自 ２００４ 年國內(nèi)首條熔體塔式制高濃度尿基復(fù)混肥裝置由上海院化肥所設(shè)計(jì)建成投產(chǎn)以來， 國內(nèi)陸續(xù)依靠自有或引進(jìn)技術(shù)建成投產(chǎn)有十多套高塔造粒復(fù)混肥生產(chǎn)裝置。該工藝以尿素（ 硝銨） 、磷、鉀等為主要原料， 經(jīng)過混配溶解后， 從造粒塔頂噴淋而下， 自然冷卻造粒。根據(jù)觀察， 與其他復(fù)混肥生產(chǎn)工藝相比， 高塔造粒所生產(chǎn)的復(fù)混肥結(jié)塊更多發(fā)生在肥料顆粒的冷卻過程， 其結(jié)塊機(jī)理和形式有其特殊性。研究和開發(fā)應(yīng)用于高塔造粒工藝的復(fù)混肥防結(jié)塊劑， 對解決肥料結(jié)塊問題， 具有重要的意義。
雖然導(dǎo)致肥料結(jié)塊的原因較為復(fù)雜， 但以下的理論可以解釋大多數(shù)的結(jié)塊現(xiàn)象： １） 晶橋理論。由于水分作用， 肥料表層的溶解與結(jié)晶析出過程反復(fù)進(jìn)行， 在肥料顆粒之間結(jié)晶體形成架橋而粘結(jié)。２） 毛細(xì)吸附理論。由于微細(xì)晶粒間毛細(xì)吸附的存在， 使液相彎面上的飽和蒸汽壓低于外部的飽和蒸汽壓， 這就為水蒸氣向晶粒間的擴(kuò)散提供了可能，使晶體易于吸潮， 逐漸導(dǎo)致結(jié)塊。
由于表面活性劑在兩相界面上的特別作用， 能夠改變界面的物理化學(xué)性能， 研究表面活性劑在高塔造粒復(fù)混肥防結(jié)塊中的應(yīng)用對改變目前防結(jié)塊劑的研發(fā)現(xiàn)狀具有積極的意義。本文擬對表面活性劑在高塔造粒復(fù)混肥防結(jié)塊劑配方中的應(yīng)用從理論和實(shí)踐的角度作一探索。
１ 表面活性劑在防結(jié)塊劑中的作用
由于表面活性劑的多樣性和親水親油特性， 選擇合適的表面活性劑可以在復(fù)混肥防結(jié)塊中起到不同的作用。
１） 在肥料顆粒表面形成 １ 層疏水層， 改善防水性， 如 Ｃ１２ ～Ｃ１８ 碳鏈的氨基二羧酸鹽抗水劑。
２） 減弱粒子間的表面粘結(jié)作用， 如具有增滑作用的氟碳化合物、有機(jī)硅系列的化合物。
３） 阻斷鹽分的擴(kuò)散途徑， 表面活性劑滲透到顆粒內(nèi)部分布于各相間的界面上， 其親水端朝向吸水性較強(qiáng)的組分， 使鹽不易擴(kuò)散到顆粒表面和接觸區(qū)。國內(nèi)外主要采用長鏈的脂肪胺表面活性劑， 如十八烷基胺、雙十八烷基胺、十六烷基胺、十六烷基三甲基溴化銨、磺基丁二酸二丁酯鈉鹽、工業(yè)級的油酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉等。
４） 晶格歪曲（ 晶格畸變） 的作用， 有些表面
活性劑能抑制晶核的生長， 改善結(jié)晶的增長方式。復(fù)混肥原料中普遍采用的尿素或硝銨， 均是結(jié)晶性物質(zhì)。結(jié)晶狀尿素呈白色針狀或棱柱狀晶型， 吸濕性強(qiáng)； 而硝銨有 ５ 種結(jié)晶變體， 純硝銨是白色正交結(jié)晶或白色細(xì)小顆粒狀晶體。晶體在生長和形成過程中會受到某些表面活性劑的影響。宋海香等人研究結(jié)果表明， 表面活性劑直鏈烷基硫酸鹽 ＬＡＳ 和高分子聚合物聚乙烯醇 ＰＶＡ 復(fù)配， 具有較好防結(jié)塊效果， 類似的物質(zhì)還包括聚乙二醇 ＰＥＧ、聚丙烯酸鈉鹽、木質(zhì)素磺酸鈉、磷酸酯類化合物、聚丙－ 醋酸乙烯共聚物等， 這樣的物質(zhì)能對尿素或硝銨的結(jié)晶起抑制和干擾作用， 引起晶格畸變和歪曲， 破壞晶間結(jié)合力， 降低結(jié)塊程度。
５） 某些特殊物質(zhì)雖然本身不具有防結(jié)塊作用， 但與復(fù)合肥的特定物質(zhì)能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 生成具有表面活性的新物質(zhì)， 能有效地降低結(jié)塊程度，如十五烷基磺酰氯、對甲苯磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等作為碳酸氫銨的防結(jié)塊劑。以十五烷基磺酰氯為例， 在生產(chǎn)過程中， 十五烷基磺酰氯加入碳化系統(tǒng)后， 與氨水反應(yīng)生成十五烷基磺酸銨陰離子表面活性劑：
