用于产生硫颗粒的湿法制粒方法

专利名称：：用于产生硫颗粒的湿法制粒方法
技术领域：
：本发明涉及一种生产浅槽造粒颗粒的浅槽造粒方法，特别涉及一种用于将肥料或其它物料粒化成有工业利用价值的颗粒的湿化造粒方法。因此需要一种不用种子材料而直接合成圆滑、密实、截面均匀的颗粒并具能消除与肥料粒化生产有关的危害性的方法。与本发明涉及的技术相关的最新的专利之一是1995年10月24日授予Derdall等人的美国专利U·S·PatentNo.5,460,765。该专利给出了一种用于浅槽粒化一种特定材料的方法，根据Derdall等人的方法，可以得到颗粒尺寸在约-5目至+10目的最终颗粒。在Derdall等人的方法中，为了激发工艺过程，必需加入的约-14目至+28目的种子材料。Derdall等人指出，这样不仅可以控制颗粒生长速度，还可以减少颗粒之间的团聚，得到较高的生产效率。Derdall等人的专利还指出，为了使生产效率超过90％，合适的种子粒度对工艺过程是至关重要的。该专利披露，为了获得稳定的状态和保持均匀的-8目至+6目的粒度分布，需要-14目至+35目的籽核。Derdall等人的工艺尽管很好，但他没有认识到使用种子剂的局限，需要控制在制粒过程中粉尘的产生，这些粉尘不仅产生不利于工人健康的环境，更严重的是，有潜在的爆炸可能的环境。这在Derdall等人的专利的第三款第14行的开始可以清楚地看到，他们是这样描述的“如果使用细粒例如-35目的细粒种子，那么可能很难使粒化过程均匀、稳定。”Derdall等人的专利暗示的困难归因于浅槽粒化工艺固有的问题，即循环(cycling)。如果种衣剂的粒度分布不持续，那么工艺过程将不稳定，还会产生强烈的本领域技术人所熟知的“循环”(cycles)。其结果是浅槽内形成的大颗粒强烈地破坏小颗粒，当然，这就达不到浅槽粒化的目的。在第三款第36行还指出“也可以使用细粒如+35目的种子，但是这样易产生过种化或晶核现象，降低产率。”第三款第45行还指出“使用20目的种子材料才能达到最佳控制效果和均匀的粒度分布……。”众所周知，颗粒目数越大，其尺寸越小，下列给出相应目数的尺寸<tablesid="table1"num="001"><table>目数近似尺寸，μm121680161190208403059040420</table></tables>根据Derdall等人的披露，目数大于+35会导致晶核问题并降低最终生产率。然而，根据本发明，使用-35目到+150目的细粉可以得到高产率的优质产品，典型的产率大于90％，与上段叙述对比，本发明成功地克服了Derdall等人碰到的困难。本申请所用形核材料的粒度分布在-35目到+150目。分别对应小于590μm和105μm。已有的技术还没有象本发明一样使用粉化的形核剂形成-8目至+4目的均匀颗粒。本发明的一些特点已经叙述过，其最显著的优点是由本发明形成的颗粒具有很高的破碎强度和整齐的截面。实验发现破碎强度可以达到1～4kg或更高。在Derdall等人的专利的第三款第33行的开头这样写到“大尺寸种子形成低强度颗粒。”如果考虑到该专利对形核剂尺寸的叙述，Derdall等人的专利所述的方法将清楚地抵触使用所述粒度分布范围的籽核。Derdall等人指出理想的种子尺寸为20目(+20目)；而本发明使用的粉末中有75～750％细于Derdall等人要求的尺寸，但仍然达到理想的效果。在Harrison等人1992年7月7日提出的法定发明登记H1070，披露了一种粒化钾肥的方法。该方法涉及应用一种传统的旋转鼓式造粒机，浅槽造粒机或其它传统造粒置通过聚合转化特定的硫酸钾或氯化钾。该方献没有特别提及去消种子剂、原料尺寸或其它生产优质商用颗粒有关的重要工艺控制参数。另外，该方法显然是一种聚合方法。众所周知，聚合法通常涉及到悬浮于液体中的颗粒在碰撞时聚合为团粒或大块。这些团粒或大粒具有不同程度的内间隙且结合不牢(Hawley’sCondensedChemicalDictionary，第11版，1987年)。本发明的一个特殊优点是，所提出的方法可以使硫粒化。根据空气污染规则，现在有必要为贫脊土壤增加硫含量。