CN102757274A - 一种富硅矿物硅肥的理化综合促释制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种富硅矿物的理化综合促释制备方法。本发明是在富硅矿物原料中加入适宜和适量的活化剂混匀，加水研磨成匀浆，干燥即得；或者将匀浆再经微波处理后干燥后即得；所述活化剂为氢氧化钠、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；所述活化剂与富硅矿物原料的质量比为0.03～0.50:1。本发明实现了富硅矿物的综合促释，减少能耗，显著降低成本，并显著提高硅肥产品的硅释放效率，在温和条件下利用更为丰富的富硅矿物资源制备得到理想的硅肥。

Description

一种富硅矿物硅肥的理化综合促释制备方法

技术领域

本发明属于化工生产技术领域，具体涉及一种肥料及其制备方法，尤其是一种富硅矿物肥料的理化综合促释制备方法。

技术背景

作物对硅的需求量很大，以水稻为例，水稻的吸硅量约为氮、磷、钾吸收总量的２倍。据各地对水稻试验结果表明，在缺硅土壤上施用硅肥一般可增产15～25％，其他农作物均有显著增产。硅已在可持续农业中发挥着前所未有的重要作用。

我国存在大面积的缺硅土壤，据初步调查表明，我国缺硅耕地占全国耕地面积的50%左右，这已成为农作物生产的主要限制因素，尤其是中国南方的酸性土壤缺硅更严重。

目前用石英砂制作硅肥仅以水玻璃为原料，水玻璃制造硅肥需把石英岩和纯碱磨细拌匀后在熔炉内于1300～1400℃温度下熔化，这种制备方法能耗非常高，对设备要求也很高，且采用这种方法制备得到的硅肥施入土壤后易被固定，肥效短。

按每667m²施用硅肥50 kg计，年需硅肥3000～5000万t。排除硅肥肥效因素，因受原料、生产工艺及能耗、设备等原因限制，目前硅肥生产主要集中在个别省份，据不完全统计，我国硅肥年生产能力在100万t左右，距离我国每年需求3000～5000万t的硅肥市场来说，硅肥生产还存在巨大的缺口和发展空间。

发明内容

 本发明的目的是克服现有硅肥生产技术中需要高温熔化、能耗高、生

产成本高等技术不足，提供一种新的富硅矿物的理化综合促释制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种富硅矿物的理化综合促释制备方法，是在富硅矿物原料中加入适宜和适量的活化剂混匀，再加入适量的水后研磨成匀浆，干燥即得；

本发明提供一种更为优选的技术方案，是在富硅矿物原料中加入适宜和适量的活化剂混匀，再加入适量的水后研磨成匀浆，经微波处理后干燥后即得。

所述活化剂为氢氧化钠、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；所述有机碱优选黑液、木质素磺酸钠或木质素磺酸钾中的一种或几种的混合物；

所述活化剂与富硅矿物原料的质量比为0.03～0.50:1；优选的比例为0.05～0.15:1。

    本发明采用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，每一种活化剂之间的比例不做严格限定，其总加入量不宜超过其中一种应加入量的最大值。。

在本发明工艺条件下，本发明所述富硅矿物原料可利用多种富硅矿物资源，优选石英砂、河砂、钼矿渣以及其他尾矿渣中的一种或几种的混合物。

本发明方法中，将所述富硅矿物原料和活化剂混匀后加入适量的水后研磨成匀浆时，优选加水的量为富硅矿物原料和活化剂总质量的9～15%，更为优选的比例为10～12%。

所述加水后研磨的时间优选为5～30分钟。

所述微波处理的微波功率为600～900W，处理时间为1～30分钟。

优选地，所述微波处理的微波功率为700W，处理时间为5分钟。

所述干燥温度为60～90℃即可，如果可利用工厂微波处理的余热，则干燥温度为60～300℃，干燥至水分含量为 5%（质量百分比含量），干燥时间为 30～60分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

 虽然现有研究成果表明采用活化剂对肥料进行促释是提高肥料有效性的有效技术手段，但针对富硅矿物的有效促释的技术方案尚属空白，寻找适宜的活化剂组成活化体系是技术难点，而基于活化态有效性确定活化剂的种类和用量以保证促释效果是本发明经过大量实验和不断分析总结获得的技术方案，通过对富硅矿物针对性的活化，使石英砂等原料在常温常压条件下实现有效活化，促进其养分释放，使之与作物吸收实现动态供求平衡。

