸二氢钾(KH2PO4)是白色结晶或粉末,易溶于水。工业上,常用于细菌培养剂,酿造酵母培养剂,合成清酒调味剂。用于青毒素、土霉素、鸡苷、味精等生产上。农业上,由于其是不含氯的水溶性速效磷钾肥,含量高(P2O5 51%、K2O 34%左右),目前所知化肥中盐指数最低,对农作物的种子、幼苗和根部都没有灼伤的危险。其物理化学性稳定,属一致性溶解肥料,对土壤适应性强。对农作物在加速灌浆、促进代谢、抵御干热风和防止倒伏等方面均有显著效果。因此可用于叶面喷洒、浸种、拌种、沾根、灌根、基肥、追肥等。无论在小麦、水稻、玉米、豆类、薯类、树类、瓜类、花生、棉花、烟草、茶叶、蔬菜、苹果、葡萄等作物上,均可广泛应用。据农业专家测试,一般每亩合理使用100~250g,大田作物增产8%以上,经济作物增产效果更高。农用微肥、种子包衣也都用磷酸二氢钾作原料。
磷酸二氢钾的制备工艺早在18世纪初就已有研究,但直到20世纪60年代中期,世界各国才开始对其生产过程的理论基础和工艺进行深入的研究。尤其近年来,由于对磷酸二氢钾肥效的肯定,相继开发了各种制备方法。
l、中和法
中和法生产磷酸二氢钾是用氢氧化钾或碳酸钾中和磷酸以生产磷酸二氢钾,其化学反应如下:
H3PO4+KOH=KH2P04+H2O
2H3PO4+K2CO4=2KH2PO4+H2O+CO2
中和法具有工艺简单、产品纯度高、技术成熟等优点,但所用原料昂贵,生产成本高,不适宜大规模生产。
2、结晶法
结晶法是根据H3PO4-KH2PO4-KCl-H2O系统中,在不同温度下KH2PO4在H3PO4溶液中的溶解度变化来分离制得KH2PO4,反应方程式如下:
H3PO4+KC1=KH2PO4+HCl
该法生产磷酸二氢钾,经济上比中和法优越,但是(1)该法是在酸性介质高温下(170℃左右)反应,对设备的要求非常苛刻,而且极易被腐蚀,不仅一次性投资大,而且大幅度地增加成本。(2)由于HCl的溢出,需要吸收装置,不注意会形成污染;(3)质量较差,含3%左右的氯离子和少量磷酸。
3、萃取法
萃取法是将湿法磷酸的净化过程与磷酸二氢钾的提取过程结合为一体,在结晶法生产磷酸二氢钾基础上,根据磷酸二氢钾在不同溶剂中具有不同的溶解度特性,选择性地使用溶剂将磷酸二氢钾从混合物中分离出来。反应方程式可表示为(S为有机溶剂):
S·H3PO4+KCl=KH2PO4+S·HCl
国内外对萃取法进行了大量的研究,先后出现过用正丁醇、有机胺、三聚氰胺、二丁基亚砜和三辛胺-环己烷-异戊醇作为萃取剂进行生产的报道。该法具有过程简单、能耗低、反应条件温和、有机溶剂可循环利用等优点,但有机溶剂价格昂贵,还需要考虑有机溶剂的回收利用,从而造成生产中投资过高。
4、离子交换法
离子交换法,是利用一种阳离子或阴离子树脂,分别对H2PO4 -1离子和K离子的吸附或再生过程来合成KH2PO4。
该法生产的磷酸二氢钾虽质量较高,但蒸发量太大,(1t成品需要蒸发水15m3),能耗过高,且树脂价格昂贵,一次性投资较大。生产过程中,树脂还容易中毒而全部更换,这就给生产带来麻烦和增大成本。还有就是氯化铵等废水的环境污染,如果废水回收能耗又太高。
该工艺还可以用氯化钾与碳酸氢铵通过离子交换先生产碳酸氢钾,再与磷酸反应生产磷酸二氢钾(相当于中和法)。
5、磷酸二氢钠复分解法
磷酸二氢钠复分解法是将氯化钾中的钾离子与正磷酸盐的磷酸二氢根,通过复分解反应,
生成磷酸二氢钾,其化学反应如下:
Na2CO3+2H3PO4=2NaH2PO4+CO2+H2O
NaH2PO4+KCl=KH2PO4+NaCl
