CN102786366B - 一种内质型缓释复合肥料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种内质型缓释复合肥料及其制备方法，是将一种纳米级植物营养功能型高分子混聚物加入高塔熔体造粒工艺中，通过导流混合技术、高效乳化技术促使纳米级缓释剂与N、P、K肥料分子之间形成缠绕作用、超细微粒的包裹作用，同时与复合肥料的辅料产生络合反应，形成均匀致密的锚式、网络骨架结构体系流动性料浆，再经高塔喷浆造粒制成内质型缓释复合肥料颗粒。本发明方法解决了常规缓释复合肥料缓释材料附加成本高、自然难降解、亲和力差、不能连续化规模生产的技术瓶颈问题，制备的内质型缓释复合肥料可满足不同时间段释放肥料养分的需求，提高肥料利用率，减少化学肥料的施用和流失及对土壤的面源污染。

Description

一种内质型缓释复合肥料及其制备方法

技术领域

本发明属于缓/控释肥料生产技术领域，具体涉及一种内质型缓释复合肥料及其制备方法。

背景技术

传统化学肥料在保证我国粮食增产增收中发挥着不可替代的作用，2010年我国化肥施用量已达5562万t（纯养分），居世界第一位，其中氮肥（N）3300万t，氮肥当季利用率为35%-40%，磷肥约10%～20%，钾肥约为35%～50%，平均比发达国家低10-15个百分点。化学肥料的损失不仅造成能源和资源浪费，同时给生态环境带来严重风险，因此，提高化学肥料利用率成为世界研究热点之一。

目前国内外普遍出现的缓/控释肥料主要有以下4种类型：含转化抑制类稳定性肥料、合成有机氮类缓释肥料、包膜（裹）型缓/控释肥料、内质型缓释肥料，此四类缓/控肥料各具特色、优劣势：

含转化抑制类稳定性肥料虽然成本不高，但缓释效果依赖土壤中微生物生态结构，养分缓/控释稳定性差，效果不理想，肥料利用率提升相当有限。

合成有机氮类缓释肥料主要侧重氮素养分的缓/控释，对磷素、钾素养分的缓/控释研究甚少；由于采用合成工艺，营养成分释放速率过慢，影响当季作物吸收，同时加上营养成分单一，不利于科学均衡施肥。

包膜（裹）型缓/控释肥料生产工艺复杂，能耗高、产能低，且包膜（裹）材料附加成本高，整体生产成本偏高，只用于经济价值高的花卉、草皮等，难以在大田作物上大面积推广应用；同时包膜材料在土壤中降解期长，降解完全一般需要30-50年，对土壤产生二次污染，改变土壤微生态环境。

内质型缓释肥料因其缓释增产效果显著、生产工艺简便，价格适中，深受广大农户喜爱，但内质型缓释肥料同样面临缓释材料的二次污染、附加成本高、融合度差等问题。目前普遍应用的内质型缓释材料价格昂贵，材料本身并不具有任何营养价值，土壤中难于降解，其本身与肥料的融合度差，只经简单混合工艺根本无法实现缓释材料的均均分散，无法形成均匀、致密的网络胶结体系，致肥料分子与缓释材料之间形成“两张皮”，严重影响其缓释性能。

因此，急待筛选一种价格低廉、高效环保的营养型缓释材料，开发一种新型的生产制备方法，突破现有生产工艺技术瓶颈，实现适用于大田作物的内质型缓释复合肥料的大规模生产应用。

发明内容

本发明旨在克服现有内质型缓释肥料中缓释材料的二次污染、附加成本高、融合度差的问题，提供一种价格低廉、高效、环保的内质型缓释复合肥料。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种内质型缓释复合肥料，复合肥料为氮磷钾复合肥与缓释材料，或氮肥与缓释材料的组合，所述缓释材料为纳米级缓释剂；

所述的纳米缓释剂包括纳米级腐植酸类混聚物、纳米级废弃塑料-淀粉混聚物、纳米级粘土-聚酯混聚物、纳米级磺化木质素混聚物、纳米级烯烃类-淀粉混聚物中的一种或任意几种的组合。

生产工艺中所添加使用的多功能纳米级缓释剂可生物降解，施用后不产生二次环境污染，同时纳米级缓释剂与土壤矿物形成络合（螯合）物，形成蜂窝状结构，具有蓄水功能，改良土壤结构性质，解决了现有内质型缓释肥料中缓释材料的二次污染的问题。

多功能纳米级缓释剂与NPK肥料分子融合性能好，在高塔熔体造粒生产复合肥料过程中，加入多功能纳米级缓释剂生产内质型缓释复合肥料，工艺简单，产能大，是对缓释复合肥料性能的创新突破，降低缓/控释复合肥料生产成本，较传统的缓释复合肥料生产更具成本优势，解决了现有内质型缓释肥料中缓释材料的附加成本高的问题。