本发明进一步总结出更加优化的活化剂和微波处理联用的技术方案，实现富硅矿物的综合促释，减少能耗，从而显著降低成本，并显著提高硅肥产品的硅释放效率，在温和条件下利用更为丰富的富硅矿物资源制备得到理想的硅肥，所得硅肥的硅释放效率提高200多倍，效果十分显著；后续的干燥处理非常简单易行，可利用微波处理的热效应完成干燥，进一步降低成本。

在本发明技术方案基础上，可以成功地利用原料广泛的石英砂、河砂、富硅尾矿渣等，既可以降低原料成本也可以就地取材而降低运输成本，解决我国硅肥生产中，因受原料、生产工艺及能耗、设备等原因限制造成的巨大缺口。

本发明所采用的活化剂，包括氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙是常规商品，黑液、木质素磺酸钠、木质素磺酸钾等有机碱是造纸厂及化工厂的副产品，味精渣、酵母渣、糠醛渣、柠檬酸渣等为生产企业的废弃物，原料易得，并实现了废物的高效利用。

附图说明

图1本发明活化石英砂X衍射主峰图。

具体实施方式

下面结合具体附图和具体实施例进一步详细说明本发明。本发明实施例采用的原料和设备均为本技术领域常规市购的原料和常规使用的设备。

实施例1  对比试验

本发明采用以下分析和测定方法来评价产品的性能：

1 水溶性硅释放的测定：称取0.5g硅肥样品置入100 mL的塑料离心管中，加入纯水50mL，摇匀，振荡15min（振荡机速率180 r/min），离心10min（转速为5000 r/min），上清液过滤，得滤液Ⅰ。往不溶物中再加入纯水50mL，摇匀，振荡15min（振荡机速率180r/min），离心10min（转速为5000 r/min），上清液过滤，得滤液Ⅱ。重复一次，得滤液Ⅲ。采用硅钼蓝比色法，分别测定上述三次浸提的水溶性硅含量。

2 结构分析：用X射线衍射技术、红外光谱测定其晶体结构的变化。

X衍射的分析结果表明，与石英砂相比，促释硅肥的衍射峰值降低，说明经理化综合促释处理后，促释硅肥的晶体结构向无定形转化。

氢氧化钠-微波联用处理：

（1）在石英砂（大于100目，辽宁锦州产）中加入氢氧化钠（固体）活化剂，氢氧化钠与石英砂的质量比为0.05:1，加10%（加水的质量是氢氧化钠与石英砂总质量的10%）的水，常温常压下在研钵或球磨机中研磨约5分钟。

（2）将步骤（1）研磨后的混合料经微波处理5分钟，微波功率为700W； 

（3）步骤（2）处理后的混合料在烘箱中于60℃左右干燥至含水量为5%以下即成为促释硅肥。

单一氢氧化钠处理：

（1）在石英砂（同上）中加入氢氧化钠（固体）活化剂，氢氧

化钠与石英砂的质量比为0.05:1，加氢氧化钠与石英砂总质量10%的水，常温常压下研磨约5分钟；

（2）步骤（1）处理后的混合料在烘箱中于60℃左右干燥至含水量5%

以下即成为促释硅肥。

单一微波处理：

（1）将与上述处理方法中等量的石英砂（同上）加10%水（石英砂质量的10%）研磨5min，经微波处理5分钟，微波功率为700W； 

（2）步骤（1）处理后的混合料在烘箱设备中于60℃左右干燥至含水量为5%以下即成为促释硅肥。

将A、B、C方法处理的促释硅肥进行水浸提试验，结果见表1所示，结果表明，与原料石英砂相比，活化剂处理石英砂（B）的水溶性硅显著提高了93倍，而微波处理石英砂（C）的水溶性硅是石英砂的1.9倍，且差异不显著。但活化剂与微波联用处理（A）石英砂的水溶性硅非常显著地增加，增加幅度高达200多倍。由此可见，本发明活化剂与微波联用处理石英砂的活化效果明显优于单一处理技术手段，理化综合促释具有显著的协同效应。

