表面活性剂在防化肥结块中的应用

《精细化工工艺学》课堂作业

表面活性剂在防化肥结块中的应用

班级：13级精细化工 组员：孙锦龙 尤涛

摘要: 介绍了化肥结块的原因和影响结块的主要因素，同时讨论了表面活性剂

防结块的机理和各种表面活性剂防结块的效果。并简略介绍了几种表面活性剂的生产方法。以及对该应用的现状进行了了解和分析。

化肥结块问题是化肥工业长期以来致力于解决的问题，特别是碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、磷酸铵、尿素和复合肥料等都易发生结块现象。化肥结块严重影响了肥效，并给贮存、运输和使用带来不少困难。例如结块的碳酸氢铵在运输中很容易破包，在26℃～28℃的气温下存放10d，氮素损失可达75.14%。化肥严重结块难以破碎，化肥部分结块对机械施肥不利，小块化肥容易堵塞喷头，这些都会给施肥带来严重不便。因此，解决化肥结块问题是提高化肥产品质量的重要途径。

1化肥结块的主要原因及影响因素

而要解决该问题我们首先要了解化肥为什么会结块。目前公认的由Gamondes于1977 年提出的晶体桥连理论和毛细管吸附理论，可解释许多无机化合物的结块现象。晶体桥连理论的观点是由于自身和外界条件的变化，粉体内包含的水分促使粉体表面溶解、再结晶，从而在粉体孔隙处形成晶桥。随着时间的推移，这些结晶又彼此结合，逐渐形成巨大的团块。毛细管吸附理论认为；粉体间毛细管吸附力的存在，使粉体间饱和蒸汽压增加，促使粉体及其表面溶解形成饱和或过饱和液滴，进一步重结晶，颗粒间形成接触面，最后粘结成团块。

一般认为颗粒度、颗粒强度、吸湿性、含水量、外界温度、储存温度和储存压力是影响化肥结块的主要因素，同时化肥的储存时间也是不可忽视的影响化肥结块的因素。

为了防止化肥结块，除了在化肥生产、包装和储存过程中采取防范措施外，在化肥中添加防结块剂是最有效的方法。根据不同的化肥品种则选用不同的防结

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块剂，常用的防结块剂可分为4类。而我们今天主要探讨的是表面活性剂在防结块中的应用。

2 表面活性剂的防结块机理

表面活性剂作为防结块剂，其主要作用是能将化肥颗粒表面由亲水性转变成疏水性，阻止水分交换，保护颗粒不受外界潮气的影响;降低溶液的表面张力，从而降低晶体物对溶液的毛细管吸附力;改善化肥结晶习性，大大降低化肥晶体的界面能，抑制成核作用，改进晶体的生长。

以碳酸氢铵化肥用防结块剂十五烷基磺酰氯为例可充分说明其防结块机理。在生产过程中，十五烷基磺酰氯加入碳化系统后，与氨水反应生成十五烷基磺酸铵阴离子表面活性剂。在参与碳酸氢铵结晶的形成和生产过程中吸附在结晶的晶面上，改变了结晶习性，有效地控制晶核的形成和促进核的生长，因而能增大结晶的粒度。其原理是表面活性剂在碳化氨水液中形成乳状液，其中存在着一定数目、有多个阴离子组成的胶团。由于胶团表面及附近的NH4+浓度比远离胶团处的NH4+浓度大得多，通入变换气后碳酸氢铵晶核首先在胶团的附近形成，这样晶核形成的数目将被胶团所控制，有利于结晶长大。同时表面活性剂在碳酸氢铵微晶的表面上，以亲水基接触在碳酸氢铵颗粒表面而形成选择定向吸附，使界面被疏水基覆盖显示疏水性，这样可防止化肥成品与空气中水气接触，使界面状态性质发生显著变化，有效防止晶体间黏接，从而达到良好的防结块效果。