农业科学表明，硫肥可以增加庄稼产量和质量，对作物的吸氮过程有利，进而对蛋白质合成、固氮作用、光合作用和抗病力均有促进作用。目前，硫造粒是用干合成方法，由于硫，特别是硫尘易于爆炸且难处置，因此干合成法危害性很大，鉴于这一严重缺限，目前需要一种安全可靠的硫粒化方法。本发明提供了一种无危害性的硫粒化方法，可将硫和添加剂制成能够慢速释放的杀虫剂、除草剂以及活性菌。湿法造粒非常复杂，因为不规则的颗粒晶体学特征难于控制。湿粉不均匀，这会导致不均匀生长，过成核甚至中断工艺过程。正是由于这些原因，本领域还没有有效可靠的湿法造粒方法。Boeglin等人在美国专利No.3,853,490中披露了一种粒化硫酸钾的造粒方法。该方法使用50％的-6+65目的大颗粒激发材料，10％至30％的-200目颗粒和部分-65+200目颗粒。该专利提及粒化过程是在普通制粒设备上进行的，但是没有讨论与浅槽造粒有关的控制问题，从Derdall等人的专利中已知即使使用+35目的种子材料在控制造粒过程稳定性上仍存在困难。最大的困难是控制能使大颗粒破坏小颗粒的“循环”，因此，Boeglin等人的专利可能简单的采用鼓式造粒方法，因为这种方法不会遇到浅槽造粒特有的复杂问题。McGowan等人在美国专利No.3,711,254中披露了一种粒化钾肥的方法。该方法提供了粗略的描述，并且在一个工艺中同时包括浅槽或和鼓式粒化方法。Kurtz在美国专利No,5,322,532中披露了一种碳酸氢钠喷丸介质。该喷丸介质包括一种碳酸氢钠和碳酸钠的团聚物。该专利除团聚以外没有关于其它成形过程的详细描述，也没有关于其它材料的描述。其它与本发明略有关系的专利文献包括以下美国专利号No.4371481；No4131668；No.4264543；No.5108481；No.3206508；No.3206528；No.4344747和No.5124104。现有技术单独或整体上缺乏清楚的有关制备具有下列商业和工业优点的硫、肥料、喷丸、除味剂或水软化剂的指导a)均匀的截面；b)高致密度原料；c)不需要种子或晶核；d)和现有技术相比更高的破碎强度；e)整个颗粒上材料的均匀性；f)每个颗粒具有更多的材料数量。长期以来一直存在对上述优质颗粒和合成这种颗粒的方法的需求。本发明完美地满足了上述需求。工业应用本发明应用于化肥工业。
发明内容本发明的一个目的是提供了一种用于生产具有工业用途的颗粒，这种颗粒克服了现有技术的缺点。本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种用于把硫原料粒化的造粒方法，该方法包括以下步骤提供含有大约99％尺寸为-150目硫颗粒的原料，这种颗粒中包含大约90％的-200目的颗粒；提供含有水分并且包括表面活性剂的粘结材料；使上述粘结材料和硫原料接触一提供一种化合物；把上述化合物引入一个含有原料的浅槽制粒器内；维持浅槽的潮湿条件，浅槽内的水分在重量百分比1.5％至11％；在没有种子或形核材料参与情况下，在上述浅槽内由上述硫原料直接形成硫颗粒；本发明的一实施例的进一步的目的是提供一种用于把硫原料粒化的造粒方法，该方法包括以下步骤提供含有大约99％尺寸为-150目硫颗粒的原料，这种颗粒中包含大约90％的-200目的颗粒；提供含有水分并且包括表面活性剂的粘结材料；使上述粘结材料和硫原料接触一提供一种化合物；把上述化合物引入一个含有原料的浅槽制粒器内；维持浅槽的潮湿条件，浅槽内的水分在重量百分比1.5％至11％；在没有种子或形核材料参与情况下，在上述浅槽内由上述硫原料直接形成硫颗粒；以及用一种抑尘剂处理上述颗粒。硫颗粒的供应具有特别重要得意义，因为硫是包括化肥工业和其他工业在内的许多领域内非常有用的一种化合物。硫粒化最严重的问题是其爆炸性。以前的技术是用干法粒化，这样，在制造过程和最终产品的处置中很容易产生粉尘问题，从而引起粉尘爆炸。在本发明中，浅槽内和产品中维持水份可以有效防止造粒过程中形成尘埃。这一作用也可以通过向最终产品中加油和矿物油、植物油、籽油、合成油等得到强化。本发明的另一个特征是所生产的颗粒中可以含括植物营养素、生产调节素、矿物质、缓释成分和有益的菌类。