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    礦源黃腐酸鉀與生化黃腐酸鉀生產(chǎn)工藝對比分析

    2022-11-21 12:36:16楊玉明
    鹽科學(xué)與化工 2022年10期
    關(guān)鍵詞:礦源黃腐酸鉀黃腐酸

    楊玉明

    (國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司,新疆哈密 839000)

    腐植酸(HA)是植物殘體經(jīng)過微生物分解和合成,以及地球物理、化學(xué)的一系列相互作用過程形成的一類富含多種活性官能團(tuán)的非均一脂肪—芳香族無定形有機弱酸混合物,具有良好的生理活性和吸收、絡(luò)合、交換等功能。隨著生態(tài)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展逐漸演變?yōu)檗r(nóng)業(yè)發(fā)展的一次革命,催生出一批新型肥料,其中最具代表性的就是黃腐酸鉀[1]。黃腐酸是一種可溶于水的紅棕色或灰黑色粉末物質(zhì),且黃腐酸是短碳鏈分子結(jié)構(gòu)物質(zhì),較其他腐殖酸芳香度低,分子量小,含氧官能團(tuán)多,溶解性好,因此有人稱黃腐酸是“運轉(zhuǎn)大多數(shù)生命物質(zhì)甚至毒性物質(zhì)的極好工具”[2]。

    黃腐酸鹽是黃腐酸在其酸性官能團(tuán)接上金屬離子,市場上主要是鉀鹽及鈉鹽。黃腐酸鉀外觀呈黃色塊狀,發(fā)泡式多微孔顆粒,含藥物成分,具有速溶速效的特性。能預(yù)防蟲病,使瓜果蔬菜類延長保鮮期及采摘期,預(yù)防落花、落果,增加果品的含糖量,改善果品品質(zhì)。隨著黃腐酸鉀研究工作的深入和儀器設(shè)備的改進(jìn),為黃腐酸鉀工業(yè)帶來了新的機遇。文章闡述了礦源黃腐酸鉀和生化黃腐酸鉀的生產(chǎn)工藝及應(yīng)用領(lǐng)域方面的異同,并對未來黃腐酸鉀的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測。

    1 黃腐酸鉀的來源分析

    1.1 礦源黃腐酸

    礦源黃腐酸來源于風(fēng)化煤、褐煤、泥炭等有機礦物中提取的腐植酸,是含有酚羥基、羧基、羰基和醌基等多種官能團(tuán)且溶于酸、堿、有機物的低分子類物質(zhì),通常采用堿溶酸析、酸抽提劑法[4]、微生物溶解法[5]等方法提取。主要黃腐酸原料組成見表1。

    表1 主要黃腐酸原料組成Tab.1 Composition of main fulvic acid raw materials

    1.2 生化黃腐酸

    生化黃腐酸主要來自利用潔凈的生物質(zhì),例如秸秤、鋸末、甘蔗渣、稻糠、食品工業(yè)廢棄物等富含木質(zhì)素和碳水化合物的工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物為原料,經(jīng)采用生物或化學(xué)工藝技術(shù)而制得的生物質(zhì)黃腐酸。

    2 礦源和生化黃腐酸鉀的生產(chǎn)工藝對比

    2.1 礦源黃腐酸鉀生產(chǎn)工藝

    礦源黃腐酸是動植物的殘體(褐煤、風(fēng)化煤、泥炭)經(jīng)過幾千萬年的土壤微生物轉(zhuǎn)化而形成的,富含羥基、酚基、羧基等多種官能團(tuán)且溶于酸、堿、有機物的低分子類物質(zhì)。其主要生產(chǎn)原理是在黃腐酸結(jié)構(gòu)中的酸性基團(tuán)上的氫離子與鉀離子之間的置換反應(yīng)。形成了可溶性的黃腐酸鉀,具體工藝流程見圖1。

    圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

    2.2 生化黃腐酸鉀生產(chǎn)工藝

    生化黃腐酸是用糠醛渣與生物灰等工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物為原料生產(chǎn)的黃腐酸。其工藝過程為收集煤燃燒后所產(chǎn)生的煙氣中的煙灰、植物燃燒后產(chǎn)生的灰,過篩,去雜,得生物灰粉100 kg。將糠醛渣過篩,去雜,置到研磨機中,研磨成粒度為0.1 mm~0.3 mm的粒粉,制成糠醛渣粉200 kg。

    按生物灰粉 ∶糠醛渣粉 ∶氫氧化鉀 ∶水=100 ∶(150~200) ∶(5~10) ∶(750~1 200)的原料重量配比,將上述原料混合加入到反應(yīng)釜中,攪拌均勻,開始加熱至89 ℃~91 ℃,加熱2 h~2.5 h后停止加熱,靜置沉淀,待反應(yīng)釜中的反應(yīng)物靜止分層后,得反應(yīng)沉淀物和反應(yīng)上清液。取反應(yīng)上清液,向反應(yīng)上清液中緩慢加入鹽酸溶液,混合均勻,直至上清液的pH值降至2,靜置沉淀8 h~12 h,取上清液沉淀物烘干,得黃腐酸鉀成品約30 kg~35 kg。該成品據(jù)測得含黃腐酸鉀純度為92%~95%[6]。此法具有廢物再生利用,不污染環(huán)境,無資源浪費,工藝簡單實用,提取成本低的優(yōu)點。工藝流程見圖2。

