CN102731181A - 含草木灰的复合肥料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含草木灰的复合肥料及其生产方法，尤其是一种低成本的工业规模化的生产方法，通过将酸化木质素与草木灰进行搅拌均匀混合，使灰状的草木灰发生团聚或形成颗粒，即解决了草木灰容易飞灰扬尘的问题，还解决了草木灰的强碱性问题，又可得到一种有效的有机无机复合肥。

Description

含草木灰的复合肥料

技术领域

本发明涉及一种含草木灰的复合肥料及其生产方法。

背景技术

已知，植物体首先要从空气、土壤和水中吸收大量的碳、氢、氧、氮、钾、钙、镁、磷、硫这些大量需要的营养元素。然后要从土壤中吸收氯、铁、锰、硼、锌、铜、钼这些微量营养元素。缺少了这十六种营养元素的任何一种，高等植物就不能正常生长，所以被称为高等植物生长的必需营养元素。灰肥可分为草灰、木灰及草木灰肥。其含五氧化二磷、氧化钾等养分元素分别如下：草灰，2.11％～2.36％、8.09％～10.2％；木灰：3.1％～3.41％、5.92％～12.4％；草木灰：3.5％、7.5％。此外，草木灰还含有0.9％以上的氧化钙。另外，硅元素也是大多数作物必须的营养元素，硅具有能提高作物光合作用效率，减少无效蒸腾，促进作物对氮、磷、钾营养元素的吸收。提高作物抗逆性(如抗旱、抗干热风、抗低温能力等)；抗倒伏；防早衰；增强作物病虫害的抵抗力，减少病虫害危害；提高结实率和农产品品质等功能。目前田间施用的硅肥主要是含硅酸盐的工业废渣，如钢铁冶炼渣、炼铜渣、炼铝赤泥、粉煤灰硅钙肥和黄磷渣以及水泥窑灰和硅镁钾肥等。此类工业废渣作为硅肥用时，需要再加工磨细，且容易含有有毒的重金属(铬、镍、铅、钴和镉)。典型的稻草灰的成分为：82.28％silica，13.04％K2O，1.79％MgO，1.75％CaO，0.67％P2O5，0.15％Na2O，0.11％Fe2O3，0.10％Al2O3，0.10％MnO，0.01％TiO2。因此，对于很多植物，草木灰，尤其是稻草和稻壳灰，是比工业废渣更加经济和有效的，且除了含有大量硅外还含有其它养分的肥料。但是由于草木灰极易飞灰扬尘，使其生产处理及使用时均不卫生和不方便，添加水分虽然能解决飞灰问题，但草木灰中的钾成分随水分容易流失或流动使肥效不均，且草木灰自然干燥后仍然容易形成飞灰问题。尤其是工业化生产过程中，为了利用可再生的生物质资源，当工业锅炉使用生物质燃料时，必须能卫生地和有效地及时处理锅炉燃烧所产生的大批量的草木灰，因此，必须找到非传统的草木灰的处理和应用方法。

制浆造纸回收的木质素本身就是一种有效的肥料组分(如专利CN1587227中所公开)。由于直接从硫酸盐法制浆造纸回收的木质素为含钠的碱性木质素，碱性木质素极易吸收水分后潮解成液体不成形，不便使用，且其中的钠离子也不利于植物，而单纯酸化后的木质素为酸性，也不合适直接作为肥料来利用，因此，木质素的利用多为只能与其它肥料或载体混合后使用。在现有的利用木质素配制有机-无机复合肥的应用中，只有利用将木质素磺酸盐与常规化学肥料尿素、磷酸二铵、氯化钾等复配合成木质素有机-无机高效复合肥的，或将木质素磺酸盐用尿素处理，然后加入粉末状KCl，制得含木质素的有机-无机复合肥，或者将木质素磺酸盐掺入到肥料中可以制得含N、P、K、木质素磺酸盐、Cu、Mg等多组分的复合肥料。直接利用碱木质素的是木质素磷肥，其以碱木质素、磷酸二铵、粘合剂和助剂为原料，按一定的比例掺混，在一定的温度条件下制取木质素磷肥。因此，过去所提到的木质素作为肥料的应用只是集中在木质素磺酸盐和碱木质素的应用上。

