防结块剂简介

防结块剂简介
一、防结块剂的分类
防结块剂能够使肥料在储存和处理过程中的颗粒或粉末保持流动性的一种或几种物质。

防结块剂的作用：或参加晶体的形成过程，改变晶体的生长速率，进而对晶体的形态进行改变；或在颗粒表面形成疏水层，从而阻碍晶体与外界大气的水分交换；或在颗粒表面形成一层包裹膜，使粒子之间机械的隔离；或降低颗粒表面溶液的表面张力，从而改变固、液接触角，使毛细吸附力下降等。

上述途径，都将改变原来的复合肥颗粒的吸湿性，来达到很好的防结块作用。

根据防结块剂的原料的不同，将其分为五种：
1、惰性粉末
惰性粉末可谓是世界上最早应用的一种防结块剂之一，有自身不溶于水，比表面积较大，且也不会和复合肥发生反应等优点。

复合肥表面涂上惰性粉末，可起到减缓肥料的吸湿性。

即使没有在颗粒表面形成连续完整的惰性层，它也能在短时间内，阻止颗粒彼此之间或者颗粒与外界大气之间的水分交换，降低结块倾向。

应用较多的惰性粉末有商品黏土、滑石粉、高岭土、蛭石、硅藻土等。

这种方法成本低、用量大、粉尘大，效果不明显，现已很少单独采用，但可作为辅助手段。

2、无机盐
一些无机盐类，如硝酸镁、硫酸铝或磷酸铵等能够部分或完全水合，正好与复合肥中的水分结合生成结晶水，这样即减少了化肥中的含水量，降低了复合肥的溶解性，又可防止化肥因结晶而板结。

无机盐类防结块剂特别适用于复合肥原料中添加尿素、硝酸铵、硫酸铵等组分，可加入定量的硫酸镁或者硫酸钙等无机盐，反应生成复盐，可改善复合肥的吸湿性的途径。

3、疏水性物质
疏水性物质也成非表面活性剂，这类防结块剂的研究较早，主要指一些有机疏水剂，例如石蜡、树脂聚合物、轻柴油、矿物油、沥青等。

这些物质不具备表面活性，包裹在复合肥的颗粒外表面形成防水性薄膜，既能使颗粒间相互的隔离，又能使化肥与外界环境空气的隔离，从而防止吸湿或者粉化。

而且，此类防结块剂在环境温度不太高的情况下使用效果比较突出；在环境温度较高后使用，防结块效果迅速减弱，原因是疏水层本来就不能完全制止复合肥颗粒的吸湿，再加上温度升高会导致破坏疏水层，造成严重的结块。

4、表面活性剂
通常，将某种物质溶于水中，即便浓度很小时，也可以显著地降低水和疏水物质的界面张力，我们把这种物质称之为表面活性剂。

在水中能够发生电离，我们称之为离子型表面活性剂；在水中不能发生电离，称之为非离子表面活性。

而离子型表面活性剂按生成的种类大致可以进行以下分类：
阴离子表面活性剂：电离后起活性作用的部分是阴离子，在复合肥添加中应用的是以硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐居多。

阳离子表面活性剂：电离后能起活性作用的部分是阳离子，而大部分脂肪族胺(C12-C22)为防结块剂的主要成分，应用较多的物质主要有十八烷基胺以及其盐类。

阴、阳离子表面活性剂在应用中须遵循在相当稀的水溶液，因此在肥料中作为防结块剂时要配合使用大量的惰性物质以吸收多余的水分。

表面活性剂由于种类多、用量少、效果好且成本低等优点，因此，在防结块领域普遍应用。

应用于复合肥上的表面活性剂的作用机理可解释为：表面活性剂分子有亲水和憎水两种官能团，表面活性剂能牢牢地吸附在复合肥的颗粒表面，一方面，形成疏水层，使固-液间的接触角增大，降低肥料的吸湿性；另一方面，复合肥自身形成的溶液层，表面活性剂定量的排布在固-液界面上，目的是阻止颗粒晶体的溶解和重结晶过程，降低肥料颗粒粘结力。

5、复配型防结块剂
研究证明，使用一种物质来解决复合肥颗粒起到的隔离效果不明显，不能长时间阻止晶粒之间交互连接。

而复配型防结块剂是两种或者两种以上物质构成，利用不同表面活性剂产生协同作用，增大其表面活性，去除了单一种类的局部性、有限性等缺点，从而更容易吸附在肥料的外表面，并形成比较稠密的疏水层。

常用复配型表面活性剂有：
（1）表面活性剂与高分子类复配。

常用高分子物质一般为聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯，表面活性剂为油酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等进行复配，这类防结块剂利用高分子长链和表面活性剂分散交融，具有协同作用，而且用量少、效果好等优点；
（2）表面活性剂与惰性物质复配。

