CN102603367A - 一种非水溶性钾矿的理化综合促释方法 - Google Patents
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Abstract
本发明应用理化综合促释技术，在温和条件下促进非水溶性钾矿中钾的释放，提高钾的利用率。具体的技术方法包括非水溶性钾矿的原料混合搅拌、研磨、干燥等过程。其特征在于非水溶性钾矿中加入一定量的活化剂，混匀后加入适量液体研磨成匀浆，经微波或超声波处理后，干燥后即成促释钾肥产品。本发明为利用我国丰富的非水溶性钾矿资源制肥开拓一条低能耗的温和反应新技术途径。
Description
技术领域
本发明属于化工生产领域，涉及一种肥料及其制备方法。
技术背景
钾肥是重要的肥料资源，水溶性钾矿在世界范围内分布不均，仅集中在少数国家。 我国目前发现的总储量仅10亿吨，不到世界总储量的1%。我国需求的水溶性钾对外依存度高达70%，2010年必和必拓公司企图收购加拿大钾肥公司，使我国钾肥供应保障的潜在威胁进一步凸显。如何拓宽钾肥供应渠道就成为一项重大而迫切任务。我国的非水溶性钾矿资源不仅分布地域广，而且储量巨大，其资源总量超过100亿吨。研发节能、高效和经济可行的非水溶性钾矿制肥产业化技术，对破解钾资源受制于人的困局、保障粮食安全具有重大的战略意义。目前，对于非水溶性钾矿的利用技术，主要是通过高温煅烧、加压等条件进行，而在常温常压条件下的微生物利用技术，主要侧重于硅酸盐细菌等解钾菌和模拟植物根系分泌有机酸等方面, 离实用尚有较大距离。
促释是基于活化态有效性概念而提出的新技术，与减缓水溶性肥料释放速度的缓释技术方向相反，其特点是通过对难溶矿物活化，促进养分释放，使之与作物吸收实现动态供求平衡。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明应用理化联用的多种技术手段进行理化综合促释，使钾矿的晶格和钾的原赋存状态发生变化，从而明显促进钾的释放，为在温和条件下利用我国丰富的非水溶性钾矿资源制肥开拓一条低能耗的新技术途径。
本发明通过以下技术方案予以实现：
发明提供了一种非水溶性钾矿的理化综合促释方法，包括非水溶性钾矿的原料搅拌、研磨、干燥过程；通过在所述的非水溶性钾矿中加入活化剂，混匀后加水研磨成匀浆，经微波或超声波处理后，干燥研磨后即成产品。
所选用的活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、有机碱（黑液、木素钠或木素钾）、味精渣、酵母渣、糠醛渣或柠檬酸渣中的一种或几种的混合物；所加入的活化剂总量与非水溶性钾矿的重量比为0.03~0.60:1，优选0.05~0.15:1。
本发明采用的上述活化剂均可单独或混合用于活化。在加入多种活化剂时，其总加入量不宜超过其中一种应加入量的最大值。
非溶性钾矿原料为钾长石、云母或花岗岩、含钾页岩中的一种或几种的混合物。
具体来说，活化剂与非水溶性钾矿的重量比为：氢氧化钠:非水溶性钾矿为0.03~0.60:1、氢氧化钾:非水溶性钾矿为0.03~0.60:1、氧化钙加:非水溶性钾矿为0.03~0.60:1、有机碱:非水溶性钾矿为0.03~0.55:1、味精渣:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1、酵母渣:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1、糠醛渣加入量:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1、柠檬酸渣:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1。
采用微波或超声波处理时，处理时间为1~80分钟；优选4~20分钟。
具体来说，可以采用如下方案：
在非水溶性钾矿中加入氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、有机碱（黑液，木素钠，木素钾）、味精渣、酵母渣、糠醛渣、柠檬酸渣中的一种或几种的混合物作为活化剂，混匀后加入适量的水，研磨5~60分钟，搅拌均匀后，再经微波或超声波处理1~80分钟后，一般在60-90℃干燥，即成为促释钾肥。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
尽管选用单一的化学或物理方法也有促释效果，但发明的非水溶性钾矿理化综合促释方法，理化联用的综合促释的协同效果大于两者单一效果之和。
本发明所采用的氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙是商品，有机碱（黑液，木素钠，木素钾）是造纸厂及某些化工厂的副产品，味精渣、酵母渣、糠醛渣、柠檬酸渣为相关企业的废弃物，实现了废物的高效利用。
本发明还采用以下分析和测定方法来评价产品的性能：
1 钾释放的测定：称取0.5xxxg促释钾肥样品放入100mL塑料离心管中，加入纯水50mL，摇匀，振荡15min(振荡机速率180r/min)，离心10min（转速为5000r/min），上清液过滤，得滤液Ⅰ。再加入纯水50mL，摇匀，振荡15min(振荡机速率180r/min)，离心10min（转速为5000r/min），上清液过滤，得滤液Ⅱ。重复一次，得滤液Ⅲ。采用原子吸收法，分别测定上述三次浸提的水溶性钾含量。与未活化钾矿相比，促释钾肥的三次浸提的水溶性钾含量明显提高。
2结构分析：用X射线衍射技术、透射电镜测定其晶体结构。
X衍射的分析结果表明（图1），与钾长石（1号）相比，促释钾肥（2-4号）的衍射峰值降低，说明经理化综合促释处理后，促释钾肥的晶体结构发生了变化。
3 化学分析：用火焰分光光度计或原子吸收测定其水溶性钾和有效钾的含量。
结合栽培评价结果：促释钾肥的肥效特征是钾的释放增加，肥料利用率高，生物有效性高。例如，在南方红壤玉米上，在K等量施肥条件下，促释钾肥与普通钾肥的肥效相当或更好。
附图说明
图1 不同钾肥的X衍射图；其中1号为钾长石， 2-4号为促释钾肥（1-4号对应于实施1，如表1所示）。
具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1：
试验组A：氢氧化钠+1分钟微波处理钾长石：
（1）在钾长石中加入氢氧化钠活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约5分钟；
（2）经微波处理1分钟（微波功率为700W）；
（3）在60℃左右干燥即成为促释钾肥。
试验组B：氢氧化钠+5分钟微波处理钾长石：
如同试验组A，但微波处理时间为5分钟。
试验组C：氢氧化钠+10分钟微波处理钾长石（4号样品）：
如同试验组A，但微波处理时间为5分钟。