表1 各处理方法促释硅肥的硅含量（Si，mg/kg）

 

X衍射的分析结果见附图1所示，由附图1可见，与石英砂（1号曲线）原料相比，氢氧化钠-微波联用处理（4号曲线）、氢氧化钠处理（3号曲线）和微波处理（2号曲线）得到的促释硅肥的衍射峰值降低，说明经理化综合促释处理后，促释硅肥的晶体结构向无定形转化。 

    栽培评价结果：将商品硅钾肥、氢氧化钠-微波联用处理（A）得到的促释硅肥、氢氧化钠处理（B）得到的促释硅肥的和微波处理（C）得到的促释硅肥进行作物盆栽试验。实验结果显示，与商品硅钾肥等重量施肥条件下，氢氧化钠-微波联用处理（A）而氢氧化钠处理（B）得到的促释硅肥的肥效与商品硅钾肥相当或更好，硅的释放增加，肥料利用率高，生物有效性高。单一微波处理（C）得到的促释硅肥的肥效低于商品硅钾肥。               

实施例2

（1）在石英砂中加入氢氧化钠，氢氧化钠与石英砂的质量比为0.1:1，加氢氧化钠与石英砂的总质量的10%的水，研磨约25分钟（常温常压下）；

（2）经功率为700W的微波处理5分钟；

（3）在80℃左右干燥水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例3

（1）在河砂（常规河砂，大于100目，下同）中加入木质素磺酸钠活化剂，木质素磺酸钠与石英砂的质量比为0.15:1，加入木质素磺酸钠与石英砂的总质量的25%的水，研磨约15分钟；

（2）经功率为700W的微波处理30分钟；

（3）在60℃左右干燥水分降至5%以下即成为促释硅肥。

实施例4

（1）在石英砂中加入氢氧化钠活化剂，氢氧化钠与石英砂的质量比为0.05:1，加氢氧化钠与石英砂的总质量的10%的水，研磨约12分钟；

（2）在200℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例5

（1）在石英砂中加入氢氧化钠活化剂，加入量与石英砂的质量比为0.1:1，加10%的水，研磨约20分钟；

（2）在200℃左右干燥至水分含量降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例6

（1）在河砂中加入氢氧化钠活化剂，氢氧化钠与河砂的质量比为0.05:1，加10%水，研磨约18分钟；

（2）在100℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例7

（1）在河砂中加入木质素磺酸钠活化剂，木质素磺酸钠与河砂的质量比为0.15:1，加10%的水，研磨约30分钟；

（2）经功率为800W 的微波处理10分钟；

（3）在80℃左右干燥至水分含量降至5%以下），即成为促释硅肥。

实施例8

（1）在钾长石（产地：安徽岳西）中加入氢氧化钠活化剂，氢氧化钠与钾长石的质量比为0.05:1，加15%的水，研磨约20分钟；

（2）经功率为700W的微波处理10分钟；

（3）在60℃左右干燥至水分含量降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例9

（1）在钾长石中加入木质素磺酸钠活化剂，木质素磺酸钠与钾长石的质量比为0.15:1，加15%的水，研磨约30分钟；

（2）经功率为600W的微波处理30分钟；

（3）在60℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例10

（1）在钼矿渣（广东五华）中加入氢氧化钠活化剂，氢氧化钠与钾长石的质量比为0.05:1，加25%的水，研磨约20分钟；

（2）经功率为900W的微波处理30分钟；

（3）在60℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例11

（1）在石英砂中加入氢氧化钠、木质素磺酸钠两种活化剂，氢氧化钠与石英砂的质量比为0.05:1，木质素磺酸钠与石英砂的质量比为0.01:1，加10%的水，研磨约20分钟；

（2）在60℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例12

（1）在石英砂中加入氢氧化钠、木质素磺酸钠两种活化剂，氢氧化钠与石英砂的质量比为0.05:1，木质素磺酸钠与石英砂的质量比为0.05:1，加5%的水，研磨约20分钟；

（2）经功率为700W的微波处理5分钟；

（3）在60℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例13

（1）在石英砂中加入氢氧化钠、氧化钙两种活化剂，氢氧化钠加入量与石英砂的质量比为0.05:1，氧化钙加入量与石英砂的质量比为0.05:1，加5%的水，研磨约20分钟；