发明内容

本发明要解决的问题和本发明的目的是：

1、解决工业化规模化生产过程中，当工业锅炉使用生物质燃料时，必须能卫生地和有效地及时处理锅炉燃烧所产生的大批量的草木灰。

2、解决草木灰容易形成飞灰，污染环境，影响其在生产车间的装包运输以及田间使用的问题。

3、降低草木灰的碱性，同时得到经济成本低的含无机质草木灰和有机质木质素的复合肥料。

4、普通过磷酸钙很难干燥，利用草木灰强大的吸水能力，可使普通过磷酸钙成为粉状的，方便使用的磷肥，同时提高肥效，改善土质。通过加入酸化木质素解决其中所含草木灰容易扬尘飞灰问题。

5、通过酸化木质素，解决碱性木质素极易吸水潮解液化问题，同时通过酸化木质素，使木质素具有胶体的胶黏性质，使草木灰易于被酸化的木质素粘黏成团、易于形成颗粒，并且与草木灰混合粘接的酸化木质素或其胶体可以保持适当含量的水分，通过保湿，更可避免草木灰的飞灰和扬尘。

6、在利用木质素或木质素的衍生物解决草木灰容易形成飞灰扬尘的问题的同时，提供一种新的通过将木质素经稀硝酸氧化降解，再用碱性的草木灰中和(主要的碱性物质是碳酸钾)代替传统的用氨水中和的方法，可起到简化生产工艺，降低生产成本的目的(氨水挥发性强，使生产操作复杂)，生产出邻醌类植物生长激素。另外，通过添加过量的干草木灰，可使所生成的邻醌类植物生长激素吸附分散稀释在草木灰中或草木灰与酸化木质素的混合粉末中，达到方便施用的目的，以及得到符合植物所需要的复合肥料的目的，其各相成分的比例要求根据目标植物的需求而定。

为了达到上述目的，本发明主要是通过将酸化木质素与草木灰进行搅拌均匀混合，使灰状的草木灰发生团聚或形成颗粒，即解决了草木灰容易飞灰扬尘的问题，还解决了草木灰的强碱性问题，又可得到一种有效的有机无机复合肥。

具体实施方式

将干稻草焚烧后得到原始稻草灰。称取42.8g该稻草灰，与含水量25％的酸化木质素57.2g充分搅拌均匀混合(酸化木质素可以用硝酸或硫酸或盐酸或磷酸进行酸化，酸化至pH值至5以下，更优地达到4以下，最好达到3以下，提取出含水的酸化木质素的含水量可以通过烘干干燥进行调整，当用硝酸或磷酸酸化时，可以增加复合肥的氮磷肥效，对于有些需硫植物优先以硫酸酸化，而对于需要氯元素的植物，则优先用盐酸酸化)得到粉末状但不易形成飞灰扬尘的混合物(含灰分42.8％、木质素14.3％、水分42.9％，水分太多提供了过量的无效成分，因此，水分最好不大于30％)，所得混合物放在潮湿的pH试纸上显示的pH值为9。将该混合物在100℃温度下烘干干燥3小时后，所得到的粉末状混合物所含的酸化木质素重量为25％(假定水分已基本全部蒸发)，该混合物仍然不易形成向上的飞灰和扬尘(摇动或轻轻吹拂不起可见飞尘)。以粉末自由下落时所形成的粉末散落面大小作为是否容易形成飞灰的参数，在1米高处，将未与酸化木质素相混合的原始稻草灰1g自由下落时，在地面形成的散落灰斑直径约为20厘米；而与酸化木质素相混合但没有经干燥处理的粉末，其对应的灰斑直径约为4厘米，经100℃、3小时干燥处理后，其对应的灰斑直径增加为8厘米，但仍然远小于原始未经处理稻草灰的散落灰斑直径(20厘米)。

