专利名称：利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥的制作方法
技术领域：
本发明涉及城市生活垃圾的综合利用、促进生态与环境保护、达到开发无机盐肥料向有机肥料方向拓展的技术领域，特别是利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥的配方及其生产工艺，是技术先进、经济合理的解决方案。
据申请入专业知识所知对垃圾的综合利用，传统方法普遍采用干法粉磨，多元复混，造粒烘干的方法。近年来，由于城市人口的增多，其生活垃圾排放量也同步增大，都在积极寻求城市生活垃圾综合利用的最新途径。如CN1178205A公开的题为“生活垃圾复合肥及制备方法”申请。其配方仍然是多元复混，其工艺是一步将生活垃圾分选，加入活性矿物混合发酵，实行两段烘干、研磨，二步是将一步粉末，按组分配料，置入活性物，造粒烘干。依然是传统工艺，没有很好利用垃圾之生态源的不合理性与研磨、烘干加大了固定资产投入，能耗高、废气、粉尘二次污染大。故此法不是先进、经济合理的生产方法。
本发明的目的意在克服上述现有技术的不足之处，就地取材、经反复研制，发明了技术先进、经济合理的利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥及制造工艺。
本发明的目的是按照如下方式实现有机复合磷肥的配方是由生活垃圾、中低品位磷矿石、浓硫酸和水制剂组合而成。
其配方配比(按重量百分比计)生活垃圾(含有机质20～30％)为17～3(氟磷酸钙(全磷≥28％，含水＜6％)为50～38，浓硫酸(浓度＞96％)为30～20，其余为水。
所述配方配比制得的有机复合磷肥，其养分含量(以重量百分比计)有效五氧化二磷(P2O5)为12～8，有效钾(K2O)为0.3～0.53，总氮(N)为0.27～0.48，其它微量元素为0.61～1.08，有机质为5-8，游离酸(以P2O5计)为4～5.5，水≤15。
按上述配方配比生产有机复合磷肥的工艺，包括生活垃圾的粗选破碎→制浆→混化→固化→尾气处理→冷却熟化→得成品等工序，其工艺核心是湿法制浆，酸化灭菌。
所述湿法制浆是将经粗选破碎后的垃圾与磷矿按组分配料，加水(适量)研磨制成含水26～28％的料浆，料浆细度≥90％100目过筛，料浆需搅拌、搅拌的线速应≥0.8m/s。
所述混化是用泵将所制料浆与浓硫酸(浓度98％)同时输送到液力混化系统进行混化(一次灭菌)，进入混化系统的料浆、硫酸的输送压力应大于0.2MPa，料浆混化速度(以时间计)为6.2～8.2s，混化时间为4h。
所述固化是将混化好的物料输送到密闭的混化室进行固化，固化温度为100～130℃(二次灭菌)，固化时间2-3h。
所述尾气排放处理是将物料在混化和混化室固化的过程中释放出HF.SiF4及水蒸汽等气体，采用1600m3/h的离心风机负压吸出混化室，溅盘洗涤，中和处理或生产氟盐等副产品(此步必须达到无二次污染)。
所述冷却熟化是将固化好的物料(灰黑色疏松、多孔、密度为1.20～1.40)，即鲜肥出库，将鲜肥输送到熟化库冷却熟化2～7天后，即得成品(有机复合磷肥)肥料。
本发明与现有技术相比具有以下优点、特点对城市生活垃圾只需粗选和破碎、不需精选和烘干；将垃圾和磷矿按组分混合，采用湿法球磨，提高了研磨流程对垃圾的适应性；将浓酸、料浆采用液力混化，加快了浓硫酸的稀释速度，同时提高了稀酸和料浆的接触面积，加快了第一阶段的反应，与此同时，由于加快浓硫酸的稀释速度(2～3s)，克服了浓硫酸对料浆中的有机质、腐殖质等的碳化损害，随着硫酸稀释热的释放，料浆由常温升到100～130℃，此时由垃圾带入到料浆中的有害人体的细菌及病毒，在混化、固化两个过程中，在酸性条件下(PH＝1)高温缺氧的环境中，其单细胞就此丧失生命力，达到酸化高温灭菌的效果；由于两步反应都有结晶水析出，为有机质在酸性高温条件下得以生存创造了条件，有机质的存在实现了有机与无机结合的最终工艺目标；由反应原理所释放出的热量，将反应过程中多余的水分蒸发，实现了产品无需加热烘干的工艺过程。总之，由于本发明遵循生态原理和无机化学反应机理，对城市垃圾采用湿法制浆，酸化、化学热能灭菌，蒸发物料水分，这种化学热能的综合利用既节约能耗，又能使灭菌和有机质保护之间的矛盾得到统一，使垃圾这一生态源得到充分利用，并缩短了工艺环节，减少了固定资产的投入。由于本发明的生产工艺在制浆前后无粉尘和废气排出，在混化后段又是在密闭的混化系统中进行，在密团混化室中将逸出的废气采用吸收洗涤，中和处理或生产相关副产品。所以本发明的工艺过程，不会造成环境污染，可称为无害化工艺流程，有很大的环境效益和社会效益。