例如，膨润土、高岭土与阴离子表面活性剂复配，利用惰性材料可将复合肥颗粒机械的隔离开来，阴离子表面活性剂降低表面张力，通过优化组合，得到较好的防结块作用。

二、复合肥结块机理
理解并掌握好复合肥结块的机理，才能从原理上研发出更好的防结块剂。

复合肥颗粒的结块定义为：在一定的条件下，原本松散的粉末、颗粒状或球状肥料局部或全部失去流动性，成为硬的(团)块状物的过程。

从生产到使用存在一定的时间间隔，肥料会出现较多的结块现象。

然而，复合肥结块机理十分繁杂，到目前为止尚未有公认的理论。

但是，复合肥结块的共同因素与其颗粒中所含水分有一定的联系，引发一连串结块原因的分析。

目前，较成熟的结块机理有以下几类：
1、晶体架桥理论
该理论认为，不仅是物理、化学的原因，而且外界环境温度和湿度等条件的变化，并且复合肥本身存在着水分的梯度，都会使自身的物理化学平衡受到影响，水分不断的由内至外扩散到颗粒表面，且肥料本身容易吸收外界大气中的水分，致使肥料表面反复出现溶解-结晶-再溶解-结晶现象，这时晶体架桥即晶桥在肥料间隙形成，久而久之，晶体之间不断地交互生长，最终结成团块。

复合肥结块的化学原因，是由于本身含有微量的杂质，相互接触中产生化学反应，或自身晶体与外界大气中的物质反应生成水等其他成分，给晶体搭桥提供了有利条件；其物理原因，复合肥晶体组分中有较强的吸湿性，可用吸湿点表示其吸湿性，即吸湿点越低，吸湿性越强，肥料就会越易潮解，从而结块程度越高。

吸湿点的定义式如下：
h=P sol/P1×100
其中：h—吸湿点，%；P sol—饱和溶液的水蒸气分压，kPa；P1—纯水液面上的水蒸气分压，kPa;
2、毛细管吸附理论
该理论认为，颗粒之间存在毛细管吸附力，会使间隙的饱和蒸气压增大，即颗粒间隙饱和蒸气压大于颗粒(内部凹面)饱和蒸气压，即颗粒外部的水蒸气就具备了进入肥料颗粒内的条件，颗粒表面通过毛细管吸附力吸收外界的水分，颗粒的外表面形成饱和溶液膜，同时会促使毛细管吸附，由表面张力作用而形成凹面会使饱和或者不饱和溶液向肥料颗粒间的接触点迁移，导致肥料之间相互渗透结而成团块。

如果其形成的溶液表面张力越小，毛细管吸附力就会越小，就越不容易结块。

毛细管吸附力表达式如下：
式中F—毛细管吸附力，N；γ—液体表面张力，N；R—弯液面半径，m；θ—晶体和液体间接触角，度。

3、孔道扩散理论
由原苏联的一些学者提出孔道扩散理论，该理论指出，肥料颗粒的形状和粒子本身或者肥料自身堆积而成的孔道结构决定着复合肥结块的强度，由于这些孔道自发而形成的扩散，会在颗粒表面产生某些物理或者化学反应，导致结块的发生。

4、粘连理论
该理论认为，肥料晶体间分子的无规则运动，导致晶体之间交互生长，从而使颗粒粘连形成结块。

英国研究者Thom Pson测量了破坏一个颗粒和一个平面之间或者两个颗粒之间粘连所需要的力，得出的测量结果与计算出的理论值不谋而合。

5、塑性变形理论
塑性变形理论认为，复合肥颗粒的结块现象必然同时伴有颗粒变形，而且这种形变会随着压强的变大而变大，尤其是冷却处理以后的化肥颗粒。

如果冷却不够彻底，内部还有残余热量的情况下，其热量会持续不断的由内而外扩散到颗粒外表面，致使颗粒的塑性形变与所受压力大小趋势一致，即肥料所受压力越大，颗粒的塑性变形越严重，进而导致肥料的结块发生。

6、其他结块理论
我国学者认为，复合肥颗粒中有一定的水分存在，晶体表面以饱和溶液的形式存在，某些原因如环境温度、外界湿度等发生变化，使这部分饱和溶液变成了过饱和溶液的时候，颗粒表面形成晶体，当不断重复结晶-溶解-再结晶的过程，接触面的晶核就会联结，并形成一定的强度，导致结块的发生。

三、复合肥结块影响因素
导致复合肥颗粒结块的因素有很多，内部自身原因包含肥料的化学组分、吸湿性、含水量、颗粒形状及大小均匀度、颗粒抗压强度、杂质含量等；外部条件原因有环境温度、外界湿度、储存时间、堆积压力等。

1、肥料组成
复合肥结块的内部原因之一是原料的组成成分。

肥料生产时所用的原料有很多种，主要为磷酸二铵、碳酸氢铵、氯化钾、氯化铵、尿素、硫酸钾、重钙、硝酸铵等，所用原料不同，肥料的吸湿性和潮解性也就不同，而且吸湿性越强，溶解性越大，复合肥结块几率就会越大，反之则越小。

