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经历了近两年的艰苦攻关,我们终于把水溶性硅加到氮磷钾复合肥里面去了!特写此文,以纪念奋斗的岁月。本文将简单介绍课题的背景,失败过的尝试,最终达成的成果,以及相应硅养分的检测方法。希望各位能够多多指正,尤其检测方法若有不妥之处,请帮忙指出,本人不胜感谢。
硅肥被称为继氮磷钾元素之后的“第四元素”,对农作物具有显著的肥效。由于硅肥特殊的化学性质,它一直很难加到复合肥中,即使在使用时,也需要与氮磷钾肥料分开使用,这增加了使用时的人工成本,也是硅肥难以大面积推广使用的原因。难以复合的具体原因如下:
原料 | 物理状态 | pH | 溶解性 | 备注 |
碱金属硅酸盐 | 液态/固态 | 强碱性 | 可溶 | 因碱性强不能与氮肥复合 |
硅溶胶 | 液态 | 酸性、中性、弱碱性,最常用为弱碱性 | 可溶,干燥后不溶 | 胶体状态易受外加物质尤其是电解质破坏,因而不能与其他肥料复合。 |
纳米二氧化硅(白炭黑) | 固态 | 中性 | 不溶 | |
基于上述原因,固相可溶的硅肥就只有碱金属硅酸盐。因此,我们锁定这个目标,想各种办法试图将其加到氮磷钾化肥中。部分失败的经过如下:
1,直接加固体到复合肥中,呼呼的产氨气啊!铵态氮肥、尿素态氮肥且不说,就连硝态氮遇到碱金属硅酸盐,也是一样的产氨气!
2,用酸中和后再干燥,加入。这个思路自然是很白痴的,但是我们仍然试了。其结果当然是硅酸盐已经变为不溶性的了。
3,用硅藻土等多孔物质吸附液体硅酸盐,把它装在小孔中,再与氮肥复合。比起前两个思路,这个显然要高级一些了。但是仍然不能把硅酸盐的碱性圈住,跟氮肥掺在一起,还是冒氨气!
4,利用“环糊精”分子内的空腔,把硅酸盐装进去,再与氮肥复合。无奈那个空腔太小了,装不进去!还有一种东东叫做“环糊精纳米晶格球”,内部也有较大的空腔,比环糊精的空腔大多了,据说把东西装进去后表面还可以封口,然而这东东,一吨要几十万,吸附一份液体,要两份环糊精纳米晶格球,算下来成本把人吓晕过去。终究也未能使用。
我们试过的路线,有代表性的是以上几种,如果各位有什么好的想法,欢迎讨论!
话说后来我们终于找到了一种办法,能够以合理的成本,使硅素与氮肥共存时,不产生氨气了,检测硅养分也保持水溶性。此时,经验上使得我走了好大一个弯路,浪费了很多时间。特此也写出来,或许可以给童鞋们借鉴一下。
我找到这条路线之后,将处理好的硅与氮肥以粉末状态混合在一起,发现没有氨气产生。检测水溶性硅含量都还在。就此我下了个结论:这种技术路径能够把硅添加到含氮复合肥中了。并且报告给了领导,据说领导在公司层面的会议上高调宣布了此项突破。
然而进一步的试验研究发现,这种技术路径不能用在高塔造粒、喷浆造粒等高温、有大量
液相存在的工艺中。由于我对具体工艺的不熟悉,导致出了这样的乌龙,有点尴尬。大家伙都看着呢!
为了解决高塔造粒工艺问题,又多方面想办法,做了五种以上的尝试,都未达到理想的效果。耗时两个月以上。
后来,生产部门的同事终于有时间过来研讨,当弄清楚了问题之后,他表示,可以通过控制料浆的温度,使料浆温度低于100度时,添加硅,有可能解决问题。并马上在实验室进行了小试,果然原来呼呼产氨冒泡的烧杯,变的异常的安静,且料浆也保持较好的流动性。心下感慨简直用语言不能表达,唯有在qq上发一个“真奇妙”的说说以表达心情。
至此,加硅到复合肥中的问题基本解决。回过头来再说说硅的检测。
我们加到复合肥中的硅是水溶硅,检测方法自然首先想到用 NY/T1972-2010 水溶肥料钠硒硅含量的测定。但是用这个方法测了几次发现,硅都没有了!不对啊,我们加的时候明明没有氨味,也就是硅没有反应掉,最后怎么就没有了呢?硅到哪里去了?
考虑到经过处理的硅,可能溶出较慢,而NY/T1972-2010是用清水常温提取的,或许这个提取方法不能够将硅尽数溶出?那么就把检测方法强化一下吧!改为80度水浴提取,还是不行!
把样品的氮磷钾、pH等指标仔细琢磨了许久,发现如下现象:氮磷钾,尤其是氮,测出的含量跟设计的配方一致,没有损失,这也可以从另一个侧面证明,硅确实没有跟氮反应,硅一定还在。 几个样品的pH有的是6点几,有的是5点几,都是酸性,这不奇怪,因为几种常用的原料,如硫酸钾,磷酸一铵都是酸性的,可以导致体系最终为弱酸性。弱酸性,弱酸性……眼前终于亮了。样品的水溶液呈弱酸性,加进去的硅在这酸性环境中被中和成不溶性的了!在检测的这一步,硅失去了水溶性!
找到了问题的原因,就好办啦!我们用稀碱液代替清水来提取硅,保持整个环境偏碱性,再上仪器测试,硅的含量符合设计值!
至此,问题基本解决。
回顾硅研究的这一段经历,发表一点心得:课题应该算的上是有一定难度,也有资深同事下结论说,把硅加到复合肥中,是不可能的。然而我记得有一本书上说,如果某人说一件事情是可能做到的,他很可能是对的;如果他说一件事情是不可能做到的,那么他很可能是错了。当与各位童鞋共勉。
另外,液体肥代表着今后复合肥发展的趋势,因此硅的课题,还有一个难度更大的,就是把液体硅加到液体复合肥中,这个问题想必也是可以解决的,您说呢?