就营养素而言，铜和尿素就是很好的例子；生长调节素包括除草剂，杀虫剂、荷尔蒙等；矿物质将根据土壤和环境条件不同而不同，可以包括铜、硼以及其它金属；缓释剂可以选择在植物或庄稼生长期内的某特定时间内释放硫的材料；细菌可以根据用户的特定要求在很大的范围内选择。最后，可以选择硫氧化菌、抗病菌以提高庄稼等的抗病能力。本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种具有均匀截面和一种选自于包括植物营养素、植物生长调节素、细菌和矿物质的一类物质中的添加剂的硫颗粒。本发明的一个重要思想是在造粒时不需要种子剂，在这一方面，该方法可以简单地指作浅槽形核方法；该方法通常是一个结晶过程，即晶核向周围材料发展长大的过程，在该方法中，浅槽旋转和加粘结剂有助于晶核向周围长大并且能增加颗粒的致密度和原料的含量。下面将参照附图对本发明的优先实施例进行描述。图2是现有技术生产的硫颗粒的截面照片。图3是图2中硫颗粒的照片。图4是按本发明的一个实施例生产的硫颗粒的截面照片。图5是图4中硫颗粒的照片。图6是用现有技术生产的氯化钾颗粒的照片。图7是用现有技术生产的红色氯化钾颗粒的截面照片。图8是按本发明的一个实施例生产的氯化钾颗粒的截面照片。图9是图8中氯化钾颗粒的照片。图10是按本发明的一个实施例生产的含硫氯化钾颗粒的截面照片。在本文中，相同的数字代表相同的元素。实施本发明的模型解释本发明的方法之前，先列表给出一些可能被粒化的化合物和材料的一般性能。参见图1，该图示出了根据本发明的一个实施例形成的方法总体简图。该实施例示出了一个每小时10吨的生产线。参考数字10代表喂入的原料，它可以是任何合适的材料，先前已经给出许多例子。此处给出的技术可以允许生产许多粒化产品，包括各种硫酸盐、苏打、硫、钾肥、高岭土、氧化镁、钾、钠和铵的氯盐等。原料可以以每小时9.8吨的速度与前面所述的合适的粘结材料一同引入。然后，可以把原料和粘结剂引入一个粉碎机12以将原料粉碎成含有99.9％，-150目颗粒的产品，其中-200目的颗占90％或以上。粉碎机12可以是分离式粉碎机或气掠式粉碎机或现有的任何合适的粉碎机。一经粉碎，料流14就被引入一个密闭集料斗16，该集料斗16包括一个通向集尘器的袋状室18。集料斗16还包括一个用于测量进入集料仓22的粉尘的合适的阀门20。集料仓22安装在两个喂料器24和26之上，这两个喂料器把从集料仓22接收来的物料分或两股，第一股由喂料器26喂入一个加湿混料器(未示出)，然后以每小时7.6吨的速率送入一个第一浅底造粒槽28内，作为一个例子，第二喂料器24把第二股送入一个中间包或桶式混料器(未示出)，然后以比上述速率小的速率，如每小时2.8吨送入第二浅底造粒槽30内，以补足每小时10吨生产线的余量。上述每个混料器内都盛有含水4％到8％重量百分比的粘结剂和原料的混合物。这样一来，从混料器送入浅槽的物料便是湿料，从而避免在工艺过程中形成粉尘。粘结剂中的含水量是个可变参数，它取决于粘结剂的性质(固/水比)。显然，高水分含量的粘结剂要比低水分含量的粘结剂需要的更少的加水量。在浅槽30上安装一个小接收器32，用于保存-35目的干燥的原料(未示出)。接收器32上装一个变速测量装置(未示出)。喂料器把接收器32的物料移出并把这些干料送入浅槽30，本领域的技术人员知道，浅槽28和30分别包括上、下两个刮料器34、36、和38、40，从接收器32出来的原料同样地送入上刮料器38后面的浅槽30内。在本例中，浅槽30的生产效率为每小时3吨，其产品的80％在-8目至+20目之间。通过控制原料对粉尘的比率在1∶20至1∶100之间就可以得到上述结果。试验发现从钟表的12点位置至5点位置间的任何一个位置雾化热的粘结剂溶液非常有效。当达到正确的自由水分含量，通常为1.5％至约11％时，第一浅槽达到稳定状态。这样以来，在不存在种子剂的情况就可以在浅槽30上直接形成颗粒。如上所述，浅槽30上形成的产品通常有50％到80％为-8目的颗粒。该产品排出并由干燥器38干燥。干燥器38可以是携载式干燥器、槽式干燥器或旋转叶窗式干燥器。