下面结合附图详述本发明时，还可看出其先进性和现实意义在于生活垃圾为植物残留物和动物骨骇、腐烂食品等(据德阳市垃圾场的垃圾分析有机质达26.34％～27.87％)，所带入的全部成分都是作物生长需要的养分，微量元素(Zn、Mn、Fe、B等)及有机质、腐殖酸、蛋白质、核糖、核酸等，所以本发明的肥料能为多种作物提供全面养分。同时有改良土壤，增强土壤团粒结构的作用。采用本发明产品长期施用，不断的给土壤增加有机质，腐殖酸，能促使土壤的水、肥、气的协调，同时为土壤中微生物繁殖提供了营养，依照生态原理，将有机矿质化速效和长效为作物生长提供全面无机养分，提高作物耐寒、抗旱、防病能力。
图1是本发明工艺流程图。
实施例一每100kg本发明产品所用原材料，按重量百分比计，城市生活垃圾(含水20～40％)配量为17kg，氟磷酸钙(全磷≥28％，含水＜6％)配量50kg，浓硫酸(浓度98％)，配量30kg，其余为水。
产品所含养分(按重量百分比计)有效五氧化二磷(P2O5) 为12，有效钾 (K2O) 为0.3，总氮 (N) 为0.27，其它微量元素为0.61，有机质 为5，游离酸(以(P2O5计) 为4，水 为15。
其生产工艺流程，参照
图1，首先是将生活垃圾粗选，去掉垃圾中的乳胶、橡胶、聚氯乙稀等制品残留物，再采用专用破碎机破碎，粒径≤50mm，磷矿石经颚式破碎机破碎、粒径≤30mm，两组物料按上述比份配混输送到磨头仓混合，然后采用盘式给料机输送给球磨机进行研磨制浆，制浆时加入适量的水与物料同时进入磨机，磨机转速为30～32转/分，磨机研磨体(钢球、条蛋)按工艺要求匹配填充。物料经研磨成料浆，在磨机出口设50目振动筛，筛分料浆粗粒，粗粒再返回磨机进料端再进行研磨。筛分下的合格料浆经溜子到料浆低位槽。其料浆细度≥90％100目过筛，水份26～28％。料浆槽设有搅拌器，将料浆搅拌挠动，以克服料浆中的矿物质微粒与纤维等垃圾微粒因密度不同而离析。其搅拌的线速度应大于0.8m/s。
其次将制备的料浆与硫酸同时用泵输送到混化系统进行混化；在混化前必须开启氟气吸收及中和处理系统，使之正常后，方可进行混化；混化以料浆为定值，按照中间控制的游离酸(以P2O5计)20～23％的指标，缓慢调整进酸量，物料的混合速度(以时间计)6.2-8.2s，操作过程中，应随时观察“物化情况”，在排料口取出物料应在2分钟固化，有明显的微孔存在为宜。
最后在液力混化的推动下，将混化好的物料送入密闭的混化室进行固化要求混化完毕后2-3h为固化时间，此时鲜肥温度100～130℃。一般混化时间定为4h，固化时间2-3h，液力混化和混化室设为2套，交换使用，以利鲜肥出库。将鲜肥输送到熟化库冷却熟化2～7天后得成品肥。
另需注意，物料在混化前必须将尾气吸收系统开启正常后方可进行混化工序，物料在混化和混化室固化的过程中，释放出HF·SiF4及水蒸汽等气体，采用1600m3/h的离心风机负压吸出混化室，然后采用6-8组溅盘洗涤，气体中有害物质将迅速溶解于水中为氟硅酸、硅胶等，可作为氟盐和白碳黑的原料综合利用，也可加入适量石灰中和，生成钙盐，沉淀分离，水的PH值调整到6～7.8时，方可排放，使流程无害化。
采用湿法制备好的料浆，料浆与酸用泵同时输送至混化系统，此时的浓硫酸迅速吸收料浆中的水份成为稀硫酸(浓度降至59～63％)，同时释放出稀释热，料浆温度由常温迅速上升到100～130℃，适时料浆的微粒处在稀酸的包围之中，而已离解的硫酸根(SO4＝)离子和氢离子(H+)是在以水作介质，与磷矿及碳酸盐等物质进行复分解反应，生成磷酸、硫酸盐物质等，此时有害人体健康的细菌、放线菌、鞭毛杆菌等在PH≥1.5物料内和高温下，难以生存。由于在封闭流程中，其物料进入密封的混化室，恒湿2小时，所以本工艺完全能够达到酸化高温灭菌的目的。
第二点要说明化学反应的过程a、浓硫酸与料浆在液力混化系统首先是浓硫酸吸收料浆水份成稀硫酸，酸浓度为59-63％；b、稀硫酸分解料浆中的磷酸盐、硅酸盐及金属氧化物生成硫酸和磷酸，同时释放HF·SiF4等气体，此时硫酸消耗为终点；C、与b步以硫酸根耗尽为终点，紧接着进行第二阶段反应，即磷酸分解料浆在b步未分解的磷矿微粒，生成磷酸盐类；d、由a步浓硫酸接触水最为敏感，迅速稀释成稀酸，所以料浆中的有机质(CH2O)和植物纤维素(C6H10O5)及蛋白，核酸未受到浓硫酸的碳化，在b步过程中，稀酸在水为介质的作用下离子交换最为活跃，在几秒钟时间内与料浆的微粒形成分解反应生成硫酸盐及磷酸。此时的有机质依偎在硫酸盐表面和结晶水中得以生存。随着b步向c步的第二阶段反应，磷酸分解磷矿微粒，生成可溶性磷酸盐，余下部分磷酸(以P2O5计)即游离酸≤5.5％，此时的PH值为2～2.5，其有机质依旧存于硫酸盐和磷酸盐分子表面上和结晶水中，鲜肥水份为18％左右，成品肥水份≤15％，所以为有机质提供了生存条件，实现了有机与无机的结合。
