[发明专利]加入了无机填料以增加硬度的颗粒状尿素

说明书

本发明涉及含有加入的细分散无机填料以改进产品硬度和抗结块性能的球状或颗粒状尿素产品。

发明背景

在化肥工业中，尿素作为导先的固形氮源已经超过了硝铵。与硝铵相比尿素具有许多优势，这包括：(1)尿素比硝铵具有更高的植物营养成分；(2)尿素的分类为非危险物，而硝铵在一定条件下及以一定比例与含碳物质混合时就成为爆炸物；(3)在淡季尿素有许多非化肥的最终用途，特别是作动物饲料和用于某些化学加工；(4)与硝铵相反，生产尿素要求的消除空气污染的成本较低。使用球状或颗粒状尿素作为化肥的一个缺点是它太脆而且容易结块。

对于使用颗粒状尿素产品，脆性太大是一个明显的制约。球状或颗粒状物都倾向于开裂成为更小的颗粒，当包装、运输或施用欲使的土壤环境中时会产生大量的粉尘。出于两个原因，颗粒的硬度是很重要的。首先，尿素产品经常用在成块混合的化肥产品中，在这类产品中，重要的是颗粒要有预先确定的、十分接近的粒度，以避免出现不希望的组分偏离。如果尿素产品开裂为更小的颗粒，尿素就容易发生组分偏离。硬度是很重要的第二个原因是，当把太脆的颗粒尿素产品加到当今常用的透平扇式施肥机械中时，它会开裂。球状或颗粒状物的开裂会使从这些机械中出来的化肥分布不均匀。颗粒状尿素产品经常开裂到，致使较小的碎块以较短的路径从机械中落下，在土壤表面形成比预期的更窄也更密的轨迹。

使用颗粒状尿素产品的第二个问题是结块。结块的倾向性随着尿素溶液加工成为颗粒的方法不同而不同。颗粒状尿素产品是以大容量运输、销售和使用的，因此也是以散装的形式运输和储存的。由于产品的有结块倾向，不进行进一步加工就无法进行这样的储存和运输，而这样做就大大地增加了生产成本。

近几年来，化肥经销商和农民都承认颗粒状尿素产品具有优异的化学性能，因此迫切需要改进其硬度，即不易碎性。此有关颗粒硬度的重要性源于以下事实，即现代的装卸和运输方法会导致尿素颗粒的更多的破碎。此外，在装卸、运输和销售尿素产品时，对无粉尘产品的要求日益增加。这种要求多半是基于对健康和安全的考虑。

在解决这些问题的努力过程中，在化肥工业中开发了许多方法。在1989年12月5日注册的Elrod的美国专利No.4,885,021中叙述了这些方法。此文献在此引做参考。第一个方法是用包括硅藻土和粘土等材料中任意一种对新制备的尿素颗粒进行表面处理。虽然此方法改善了尿素产品的抗结块性，但是并没有以任何合适的程度解决脆裂的问题。此外，在某些情况下，加入的物质会带入外来的元素，这些元素于尿素产品最终使用的目的不相容。

解决结块和脆裂问题的第二个方法是在浓缩的尿素合成母液或不含水的尿素熔体中加入调节剂，调节剂可以使尿素产品改善抗结块性、改善脆裂性或两者都改善。通过在尿素熔体中加入低浓度的甲醛或木素磺化盐已经在很大程度上改善了尿素产品的结块、脆裂和在储存、装卸和销售中出现的其它问题。虽然加入低浓度的甲醛会在一定程度上缓解与结块和脆裂有关的问题，但使用甲醛会有一系列健康和安全的考虑。虽然加入木素磺化盐会使尿素产品有满意的抗结块和硬度性能，但它也伴随有某些缺点。特别是木素磺化盐能使尿素产品变成不美观的棕色，使产品在市场上不受欢迎。

为了克服这些缺点，Elrod的’021专利提议在尿素熔体或尿素合成母液中加入凝胶型2∶1沟化粘土，比如硅镁土和海泡石。得到的尿素颗粒表现出良好的抗结块和不开裂性能。凝胶型2∶1沟化粘土改善颗粒状尿素产品机械性能的机理，在Elrod的专利中被归结为粘土的结晶几何形状。在这里假设，长度大约为1微米的2∶1沟化粘土的粘土针使成核点或生长点减少，改变了尿素的晶形，从而提高了抗结块和不脆裂性能。

虽然在Elrod的’021专利中推荐的解决方案对于改善尿素颗粒的物理性能是有效的，但其工业应用的可能性在很大程度上取决于大量使用的硅镁土和海泡石或其它凝胶型2∶1沟化粘土是否容易廉价得到。对于尿素肥料产品来说，硅镁土和海泡石或其它凝胶型2∶1沟化粘土是比较昂贵的添加剂。硅镁土主要产于乔治亚洲和佛罗里达州，而海泡石则主要产于加里福尼亚州和内华达州。这些矿区的地理位置与生产尿素的生产厂相隔绝，结果，将粘土运输到生产厂的成本经常是很高的。由于生产大量的所需和使用的化肥产品需要大量的硅镁土和海泡石，在化肥产品的总成本中这些添加剂的原始成本和运输费用就是一个很大的因素。按照用户接近生产厂的远近不同，运输费有可能比工厂成本高一倍。因此，就需要有另外的来源广泛而价廉的添加剂来代替在Elrod的’021号专利中公开的2∶1沟化粘土。

发明概要