以与上述同样的方法配制干燥后含酸化木质素重量12.5％或20％的粉末混合物时，所得到的粉末仍然容易形成飞灰扬尘。上述结果说明，当酸化木质素重量含量达到25％时，干燥后的稻草灰与酸化木质素的混合粉末不易形成飞灰，从而方便作为肥料时的现场田间使用。形成此效果的原因可能是酸化木质素具有胶体性质，使灰分团聚成较大的颗粒，以及填充灰分表面的空隙增加颗粒的堆积密度或比重，另外，酸性的木质素可以对碱性的草木灰进行酸碱中和，使草木灰更适合作为植物的肥料。而木质素本身作为有机质还具有促进植物生长的作用。

作为商品，稻草灰与酸化木质素的混合粉末可以含有一定量的水分，或还含有其它成分的肥料成分，因此，可以相应减少酸化木质素的用量，而达到相同的团聚、成型或造粒的效果。为了验证配方效果，先将酸化木质素完全烘干脱水，再将该酸化木质素加水使之含水量为33.3％，用此含水33.3％的酸化木质素30g与原始稻草灰70g充分搅拌混合，得到含水分10％，酸化木质素20％，灰分70％的混合粉末也不容易形成飞灰和扬尘；或者将酸化木质素完全烘干脱水后加水使之含水量为66.6％，用此含水66.6％的酸化木质素30g与原始稻草灰70g充分搅拌混合，得到含水分20％，酸化木质素10％，灰分70％的混合粉末也不容易形成飞灰和扬尘。

由于木质素具有类似玻璃一样的软化转化温度，因此，利用高压或高温高压可以使上述混合粉末结块造粒。

由于酸化木质素的胶体粘黏性质，增加酸化木质素的使用量(如达到60％)，将更容易得到团粒化不易扬尘的混合粉末或较大颗粒尺寸的混合粉末。实际生产时根据各种原料的相对成本以及目标植物所需的有机质(木质素含量优选在5％-60％范围)和无机养分之间的比例来具体确定酸化木质素的使用量。

作为对比，先将市售碱木质素粉末10g与30g原始稻草灰混合，再加入10g水后充分搅拌形成混合物粉末，再经100℃、3小时干燥处理后，所得的碱木质素与稻草灰的粉末仍然容易形成飞灰和扬尘(虽然有所改善，其对应的散落灰斑直径约为15厘米)，说明碱木质素对于稻草灰没有有效的胶体粘黏作用或团聚作用或灰分表面的填充作用。另外，含钠的碱木质素含大量钠离子，使其也不适合作为植物的营养肥料。而酸化木质素含钠离子少，虽然含有酸根离子，根据酸化所用酸的不同而不同，如硫酸根离子或氯离子或磷酸根离子，但这些酸根离子也是植物所需营养的一部分，尤其如磷和硫。

将稻壳完全燃烧后得到的稻壳灰做与上述实验相同的试验，得到相类似的结果。其它秸秆或林木灰分，也应该有相似的现象或结果。

实施例2

在利用木质素或木质素的衍生物解决草木灰容易形成飞灰扬尘的问题的同时，提供一种新的通过将木质素经稀硝酸氧化降解，再用碱性的草木灰中和(主要的碱性物质是碳酸钾)代替传统的用氨水中和的方法，可起到简化生产工艺，降低生产成本的目的(氨水挥发性强，使生产操作复杂)，生产出邻醌类植物生长激素。另外，通过添加过量的干草木灰，可使所生成的邻醌类植物生长激素吸附分散稀释在草木灰中或草木灰与酸化木质素的混合粉末中，达到方便施用的目的，以及得到符合植物所需要的复合肥料的目的，其各相成分的比例要求根据目标植物的需求而定。