该法的特点是:生产设备简单,反应条件平和,操作方便,没有污染,质量可靠,成本较中和法每吨下降1000元以上。按说该法已是比较理想的工艺,但仍有一定不足之处,就是副产品氯化钠价值太低,仍然影响磷酸二氢钾成本,而且生产周期比较长。
6、磷酸二氢铵复分解法
为寻找最理想的磷酸二氢钾生产工艺,科学工作者在几十年前就提出了用磷酸二氢铵与氯化钾进行复分解反应,生产磷酸二氢钾和氯化铵的生产方法,反应方程如下:
NH4H2PO4+KC1=KH2PO4+NH4Cl
或NH4HCO3(NH3)+H3PO4+KC1=KH2PO4+2NH4Cl+CO2+H20
不难看出,该反应与2NH4HCO3+2H3PO4+2KC1=2KH2PO4+2NH4Cl+2CO2+2H20相比,成本要低得多。按方程式及实际生产计算,0.4t纯碱(1300元/t)520元,0.6t碳铵(400元/t)240,0.4t氯化铵(800元/t)320元,0.43 t氯化钠(l00元/t)43元,成本相差557元。
因为NH4H2PO4+KCl=KH2PO4 +NH4Cl反应进行不到底,从图象上也找不到理想的途径,因此该反应的研究进展缓慢。最早见到的是英国 AlbrgntWillon公司的成果。该法是用热法磷酸吸收氨生成磷酸二氢铵,磷酸二氢铵与氯化钾在80℃下进行复分解反应生成了磷酸二氢钾。分离产品后的母液再与CaO反应,生成磷酸二氢钙、并从残渣中回收氨与氯化钾供循环用,该法磷酸二氢钾收率较低,仅为63%。
日本有田秀南等人建立了用磷酸铵和氯化钾为原料,同时制取磷酸二氢钾和氯化铰的方法,据说收率很高,有较高的价值,但未工业化生产。
近年也有人以碳酸氢铵、磷酸、氯化钾生产磷酸二氢钾工艺进行研究,磷酸二氢钾收率在95%左右,副产品为以氯化铵为主的元素复合肥,磷酸二氢钾含量一次性达92%以上,并能达到98%。
7、沸石法海水提取磷酸二氢钾。
8、电渗析法。
9、湿法磷酸直接法工艺。
我国钾肥的主要生产工艺是什么?
我国钾肥的主要生产原料是卤水,生产出来的形态是氯化钾。一般都是采用反复选-冷结晶工艺。
硝酸钾和硫酸钾都是一般都需要采用氯化钾与强酸反应,(如浓硝酸、浓硫酸),然后生产硝酸钾和硫酸钾。
硫酸钾一般采用的曼海姆工艺,就是用硫酸和硫化钾反应,生产硫酸钾和氯化氢,氯化氢用吸收塔吸收做其他利用,放热直接送到加热管道,用于最后的烘干。
建议看看《中国化肥产业技术与展望》本书,基本上涵盖了我国主要化肥的生产工艺。
钾肥的制取
原料钾是在地壳中含量占第七位的元素。但是,它在矿石、土壤、海洋、湖泊和江河中的含量都很低。具有经济价值的钾盐矿,是内陆海在干燥条件下,蒸发水分后干涸的沉积矿床。最主要的沉积钾盐矿有钾石盐(KCl、NaCl混合物)、无水钾镁矾(K₂SO₄·2MgSO₄)、钾盐镁矾(K₂SO₄·MgSO₄·3H₂O)和光卤石(KCl·MgCl₂·6H₂O)等。一些含钾的井水、湖水和卤水,也是钾肥原料的来源。氯化钾 工业生产以钾石盐矿精制加工为主,在某些国家和地区采用光卤石为原料,少数国家从卤水提取。钾石盐矿富集和精制 由钾石盐矿富集氯化钾有三种方法:①浮选法,是应用最广泛和最经济的方法。其过程(见图)
钾肥是以脂肪胺作为浮选剂,进行多次粗选,再进入精选系统进一步精制,底流返回粗选系统。②溶解结晶法,是利用氯化钠和氯化钾在热水和冷水中的溶解度不同,将氯化钾母液加热后与钾石盐混合。此时,氯化钾全部进入溶液,而氯化钠进入溶液较少,冷却后析出氯化钾结晶,经分离、洗涤和干燥即得产品。母液返回系统。如需制得工业用氯化钾精品,可用再结晶的方法精制,氯化钾纯度可达到99.9%。③重液分离法,是利用氯化钠和氯化钾的密度不同,选择密度介于两者之间的重介质,把磨细过的钾石盐矿置于其中,氯化钾上浮,氯化钠下沉,达到分离的目的。