大浅槽28上形成的产品通过一个合适的传送器40也送至干燥器39。从干燥器38出来的产品通过管路42送到一个按4目、8目和20目排放的筛分器44。其中+4和4目和-20目的部分送至粉碎器12用于重新进入系统，循环管流由46代表。-4至+8目的部分为最终产品，离开筛分器44，由数字48代表，作为最终产品。-8目至+20目的部分通过管路50送至装有称量带式喂料器的料斗52内。物料再从称量带式喂料器52继续前进至浅槽28内，再与引入的粘结剂和添加的尘粒进一步加工以生产所需的颗粒。这是一个可选步骤，取决于是否进一步添加原料。干燥器38内的残留粉尘可以通过干燥器38的排放管路54通入料斗56，料斗56内的集料既可以通过管路58通向料室18又可通过管路60通向原料。进入料室18的细粉或粉尘还可以经过一个辅助操作，如湿洗而排出，如图1中数字60所示。显然，本领域的技术人员还可以举出更多的例子。对于上述系统，稳定运行浅槽28所需的-8目对+20目的比例在1∶10至2∶5之间，最佳比为1∶5。浅槽28很快就可稳定运行，并且能够以95％以上的产率生产+8目至-4目的颗粒。整个生产线的产率超过90％。如上所述，重量百分数为10％的-20目和+4目的颗粒以及干燥粉尘可以循环使用以提高本方法的产率和效率，从而保证在低成本下达到最高产出。此外，还可以调节浅槽28和30的角度和旋转速率，从而只生产+8目至-4目的颗粒。另外还发现改变浅槽的水平位置，倾斜其侧边都对提高造粒工艺的效率有益。倾角和水平角的具体大小取决于旋转速率和所要生产的颗粒。作为一种选择。可以调节浅槽倾角和或旋转速度以生产-10目至约100目的颗粒。显然，上述操作方法即可以单独运行也可以与其它操作配合运行，这将视用的具体要求而定。显而易见，还可以在系统内装配多个浅槽以连续生长颗粒。另一方面，还可以把该工艺分解、设计或能够生产各种各样有价值的具有多层材料的颗粒。本领域的技术人员知道，该工艺可以生产多种形式的肥料和具有特定用途的颗粒，如高尔夫球场用的高级肥料、缓释颗粒等。就粘结剂而言，合适的选例包括木浆、蔗糖、饱和盐和蛋白质、水、硫酸钙、硫酸钠、氯化钾、干胶、麦粒、玉米粒、谷粒和磷酸钙等。粘结剂的选择取决于所需要的颗粒的特征。(因此)上述例子只是一些范例。对于有危险或其粉尘有爆炸可能的材料的粒化，可选择水分含量高的粘结剂，通常为30％至60％或更高，也可以选择粘结剂材料的混合物。在使用水分含量高的粘结剂时，不再需要用喷雾器向浅槽28和/或30上喷水。作为另一个选例，原料和粘结剂可以同时添加到浅槽内。另外，粘结剂(约4％到8％重量百分比)也可以加入到干的硫粉中，然后加入到浅槽中进行粒化。再者，可以将水和干的粘结剂混合在加入到硫中。这种工艺选择取决于要粒化的材料的性质。在粉尘成为问题的情况下，可以加入水分防止粉尘形成，假如加入的水分不影响粒化过程。参见图2，图2示出按Derdall已有技术提出的方法生产的以硫酸铵为核的硫颗粒。很清楚该颗粒包括一个尺寸较大的核，它占据颗粒较大的体积。颗粒截面不均匀，某些局部区域为空心的。另外，颗粒不是球形。这些因素都将降低颗粒的质量和工业价值。图3显示了按Derdall等人的方法形成的整个硫颗粒。从该图可以清楚地看出，颗粒外表面疏松，具有砂粒状的外表面结构。这种表面不致密的缺陷易产生粉尘，带来前面所述的操作问题，尤其是增加爆炸的危险性。与此相反，图4和图5给出了按本发明的方法形成的高质量的颗粒。最重要的上述颗粒完全没有了核或种子，整体均匀、连续、致密。图5示出了整个颗粒。显然，这种颗粒具有与先前的工艺生产的颗粒完全不同的外表面，这一点也消除了粉尘或颗粒外围的砂粒。这种颗粒与先前工艺生产的颗粒相比更密实、更硬、更密闭并且包含更多的原料(至少95％)。这样就可以理解前面列举的各种优点了。图6、图7示出了按Derdall等人的技术生产的氯化钾颗粒，图中显示了两种不同的化合物、证明了对制粒至关重要的种子的存在。图8、图10示出了按本发明的一个实施例所述的方法生产的氯化钾颗粒。如图所示，颗粒圆滑，消除了内核和图6那种表面砂粒，这种颗粒也包括一种硫化合物。