肥料的原料配方有很多种，各组分间的相互混合对结块影响很大。

例如，含磷酸二铵、硝酸铵的肥料结块很严重，而且高纯度的盐类或者高浓度的肥料都是容易结块的。

2、含水量
复合肥的含水量是结块的重要原因之一，各种结块机理与肥料自身含水量有关。

水分主要来源于肥料本身的残留含量和外界环境的湿度，导致复合肥中的盐溶液溶解-结晶产生晶桥，当水含量较高时，颗粒易变形，导致接触面之间增大，使肥料加重结块。

一般地，肥料的含水量越小，就越不容易结块。

3、粒度大小和形状
复合肥颗粒的大小、形状和均匀度都对结块有影响。

粒度越小，或者颗粒大小越不均匀，都会增加肥料颗粒之间的接触，促进结块；而肥料颗粒过大，抗压强度就减弱，运输和储存时容易变形和粉化，同样增加接触面导致结块。

4、温度
温度对肥料结块的影响主要体现为两方面：第一，产品包装温度，即肥料包装时产品温度越高，越容易团聚结块。

主要因为肥料的温度越高，其残留的水分越多，等温度降下来时，残余水分的盐类会出现结晶现象，导致盐桥的产生；第二，储存时的温度，温度越高，外界环境变化幅度越大，结块越严重。

这是由于在储存时，外界温度的变化，不仅导致了肥料中存在的水分不断发生溶解-结晶，进而晶桥的生成，而且也可能出现某些物质的物理化学作用发生，如晶型间的转变。

5、吸湿性
复合肥都有一定的吸湿性，根据原料不同的配伍性，其不同配方肥料的吸湿性会有不同，且吸湿性越强，结块现象越严重。

肥料的吸湿性主要是由于晶体表面具有多空隙结构，颗粒较高的表面能，毛细凝结现象严重。

6、压力
复合肥在储存过程中，压力越大，导致颗粒变形使接触面加大，晶体交联的倾向越大，从而结块就越易发生。

因此，不能把肥料堆积过高，尤其对于容易结块的肥料。

7、储存时间
复合肥产品储存时间越长，其表面表面形成的盐溶液就会不断地重复重结晶-溶解的过程。

而且长时间处在一定的压强下，化肥的变形越严重，从而出现明显的结块现象。

因此，复合肥要尽量避免长时间的储存。

四、防结块剂的添加方式
根据添加方式的不同，可分为下列三种形式。

1、内添加
内添加是指复合肥原料造粒前添加防结块剂。

内添加防结块剂的目的是为了促进原料之间发生化学反应生成复盐，增大化肥的临界相对湿度，降低吸湿速率。

实践证明，某些有机物如甲苯胺、偶氮苯等和一些无机物如氧化铜、硝酸钾等对肥料结块有一定的抑制作用；当向尿素肥料中添加硫酸铵、氯化铵或石膏等对结块也有抑制作用，可生成尿素硫酸铵复盐；向磷铵肥料中添加氧化镁形成磷酸镁铵，加入氢氧化铝、硅胶等也有防结块效果。

但是，内添加防结块剂的作用有限，复合肥的吸湿点提高不超过3%；而且成本受限，在生产使用中受到限制。

2、外添加
顾名思义，外添加是指在复合肥造粒完成后，即在颗粒的外表面用包裹的形式进行处理，阻止肥料结块。

依据不同的薄膜材料和处理方法，将外添加工艺又分为两种。

一种是常用包裹法，即将油态物质如机油、石蜡等用喷涂的方式包裹在复合肥的外表面后，再用惰性的包裹剂如长链烷烃类物质等进行包裹，目的是隔绝颗粒与环境直接接触，防止复合肥结块。

但是，由于工艺的局限性，防结块的效果不理想。

实践证明，经包裹处理后，肥料的结块时间可推迟10-20天左右；另一种是复合肥表面进行“蛋壳化”的处理方式，即通过化肥颗粒表面的某些特定化学反应，使其表面的“蛋壳化”，有效防止复合肥的吸湿而导致的结块现象。

例如，用20%的磷酸溶液，向其中加入定量的阴离子表面活性剂(十二烷基磺酸钠)配制防结块剂溶液包裹复合肥的表面，避免吸湿结块。

3、内外添加相结合
这种方法是内外添加剂同时使用，即内部添加的同时对复合肥颗粒的外表面也进行包裹处理。

实践证明，使用这种相结合的方法包裹后的复合肥，在储存的前四个月内无明显差异，但是，在之后时间的不断延长，添加剂的防结块效果凸现出来。

原因是这种方式不仅改善了复合肥的临界相对湿度，还能减低化肥的吸湿速率。

因此，内外添加相结合的方法，适合长期储存的肥料，而且与单独使用外添加剂的成本相比差别不大。

五、防结块率测试方法
防结块率是防结块剂的一个重要指标，防结块率测试方法可以参考防结块剂
行业标准内检测方法。

其中快速检测法适合实验室用，而大包法更适合化肥生产企业，也更准确，更具有代表性。

——END——。