对照组A1：氢氧化钠处理钾长石（2号样品）：
同试验组A，但区别在于不经微波处理。
对照组A2：微波处理1min钾长石：
同试验组A，但区别在于不经氢氧化钠处理。
对照组B2：微波处理5min钾长石：
同试验组B，但区别在于不经氢氧化钠处理。
对照组C2：微波处理10min钾长石（3号样品）：
同试验组C，但区别在于不经氢氧化钠处理。
将促释钾肥进行水浸提试验，结果表明（见表1），与钾长石相比，活化剂处理钾长石的水溶性钾显著提高了160%，而微波处理钾长石的水溶性钾略高于钾长石的，且差异不显著。但活化剂与微波联用处理钾长石的水溶性钾极显著增加，增加幅度高达917%。由此可见，活化剂与微波联用处理钾长石的活化效果明显优于两者单独使用的，理化综合促释具有显著的协同效应。
表1 促释钾肥的浸提液钾含量（K，mg/kg）
| 处理 | 第1次 | 第2次 | 第3次 | 总量 |
| 钾长石（1号） | 52.38±4.03f | 36.93±4.34d | 43.58±13.11ab | 132.88±14.27f |
| 对照组A1：氢氧化钠处理钾长石（2号） | 275.45±18.86d | 45.2±4.49cd | 24.88±3.09b | 345.53±16.82c |
| 对照组A2：微波处理1min钾长石 | 69.77±3.29ef | 72.72±2.76ab | 49.51±4.04ab | 192.01±1.90de |
| 试验组A：氢氧化钠+微波处理1min钾长石 | 964.1±5.67c | 81.57±4.03a | 53.63±21.38ab | 1099.31±26.13b |
| 对照组B2：微波处理5min钾长石 | 82.05±0.75e | 83.32±5.71a | 77.84±13.77a | 243.21±12.04d |
| 试验组B：氢氧化钠+微波处理5min钾长石 | 1022.1±3.23b | 77.76±2.37ab | 44.73±9.73ab | 1144.58±6.10b |
| 对照组C2：微波处理10min钾长石（3号） | 67.37±2.21ef | 55.91±16.46bcd | 28.12±14.87b | 151.39±28.17ef |
| 试验组C：氢氧化钠+微波处理10min钾长石（4号） | 1271.76±10.16a | 66.47±6.89abc | 13.87±3.32b | 1352.1±14.62a |
实施例2：
（1）在钾长石中加入氢氧化钾活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.15:1，加适量水，研磨约25分钟；
（2）经微波处理5分钟；
（3）在80℃左右干燥成为促释钾肥。
实施例3：
（1）在钾长石中加入氧化钙活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约40分钟；
（2）经微波处理20分钟。
（3）在90℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例4：
（1）在钾长石中加入木素钠活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.15:1，加适量水，研磨约15分钟；
（2）经微波处理30分钟。
（3）在60℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例5：
（1）在钾长石中加入氢氧化钠活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经超声波处理20分钟；
（3）在90℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例6：
（1）在钾长石中加入氢氧化钾活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.08:1，加适量水，研磨约50分钟；
（2）经超声波处理20分钟；
（3）在60℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例7：
（1）在云母中加入氢氧化钠活化剂，加入量与云母的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在60℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例8：
（1）在云母中加入氢氧化钾活化剂，加入量与云母的质量比为0.35:1，加适量水，研磨约35分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在90℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例9：
（1）在云母中加入氢氧化钾活化剂，加入量与云母的质量比为0.15:1，加适量水，研磨约25分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在60℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例10：
（1）在云母中加入木素钾活化剂，加入量与云母的质量比为0.15:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在90℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例11：
（1）在含钾花岗岩矿粉中加入氢氧化钠活化剂，加入量与含钾花岗岩矿物的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约20分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在60℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例12：
（1）在含钾花岗岩矿粉中加入氢氧化钾活化剂，加入量与含钾花岗岩矿物的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在65℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例13：
（1）在含钾花岗岩矿粉中加入氢氧化钾活化剂，加入量与含钾花岗岩矿物的质量比为0.25:1，加适量水，研磨约40；
（2）经超声波处理30分钟；
（3）在80℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例14：