图9示出了按本发明形成的碳酸氢钠颗粒。值得注意的是颗粒的球形外观和致密度。本发明在造粒技术方面具有商业价值和重大的工业意义，可以为所定做颗粒赋予各种各样的特征。尽管本发明是通过上述实施例进行描述的。但是本发明并不仅限于此。本发明的技术人员可以在不背离本发明精神、性质和范围的情况下，对本发明进行各种各样的修改。权利要求1．一种用于把硫原料粒化的造粒方法，该方法包括以下步骤提供含有大约99.9％尺寸为-150目硫颗粒的原料，这种颗粒中包含大约90％的-200目的颗粒；提供含有水分并且包括表面活性剂的粘结材料；使上述粘结材料和硫原料接触一提供一种化合物；把上述混合物引入一个含有原料的浅槽内；维持浅槽内的水分在重量百分比1.5％至11％；以及在没有种子或形核材料参与情况下，在上述浅槽内由上述硫原料直接形成硫颗粒。2．如权利要求1所述的方法，其特征在于上述方法还包括一个用添加剂增强所述硫原料的步骤。3．如权利要求2所述的方法，其特征在于所述添加剂包括铜、硼、封闭硫氧化菌、杀虫剂、除草剂或植物营养素中至少一种。4．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述颗粒尺寸在-10目至100目之间。5．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述粘结剂包括一种含水分30％-60％的材料。6．如权利要求4所述的方法，其特征在于所述方法还包括将上述硫颗粒转到一个第二浅底造粒槽的步骤。7．如权利要求5所述的方法，其特征在于上述第二浅槽的原料包括约20％-35％颗粒尺寸在-10目至100目的硫颗粒。8．如权利要求1所述的方法，其特征在于所述水份含量在约1.5％到约10.5％之间。9．一种用于把硫原料粒化的造粒方法，该方法包括以下步骤提供含有大约99.9％尺寸为-150目硫颗粒的原料，这种颗粒中包含大约90％的-200目的颗粒；提供含有水分并且包括表面活性剂的粘结材料；使上述粘结材料和硫原料接触一提供一种化合物；把上述化合物引入一个含有原料的浅槽内；维持浅槽内的水分在重量百分比1.5％至11％；在没有种子或形核材料参与情况下，在上述浅槽内由上述硫原料直接形成硫颗粒；以及用一种抑尘剂处理上述颗粒。10．如权利要求9所述的方法，其特征在于上述方法还包括一个用添加剂增强硫原料的步骤。11．如权利要求10所述的方法，其特征在于所述添加剂包括铜、硼、封闭硫氧化菌、杀虫剂、除草剂或植物营养素中至少一种。12．如权利要求10所述的方法，其特征在于所述颗粒尺寸在-10目至100目之间。13．如权利要求9所述的方法，其特征在于上述表面活性剂包括一种含硫表面活性剂。14．如权利要求9所述的方法，其特征在于上述粉尘抑制剂包括一种油。15．如权利要求9所述的方法，其特征在于上述方法还包括一个给所述颗粒增加一种有限可溶的涂层以缓释所述硫的步骤。16．如权利要求15所述的方法，其特征在于上述涂层是在上述颗粒生长过程中间歇地加入到上述原料的。17．如权利要求9所述的方法，其特征在于该方法还包括将上述硫颗粒转到一个第二浅底造粒槽的步骤。18．如权利要求17所述的方法其特征在于上述第二浅槽的原料包括约20％-35％颗粒尺寸在-10目至100目的硫颗粒。19．一种根据权利要求1所述的方法形成的硫颗粒。20．一种具有均匀、整齐截面和一种选自于包括植物营养素、植物调节素、细菌和矿物质一类物质的添加剂的硫颗粒。21．权利要求20所述的硫颗粒，其特征在于所述颗粒包括一种尺寸为10目的消毒剂。全文摘要一种将肥料或其它材料制成颗粒的湿法造粒方法。该方法不需要中间步骤或种子材料,由原料在浅槽内直接形成颗粒。产品具有整齐的截面。原料的初始颗粒尺寸为－150目,其中200目的颗粒占90%或更多。保持湿度以便于在不循环的情况形成稳定的工艺过程。该方法的优点是可以以一种安全、便捷的方式对有害或难粒化材料进行粒化。文档编号B01J2/14GK1297372SQ99805150公开日2001年5月30日申请日期1999年4月8日优先权日1998年4月17日发明者罗宾·菲尼申请人:艾尔伯恩工业矿物公司