（2）经功率为700W的微波处理5分钟；

（3）在70℃左右至水分降至5%以下，干燥即成为促释硅肥。

实施例14

（1）在石英砂中加入木质素磺酸钠、氢氧化钾两种活化剂，木质素磺酸钠与石英砂的质量比为0.15:1，氢氧化钾与石英砂的质量比为0.05:1，加20%的水，研磨约30分钟；

（2）经功率为800W的微波处理20分钟；

（3）在90℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例15

（1）在河砂中加入氢氧化钠、氧化钙两种活化剂，氢氧化钠加入量与河砂的质量比为0.08:1，氧化钙加入量与河砂的质量比为0.02:1，加10%的水，研磨约20分钟；

（2）经功率为700W 的微波处理10分钟；

（3）在60℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例16

（1）在钼矿渣中加入氢氧化钠、氧化钙两种活化剂，氢氧化钠与钼矿渣的质量比为0.05:1，氧化钙与钼矿渣的质量比为0.02:1，加10%的水，研磨约30分钟；

（2）经功率为功率为800W 的微波处理10分钟；

（3）在90℃左右干燥即成为促释硅肥。

实施例17

（1）在石英砂加入味精渣（味精厂废液沉淀）活化剂，味精渣与石英砂的质量比为0.15:1，加25%的水，研磨约30分钟；

（2）经功率为 700W的微波处理10分钟；

（3）在80℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例18

（1）在石英砂中加入柠檬酸渣（柠檬酸厂废液沉淀）活化剂，柠檬酸渣与石英砂的质量比为0.05:1，加10%水，研磨约30分钟；

（2）经功率为800W的微波处理10分钟；

（3）在90℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

实施例19

（1）在石英砂中加入味精渣、糠醛渣（糠醛厂废渣）两种活化剂，味精渣石英砂的质量比为0.15:1，糠醛渣与石英砂的质量比为0. 1:1，加25%的水，研磨约30分钟；

（2）经功率为700W的微波处理20分钟；

（3）在90℃左右干燥即成为促释硅肥。

实施例20

（1）在河砂中加入酵母渣、氧化钙两种活化剂，酵母渣与河砂的质量比为0.20:1，氧化钙与河砂的质量比为0.1:1，加25%的水，研磨约30分钟；

（2）经功率为 700W的微波处理10分钟；

（3）在80℃左右干燥至水分降至5%以下，即成为促释硅肥。

本发明实施例2～20制备的促释硅肥的水溶性都得到显著提高，尤其是实施例2、3、7～20活化剂与微波联用处理（A）石英砂的水溶性硅非常显著地增加，增加幅度达200倍。促释硅肥的肥效与商品硅钾肥相当或更好，硅的释放增加，肥料利用率高，生物有效性高。

Claims (10)

1.一种富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于是在富硅矿物原料中加入适宜和适量的活化剂混匀，再加入适量的水后研磨成匀浆，干燥即得；

所述活化剂为氢氧化钠、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；

所述活化剂与富硅矿物原料的质量比为0.03～0.50:1；优选的比例为0.05～0.15:1。

2.根据权利要求1所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于是在富硅矿物原料中加入适宜和适量的活化剂混匀，再加入适量的水后研磨成匀浆，经微波处理后干燥后即得。

3.根据权利要求1或2所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于所述有机碱为黑液、木质素磺酸钠或木质素磺酸钾中的一种或几种的混合物。

4.根据权利要求1或2所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于所述富硅矿物原料为石英砂、河砂、钼矿渣或尾矿渣中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1或2所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于将所述富硅矿物原料和活化剂混匀后加入适量的水后研磨成匀浆时，加水的量为富硅矿物原料和活化剂总质量的9～15%。

6.根据权利要求5所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于加水的量为富硅矿物原料和活化剂总质量的10～12%。

7.根据权利要求1或2所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于所述研磨时间为5～30分钟。

8.根据权利要求2所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于所述微波处理的微波功率为600～900W；优选700W。

9.根据权利要求2所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于所述微波处理的处理时间为1～30分钟；优选5分钟。

10.根据权利要求1或2所述富硅矿物的理化综合促释制备方法，其特征在于所述干燥温度为60～300℃。

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