（1）在云母中加入木素钾活化剂，加入量与云母的质量比为0.25:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经超声波处理30分钟；
（3）在60℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例15：
（1）在云母中加入氢氧化钾活化剂，加入量与云母的质量比为0.35:1，加适量水，研磨约20分钟；
（2）经超声波处理40分钟；
（3）在60℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例16：
（1）在云母中加入氢氧化纳活化剂，加入量与云母的质量比为0.08:1，加适量水，研磨约10分钟；
（2）经超声波处理60分钟。
（3）在90℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例17：
（1）在钾长石中加入氢氧化钠活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约25分钟；
（2）在60℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例18：
（1）在钾长石中加入氢氧化钠、氧化钙两种活化剂，氢氧化钠加入量与钾长石的质量比为0.05:1，氧化钙加入量与钾长石的质量比为0.02:1，加适量水，研磨约20分钟；
（2）经微波处理5分钟；
（3）在60℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例19：
（1）在钾长石中加入木素钠、氢氧化钾两种活化剂，木素钠加入量与钾长石的质量比为0.15:1，氢氧化钾加入量与钾长石的质量比为0.01:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在90℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例20：
（1）在云母中加入氢氧化钠、氧化钙两种活化剂，氢氧化钠加入量与云母的质量比为0.08:1，氧化钙加入量与云母的质量比为0.02:1，加适量水，研磨约20分钟；
（2）经微波处理10分钟；
（3）在60℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例21：
（1）在含钾花岗岩矿物中加入氢氧化钠、氧化钙两种活化剂，氢氧化钠加入量与含钾花岗岩矿物的质量比为0.05:1，氧化钙加入量与含钾花岗岩矿物的质量比为0.02:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理10分钟；
（3）在90℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例22：
（1）在钾长石加入味精渣活化剂，加入量与钾长石的质量比为0.15:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在65℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例23：
（1）在云母加入糠醛渣活化剂，加入量与云母的质量比为0.10:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在65℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例24：
（1）在含钾花岗岩矿粉中加入柠檬酸渣活化剂，加入量与含钾花岗岩矿粉的质量比为0.05:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理10分钟；
（3）在90℃左右干燥，即成为促释钾肥。
实施例25：
（1）在钾长石中加入味精渣、糠醛渣两种活化剂，味精渣加入量与钾长石的质量比为0.15:1，糠醛渣加入量与钾长石的质量比为0.01:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理20分钟；
（3）在90℃左右干燥即成为促释钾肥。
实施例26：
（1）在云母中加入酵母渣、氧化钙两种活化剂，酵母渣加入量与云母的质量比为0.20:1，氧化钙加入量与云母的质量比为0.02:1，加适量水，研磨约30分钟；
（2）经微波处理10分钟；
（3）在90℃左右干燥即成为促释钾肥。
Claims (8)
1.一种非水溶性钾矿的理化综合促释方法，包括非水溶性钾矿的原料搅拌、研磨、干燥过程；其特征在于非水溶性钾矿中加入活化剂，混匀后加水研磨，经微波或超声波处理后，干燥成为促释钾肥。
2.根据权利要求1所述的非水溶性钾矿理化综合促释方法，其特征在于所述的活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、有机碱、味精渣、酵母渣、糠醛渣或柠檬酸渣中的一种或几种的混合物；所加入的活化剂总量与非水溶性钾矿的重量比为0.03~0.60:1。
3.根据权利要求2的非水溶性钾矿理化综合促释方法，其特征在于所加入的活化剂总量与非水溶性钾矿的重量比为0.05~0.15:1。
4.根据权利要求1所述的非水溶性钾矿理化综合促释方法，其特征在于所述的有机碱为黑液、木素钠或木素钾。
5.根据权利要求1所述的非水溶性钾矿理化综合促释方法，其特征在于所述的非溶性钾矿原料为钾长石、云母或花岗岩、含钾页岩中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的非水溶性钾矿理化综合促释方法，其特征在于所加入的活化剂与非水溶性钾矿的重量比为：氢氧化钠:非水溶性钾矿为0.03~0.60:1、氢氧化钾:非水溶性钾矿为0.03~0.60:1、氧化钙加:非水溶性钾矿为0.03~0.60:1、有机碱:非水溶性钾矿为0.03~0.55:1、味精渣:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1、酵母渣:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1、糠醛渣加入量:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1、柠檬酸渣:非水溶性钾矿为0.03~0.50:1。
7.根据权利要求1所述的非水溶性钾矿理化综合促释方法，其特征在于所述的微波或超声波处理，处理时间为1~80分钟。
8.根据权利要求7所述的非水溶性钾矿理化综合促释方法，其特征在于微波、超声波处理时间为4~20分钟。
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