实施例二100kg产品所用原材料，依重量百分比计垃圾配量为20kg，氟磷酸钙配量为43kg，浓硫酸配量为25kg，其余为水。
产品所含养分(以重量百分比计)有效五氧化二磷(P2O5)为10，有效钾(K2O) 为0.35，总氮 (N)为0.32，其它微量元素 为0.72，有机质 为5.5，游离酸(以P2O5计) 为5，水 为15。
实施例三100kg产品所用原材料，依重量百分比计垃圾配量为30kg，氟磷酸钙配量38kg，浓硫酸配量20kg，其余为水。
产品所含养分(以重量百分比计)有效五氧化二磷(P2O5) 为8，有效钾(K2O) 为0.53，总氮 (N) 为0.48，其它微量元素 为1.08，有机质 为8，游离酸(以P2O5计) 为5.5，水 为15。
上述实施例二、三中的生产工艺、技术要求同实施例一。申请人的生产规模若达10万吨/年，即可利用处理完如德阳市这样的中小城市的生活垃圾。
本发明产品经德阳市技术监督局抽样检验获产品质量合格证书，经德阳市及西充县检验产品符合国家有关标准，经田间示范试验有明显增产效果和土壤改良效果。详见附件1、附件2-1、附件2-2、附件3及附件4。
权利要求
1.一种利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥的配方，其特征在于由生活垃圾、中低品位磷矿石、浓硫酸和水制剂组合而成。
2.如权利要求1所述的有机复合磷肥的配方，其特征在于产品的配方配比，按重量百分比计生活垃圾(含有机质20～30％) 为17～30，全磷≥28％含水＜6％的氟磷酸钙为50～38，浓硫酸(酸浓度＞96％) 为30～20，水 为12～15。
3.如权利要求2所述的有机复合磷肥的配方配比，其特征在于产品的养分含量，按重量百分比计有效五氧化二磷(P2O5) 为12～8，有效钾(K2O) 为0.3～0.53，总氮 (N) 为0.27～0.48，其它微量元素为0.61～1.08，有机质 为5～8，游离酸(以P2O5计) 为4～5.5，水 为≤15。
4.一种利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥的工艺，包括生活垃圾的粗选破碎→制浆→混化→固化→尾气处理→冷却熟化→得成品等工序，其特征在于按上述配方配比采用湿法制浆，酸化灭菌；湿法制浆是将经粗选破碎后的垃圾与磷矿按组分配料，加水适量研磨制成含水26～28％的料浆，料浆细度≥90％100目过筛，料浆需搅拌、搅拌的线速应≥0.8m/s；混化是用泵将所制料浆与浓硫酸(浓度98％)，同时输送到液力混化系统进行混化(一次灭菌)，进入混化系统的料浆、硫酸的输送压力应大于0.2MPa，料浆混化速度(以时间计)为6.2～8.2秒，混化时间为4小时；固化是将混化好的物料输送到密闭的混化室进行固化，固化温度为100～130℃(二次灭菌)，固化时间2-3小时；冷却熟化是将固化好的物料(灰黑色疏松、多孔，密度1.20～1.40)出库、送至冷却熟化，时间48-168小时，即得成品肥。
5.如权利要求4所述的有机复合磷肥的生产工艺，其特征在于尾气排放处理是将物料在混化和混化室固化的过程中释放出HF.SiF4及水蒸汽等气体，采用负压吸出混化室，溅盘洗涤，中和处理或生产氟盐等副产品。
全文摘要
本发明提供了一种利用城市生活垃圾制造有机复合磷肥。它是由生活垃圾、中低品位磷矿石及浓硫酸和水制剂组合而成。本发明是遵循生态原理和无机化学反应机理,以“湿法制浆,酸化灭菌”为工艺核心,实现了有机与无机的结合。本发明的生产工艺在制浆前后无粉尘和废气排出,在混化后段是在密闭的混化系统中进行,在密闭混化室中将逸出的废气采用吸收洗涤,中和处理或生产相关副产品,无二次污染。产品经田间施用试验增产效果明显。
文档编号C05F9/00GK1201770SQ98112100
公开日1998年12月16日 申请日期1998年6月19日 优先权日1998年6月19日
发明者李代伦, 林世培, 郭升万 申请人:四川德阳万丰化工总厂