光卤石富集和精制 光卤石资源较丰富,但因它含钾量不高(纯光卤石仅含氧化钾17%),加工能耗较高,且大量副产氯化镁不易处理,故在氯化钾生产中所占比例不大,其富集主要有两种工艺:①冷溶法,含有氯化钠等杂质的光卤石矿在20~25℃下用水或淡盐水浸取,氯化镁首先溶出,当溶液中氯化镁含量增加时,溶入的一部分氯化钾会再结晶出来。所得氯化钾是含有氯化钠的混合物,用富集钾石盐的方法进一步加工制氯化钾。②热溶法,在约100℃水中溶解光卤石,在分离不溶物之后进行冷却结晶得氯化钾。
含钾卤水加工 含钾卤水包括含钾湖水、含钾井水和盐田卤水等。以色列和约旦利用死海卤水,中国利用青海省察尔汗盐湖的卤水生产氯化钾。工艺是卤水在盐田里自然蒸发,直至约90%的氯化钠结晶出来;再将卤液移入另一组盐田,经蒸发、结晶得光卤石,再以富集光卤石的方法制取氯化钾。
硫酸钾 主要用可溶性硫酸盐钾矿为原料,少数国家和地区用氯化钾为原料制取。硫酸盐钾矿加工 无水钾镁矾和软钾镁矾等是可溶性硫酸盐钾矿,采用与钾石盐矿富集相类似的方法进行处理即可用作肥料。制纯硫酸钾时,可以用氯化钾与可溶性硫酸盐钾矿进行复分解反应:
K₂SO₄·2MgSO₄+4KCl==3K₂SO₄+2MgCl₂
然后将溶液蒸发即可结晶出硫酸钾。
明矾石综合利用制硫酸钾、氧化铝和硫酸,在苏联已有工业生产,在中国也有小规模生产。明矾石矿经磨细后,进行煅烧还原,分解出二氧化硫,用以生产硫酸。还原物料用碱液浸取,溶出硫酸钾和氧化铝,按铝矾土加工的拜耳法制氧化铝。溶液进一步蒸发、结晶和干燥,得到硫酸钾产品。此法在有明矾石资源而缺少铝矾土资源的地方有经济价值。
由氯化钾制备 用硫酸分解氯化钾制取硫酸钾并副产盐酸,反应分两步进行,其反应式为:
KCl+H₂SO₄→KHSO₄+HCl (1)
KHSO₄+KCl→K₂SO₄+HCl (2)
第一步反应是放热反应,在约200℃下进行;第二步反应是吸热反应,需要在600~700℃下进行。此法能耗较高,材料腐蚀问题比较严重,只有在需要盐酸的地区或国家用此法进行生产,如美国和比利时。
综合利用 富集精制钾石盐矿时,大量副产主要含有氯化钠和少量氯化钾的废卤液,将其泵送至人工筑堤的围场内,靠自然蒸发,以结晶固化。
光卤石加工过程中还大量副产含氯化镁的废液,其处理更加困难,因为依靠自然蒸发、结晶、固化需要很长时间。在以色列用水解和煅烧的方法处理含氯化镁的废液,生产氧化镁和盐酸实现了工业化。氧化镁用于生产耐火材料,盐酸用于生产磷酸。
磷钾肥工艺流程
将含(磷)钾矿石破碎至细度约100目,筛余小于15%,经富集、高温灭菌处理;配以泥炭、琼脂、葡萄糖、硫酸盐、铵盐、钼盐、菌料等为辅料,其比例为矿粉∶辅料=85~95∶2.2~5;经配料后在反应器中进行生化反应。反应完成后,按配比造粒,粒化后即可制成含P2O5-K2O大于20%的生物(磷)钾肥。该肥可直接施用,也可做混配专用肥的基础肥。本工艺较传统的工艺具有原料易得,流程短,投资省,建设周期短,生产过程简单,无三废排出,肥料的养分多,肥效时间长,利用率高,有利于生态平衡等优点。
钾肥生产工艺过程需要蒸气吗?
需要。钾肥,全称钾素肥料。以钾为主要养分的肥料,植物体内含钾一般占干物质重的0.2%~4.1%,仅次于氮。钾肥需要通过通入蒸汽提高造粒机内部温度,从而减少造粒水分,继而使生成的钾肥颗粒具有较高的强度。在植物生长发育过程中,参与60种以上酶系统的活化,光合作用,同化产物的运输,碳水化合物的代谢和蛋白质的合成等过程。