其生产方法如已有的方法，即在带搅拌和回流冷凝器(一端接NO2吸收器)的搪瓷反应釜中加入相当于绝干100kg的木质素和1000kg的水，在搅拌中慢慢加入120kg硝酸，升温至70℃反应1h，然后再慢慢加入120kg硝酸，将反应温度升高至100-104℃，再反应6h，反应结束后放料，将所得料与草木灰(如稻草灰、稻壳灰或林木灰分)混合中和到pH＝7.0，即得含邻醌类植物生长激素以及草木灰的混合物。将该混合物中的草木灰含量进一步增加以稀释生长激素的含量(至目标植物所需的施用值)，方便田间的使用，但最好将所增加添加的草木灰预先用酸化木质素进行中和至pH＝7，以避免草木灰的碱性对生长激素可能的分解作用。

实施例3

为了进一步地改进复合肥的性能，在上述木质素和草木灰混合得到的有机-无机复合肥中添加一定比例的氨氧化木质素氮肥或硝化木质素螯合肥料或过磷酸钙或它们的混合物。将部分木质素进行氨化或硝化处理，即得到氨氧化木质素氮肥，其还有与吲哚环植物激素相类似的作用。已知硫酸盐木质素经氨化氧化反应，可提高含氮量，且对N有控释作用。以造纸黑液木质素为原料，按一定的液比，将木质素溶解在稀氨水中，添加复合催化剂，在一定温度和氧压下经氨化、氧化反应，制得含氮量为15.47％的氨氧化木质素。也已知，在一定条件下，碱木质素经稀硝酸氧化制得硝化木质素螯合肥料，其水溶性、离子交换能力及酸性基团含量均有较大提高。硝化木质素在特定条件下与无机盐作用制得螯合肥料。

由于普通过磷酸钙很难干燥，利用草木灰强大的吸水能力，可使普通过磷酸钙成为粉状的，方便使用的磷肥，也方便草木灰的使用，同时提高肥效，改善土质。进一步地，通过加入酸化木质素解决其中所含草木灰容易扬尘飞灰问题。具体含量范围根据目标植物的营养需求以及土地各种元素含量高低进行调整，合适的范围如配制成过磷酸钙含量0-30％，酸化木质素0-30％，余量为草木灰。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所做出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。另外，除非文本中清楚地说明，说明书或权利要求书中的术语“包括“、“包含”等用于与“排除”方式相反的“包含”方式进行解释，也就是说是“包括但不限于”的方式。

Claims (10)

1.一种含草木灰的复合肥料，其特征在于，含有草木灰和木质素。

2.如权利要求1所述的含草木灰的复合肥料，其特征在于，其中的木质素为酸化木质素。

3.如权利要求1所述的含草木灰的复合肥料，其特征在于，其中进一步含有以木质素为基生产的邻醌类植物生长激素。

4.如权利要求1所述的含草木灰的复合肥料，其特征在于，其中进一步含有以木质素为基生产的氨氧化木质素和/或硝化木质素。

5.如权利要求1所述的含草木灰的复合肥料，其特征在于，其中进一步含有过磷酸钙。

6.如权利要求1所述的含草木灰的复合肥料，其特征在于，其中所述的复合肥若不含水分，酸化木质素的重量含量大于25％。

7.如权利要求1所述的含草木灰的复合肥料，其特征在于，其中所述的复合肥含有10％-30％的水分，含有酸化木质素10-60％，余量为草木灰。

8.一种含草木灰的复合肥料，其特征在于，含有草木灰和过磷酸钙。

9.一种含草木灰的复合肥料的生产方法，在稀硝酸氧化木质素的反应完成后，利用草木灰对反应物进行中和。

10.如权利要求9所述的含草木灰的复合肥料，其特征在于，其中进一步地增加草木灰的含量或增加用酸化木质素中和后的草木灰的含量。