    圖2 工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram

    2.3 從工藝流程上看

    礦源黃腐酸鉀生產(chǎn)原料為褐煤、風(fēng)化煤、泥炭等煤炭資源,工藝流程復(fù)雜,而生化黃腐酸鉀生產(chǎn)原料是糠醛渣與生物灰等工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物,工藝流程相對簡單。

    2.4 從產(chǎn)品主要成分來看

    使用礦源黃腐酸生產(chǎn)的黃腐酸鉀成分比較固定,主要為乙酸、苯、吡咯、甲苯、糠醛、苯酚、苯并呋喃、丁二酰亞胺、鄰苯二甲酸二異丁酯等[7]物質(zhì)的鉀鹽。生化黃腐酸鉀一般含有蛋白質(zhì)、核苷酸、醇類、脂肪酸、酚酸、糖類、單寧、纖維素、木質(zhì)素、各種激素等。生化黃腐酸鉀受發(fā)酵時間及原料差異影響,成分和效果差別較大且不穩(wěn)定。生化黃腐酸鉀含有豐富的吸水基團(tuán),苯環(huán)含量較少。

    2.5 從產(chǎn)品功能上來看

    礦源黃腐酸鉀因其官能團(tuán)作用,能夠調(diào)節(jié)土壤酸堿度,同時是一種天然的螯合劑,與金屬離子螯合,減少養(yǎng)分流失或固化,促進(jìn)植物直接吸收;能夠促使土壤中難溶性的硅鋁酸鹽無機礦物質(zhì)(磷鉀)形成可溶性養(yǎng)分,被植物直接吸收利用。而生化黃腐酸同樣有調(diào)酸改土、刺激根系生長作用,但是持續(xù)性不強,效果弱。因礦源黃腐酸鉀官能團(tuán)數(shù)量、質(zhì)量可控性與穩(wěn)定性等優(yōu)于生化黃腐酸鉀,其對于農(nóng)作物在抗寒、抗旱、提高肥料利用率、增加土壤有機質(zhì)方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于生化黃腐酸。

    2.6 從產(chǎn)品疏水性能上來看

    礦源黃腐酸鉀含有較多苯環(huán),疏水性比較強,具有空穴結(jié)構(gòu)較大的交換容量,能夠形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),提高肥料利用率,同時又不吸潮;生化黃腐酸長鏈烴基、苯環(huán)等疏水基含量很少,親水基團(tuán)很多,極易吸潮,在作為功能性肥料及復(fù)合肥添加劑時,1 t超過25 kg左右就會導(dǎo)致肥料嚴(yán)重吸潮結(jié)塊,甚至變?yōu)闋€泥狀。

    2.7 從原料成本及市場價格來看

    原料成本、生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備的差異造成礦源黃腐酸鉀與生化黃腐酸鉀價格差異較大,從成本和價格方面考慮,生化腐植酸相較礦源黃腐酸門檻較低。礦源黃腐酸鉀與生化黃腐酸鉀價格見表2。

    表2 礦源黃腐酸鉀與生化黃腐酸鉀對比Tab.2 Comparison between mineral source potassium fulvate acid and biochemical potassium fulvate acid 元·t-1

    3 國內(nèi)黃腐酸鉀未來發(fā)展趨勢

    目前黃腐酸鉀生產(chǎn)公司有山東泉林集團(tuán)有限公司、山東創(chuàng)新腐植酸科技股份有限公司、金正大集團(tuán)云南中正化學(xué)工業(yè)有限公司等80多家企業(yè)。截至2021年,國內(nèi)黃腐酸鉀總產(chǎn)能達(dá)到21.65萬t左右,是2012年總產(chǎn)量的1.65倍。自2012年以來,隨著黃腐酸鉀在肥料、工業(yè)方面(處理劑、離子交換劑)等領(lǐng)域應(yīng)用的不斷推廣,使得黃腐酸鉀的產(chǎn)量和需求量都穩(wěn)定增長,預(yù)計2023年國內(nèi)總產(chǎn)量將達(dá)到25.98萬t。在利用工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物或廢物制備黃腐酸鉀為解決減霧霾、減森林資源砍伐、減溫室氣體排放、提地力、提品質(zhì)、增產(chǎn)量、減化肥、減農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域突出問題提供了產(chǎn)業(yè)化工程方案,未來生化黃腐酸鉀產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將得到大力扶持。

    4 結(jié)語

    當(dāng)前,生態(tài)安全和生態(tài)修復(fù)是“十四五”期間的重點關(guān)注工作,而黃腐酸鉀就是一種低碳環(huán)保、環(huán)境友好的有機材料。黃腐酸鉀已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保以及醫(yī)藥等行業(yè)中廣泛應(yīng)用,黃腐酸鉀產(chǎn)業(yè)的發(fā)展未來可期。但市場上現(xiàn)有黃腐酸鉀品質(zhì)參差不齊,在使用過程中對黃腐酸鉀的產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,這對黃腐酸鉀的生產(chǎn)技術(shù)無疑是一個考驗。因此,有關(guān)黃腐酸鉀的研究還需更加深入,開發(fā)高純度、品質(zhì)優(yōu)良的黃腐酸鉀生產(chǎn)工藝技術(shù)。

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