Ｃ１５Ｈ３３ＳＯ２Ｃｌ ＋ ＮＨ４ＯＨ → Ｃ１５Ｈ３３ＳＯ３ＮＨ４ ＋ ＨＣｌ
其原理是表面活性劑在碳化氨水液中形成乳狀液， 其中存在著一定數(shù)目、有多個(gè)陰離子組成的膠團(tuán)， 由于膠團(tuán)表面及附近的ＮＨ＋４ 濃度比遠(yuǎn)離膠團(tuán)處的ＮＨ＋４ 濃度大得多， 通入變換氣后碳酸氫銨晶核首先在膠團(tuán)的附近形成， 這樣晶核形成的數(shù)目將被膠團(tuán)所控制， 有利于晶核生長， 同時(shí)表面活性劑在碳酸氫銨微晶的表面上， 以親水基接觸碳酸氫銨顆粒表面而形成選擇定向吸附， 使界面被疏水基覆蓋顯示疏水性， 這樣可防止化肥成品與空氣中的水氣接觸時(shí)界面狀態(tài)性質(zhì)發(fā)生變化， 有效防止晶體間的粘接， 從而達(dá)到良好的防結(jié)塊效果。
鄭世華等人發(fā)現(xiàn)， 某種有機(jī)酸類物質(zhì)也能和銨根離子或尿素發(fā)生類似的反應(yīng)， 在尿基復(fù)混肥上防結(jié)塊效果顯著。反應(yīng)式為：
２ 研制的防結(jié)劑配方及其應(yīng)用情況
在多數(shù)廠家的觀察發(fā)現(xiàn)， 高塔造粒復(fù)混肥的結(jié)塊， 發(fā)生在肥料生產(chǎn)后的 ５ ～７ 天內(nèi)。其原因在于在該類肥料生產(chǎn)后，堆放過程中， 潛熱釋放受堆碼限制需要一定的時(shí)間， 在這一過程中肥料隨溫度變化 發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變和鹽析等因素的影響導(dǎo)致了肥料的結(jié)塊。針對以上情況， 結(jié)合表面活性劑的性能特點(diǎn)，我們篩選數(shù)種陰陽離子表面活性劑與高分子聚合物復(fù)配， 編號防結(jié)劑 １， 配方如下（ 質(zhì)量分率）：
防水劑 硬脂酸 ２０％； 分散劑 脂肪醇聚氧乙烯醚 ２０％； 滲透劑 烷基萘磺酸鈉鹽 ２０％； 晶控劑磷酸酯類化合物和聚乙烯醇混合物 ４０％。
以上物料混合加熱（ ８０ ～１００℃） 熔融， 在包裹筒中， 將防結(jié)劑噴灑在高塔造粒復(fù)混肥上， 測試其防結(jié)塊效果， 對比傳統(tǒng)的伯胺加機(jī)油（ １ ∶４） 及其它廠家產(chǎn)品（ 添加量 ０．１５％）， 結(jié)果如表 １。
我們在兩家復(fù)混肥生產(chǎn)公司使用防結(jié)劑 １ 進(jìn)行測試： 肥料 Ａ， 陜西某廠復(fù)合肥（ ２４－ １０ － ６） ； 肥料 Ｂ， 湖北（ １５ － １５ － １５） 均未加防結(jié)塊劑； 肥料Ａ１、肥料 Ｂ１ 為肥料 Ａ、肥料 Ｂ 分別加入 ０．１５％防結(jié)塊劑 １， ４ 種肥料均自然堆碼 ２０ 包高， 按時(shí)取樣測試肥料的平均結(jié)塊率（ 測試方法： 肥料每包 １ ｍ 高正反摔 ２ 次， 篩分， 稱結(jié)塊量）。其結(jié)果見圖 １。
從測試數(shù)據(jù)分析， 運(yùn)用表面活性劑和高分子聚合物復(fù)配的防結(jié)塊劑產(chǎn)品在高塔造粒復(fù)混肥上防結(jié)塊效果較為明顯， 有一定的推廣價(jià)值。其原理在于防結(jié)劑 １ 能在肥料顆粒表面形成 １ 層均勻有效的憎水保護(hù)膜， 阻止顆粒表面的水分冷凝和吸收， 降低外界水分的影響， 從而抑制顆粒間“晶橋”的形成。在防結(jié)劑 １ 中含有針對性的結(jié)晶生長改變劑， 能有效改變顆粒表面的結(jié)晶習(xí)
性， 降低晶間吸附力， 阻止顆粒結(jié)塊， 同時(shí)表面活性劑降低了肥料顆粒表面張力， 降低毛細(xì)管作用， 從而有效地防止結(jié)塊。
３ 結(jié)束語
由于傳統(tǒng)的伯胺加機(jī)油類防結(jié)塊劑在土壤中殘留會對環(huán)境造成危害， 使用的效果也不盡令人滿意， 探索和開發(fā)新型高效可生物降解的表面活性劑在高塔造粒復(fù)混肥防結(jié)塊中的應(yīng)用有著廣闊的前景。