3 表面活性剂的防结块效果

研究表明，单纯使用表面活性剂作为防结块剂机械隔离作用不强，不能长久地防止晶粒间联结点的形成。为提高防结块剂的性能，常将表面活性剂进行复配。它们良好的表面活性使其易于在无机盐结晶表面均匀扩散，表面活性剂定向排列在肥料颗粒表面建立憎水性薄膜，减小了固液间的界面张力，改善化肥结晶习性（在晶体内部干扰分子间作用力、改变晶形，降低析晶强度和结合力）， 降低了化肥晶体的界面能。从而大大减少了产品的吸湿性。

表面活性剂具有特殊的两亲结构——亲水性的极性基团和憎水性的非极性基团，这些极性基团又包括：离子型（阴离子型和阳离子型）和非离子型。常据此对表面活性剂进行分类。防结块处理时它对肥料的种类选择性很强，磺酸盐等阴离子表面活性剂和聚乙烯等非离子表面活性剂对硝酸铵的防结块效果并不好，

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而含有长碳链的脂肪胺对硝酸铵有很强的防结块效果，尤其是平均链长为17.5±1.5个碳原子的工业胺的混合物，更显示出对颗粒化肥的优良保护作用。

另外，表面活性剂与高分子物质复配也是优良的化肥防结块剂。某些高分子聚合物有防结块效果，主要是可以增加颗粒的强度。该复合防结块剂是将水溶性或非水溶性高分子增溶于表面活性剂的浓溶液中形成络合物，比分别使用其中的单一成分具有显著的协同效应。 用高分子-表面活性剂处理过的肥料一经干燥，会生成许多一簇一簇聚集的结晶，单位体积数倍于空白样或只加入表面活性剂的，只加入水溶性高聚物的也不能产生上述的大体积晶体。即使空气的相对湿度大于肥料的CRH值也不易结块，其用量少且效果好。代表性的高分子是聚醋酸乙烯酯、聚乙烯烷基醚和聚丙烯酰胺等；代表性的表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠、烷基萘磺酸钠和烷基(芳基)聚氧乙烯醚等。

4国内化肥防结块剂的开发概况

在化肥防结块剂中所用表面活性剂有阴离子型，如烷基磺酸盐及其中间体烷基磺酰氯、烷基苯 磺酸盐、α—烯烃磺酸盐和脂肪酸铵等；阳离子型，如脂肪胺盐、酸盐、季铵盐等；非离子型，如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯和烷基胺聚氧乙烯醚等。由于非离子表面活性剂使用效果不佳，故用得不多。

烷基硫酸盐是使用最广泛的一种阴离子型防结块剂，该类化合物一般采用脂肪醇分别和硫酸、氯磺酸、氨基磺酸、发烟硫酸进行反应，然后用碱中和而得。

阳离子型化肥防结块剂为季铵盐表面活性剂，用于制造该化合物的脂肪酸有癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸以及饱和或不饱和脂肪酸的混合物。采用的胺类有二乙烯三胺、三乙烯四胺、多烯多胺等。

结语：

我国是农业大国，化肥用量很大，因此化肥工业在我国国民经济中占有很重要的地位，为此要加强防结块实验室技术研究，利用各种模拟的强化自然条件，促使肥料迅速结块，并寻找最佳的防结块方法和防结块剂，这样可在最短时间内获得实验结果，从而解决各种化肥防结块问题。表面活性剂法与惰性粉末法及非表面活性剂的有机化合物法相比，防结块效果明显，既适用于颗粒表面也可在生产过程中加入，只是肥料与防结块剂间选择性强，适用范围窄。因此针对不同品

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种的化肥，应当进行大量的筛选工作，以便优选出适用于各品种化肥的防结块剂。

近年来随着农业现代化的发展，机械施肥越来越多，使得对具有良好防结块效果的化肥需求量会愈来愈大。由于表面活性剂在化肥工业中作为防结块剂不仅使用效果好，而且原料易得，价格便宜，用量少，并对化肥无影响，对植物、土地和人类无害。因而随着表面活性剂作为化肥防结块剂的研究的不断深入，表面活性剂在化肥工业中的应用将会有新的飞跃。

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