优选的，所述复合肥料施入土壤20~70天后，氮素释放率达到98%以上。

本发明的另一目的在于提供一种内质型缓释复合肥料的制备方法。

所述方法包括以下步骤：

a）将尿素加入熔融槽并加热熔融，得到尿素熔融液；

b）将尿素熔融液加入一级混合器，与替代性氮肥、钾素原料、填充料进行一级混合；

c）将纳米级缓释剂预处理后储存在缓释剂存储槽，再经计量泵加入二级混合器中，与经一级混合后的混合物、磷素原料、微量元素进行二级混合，制成流动性固溶体混合物；

d）将流动性固溶体混合物加入料浆乳化机内进行乳化，得到流动性乳化料浆；

e）将流动性乳化料浆加入高塔造粒机喷浆造粒；

f）将步骤e所得的颗粒经冷却、筛分、表面处理后即可得到所述内质型缓释复合肥料。

优选的，所述步骤c中纳米级缓释剂预处理包括预热、乳化两道工序；所述预热工序采用热水浴加热保温，水浴温度为50℃~80℃。

优选的，所述乳化工序为间歇式，所用乳化器转速为10000r/min~20000r/min，乳化时间为5～10min，乳化温度为50℃~80℃。

优选的，所述步骤c中二级混合采用导流混合装置，混合搅拌转速为100～260r/min。

生产工艺中应用了导流混合技术、乳化技术，缓释材料与N、P、K肥料分子之间相互渗透结合，与辅料发生络合反应，形成层层锚式胶结致密的网络骨架结构体系，缓释性能稳定，解决了现有缓/控释肥融合度差的问题。由于纳米缓释剂中都含有配位体分子或阴离子（如烯烃、炔烃和芳香烃分子或CN-、SCN-阴离子）与微量元素或辅料中的金属阳离子进行配位，发生络合反应，形成络合物；纳米缓释材料与肥料中各组分在高效乳化机的乳化下进行混合，分子间相互渗透结合。

优选的，所述步骤c中二级混合温度为90℃~105℃；所述步骤d中的乳化温度为90℃~105℃；所述步骤e中的造粒温度为90℃~105℃。

优选的，所述步骤c中通入的纳米级缓释剂占总物料重量百分比为0.5～3.0%。

制备中发明人经过大量实验发现，在复合肥料中加入肥料总物料重量百分比0.5～3.0%的纳米级缓释剂后，纳米级缓释剂中的配位体分子或阴离子（如烯烃、炔烃和芳香烃分子或CN-、SCN-阴离子）与微量元素或辅料中的金属阳离子发生络合反应，形成络合物的效果最好，并且在此添加范围内，纳米级缓释剂与肥料分子能够很好的乳化、结合。同时，经过大量应用试验发现，在复合肥料中加入肥料总物料重量百分比0.5～3.0%的纳米级缓释剂后，能有效提高复合肥料的利用率，本发明内质型缓释复合肥料在施入土壤中20~70天后，氮素的释放量达到98%以上。

优选的，所述步骤d中使用的料浆乳化机为连续式乳化机，乳化转速为980～1440r/min，所制得的流动性乳化料浆的颗粒直径小于1mm。

本发明方法能生产多种氮磷钾配比、不同缓释性能的内质型缓释复合肥料，并通过“异粒变速“技术，基本达到缓释肥料养分释放速度与作物需肥规律同步，大幅提高肥料利用率，从而减少了肥料对环境的污染。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明内质型缓释复合肥料在模拟土壤中氮养分累积释放率。

具体实施方式

所谓异粒变速是指添加不同种类、不同用量比例的纳米缓释剂所得的内质型缓释肥料，各具有不同的缓释性能，将不同缓释性能的内质型缓释肥料按比例进行组合掺混均匀，该肥料组合中不同肥料颗粒的养分释放速率是不一样的，利用这种差异，使其与作物生长需求养分相一致。

本发明的内质型缓释复合肥料的氮磷钾比例为现有高塔熔体造粒工艺中常规的氮磷钾比例，优选为氮∶磷∶钾=（15-40）∶（0-20）∶（0-30）。

本发明中所述替代性氮肥为现有高塔熔体造粒生产复合肥料所用到的常规原料。优选的，包括硫酸铵、氯化铵、硝酸铵中的一种或任意几种的组合。

本发明中所述钾素原料为现有高塔熔体造粒生产复合肥料所用到的常规原料。优选的，包括硫酸钾、氯化钾、磷酸二氢钾和硝酸钾中的一种或任意几种的组合。

本发明中所述填充料为现有高塔熔体造粒生产复合肥料所用到的常规原料。优选的，包括粘土、凹凸棒土、元明粉、沸石粉和白云石粉中的一种或任意几种的组合。

元明粉，即硫酸钠，又名无水芒硝，白色、无臭、有苦味的结晶或粉末，有吸湿性。

本发明中所述磷素原料为现有高塔熔体造粒生产复合肥料所用到的常规原料。优选的，包括磷酸一铵、钙镁磷肥、重钙和普钙中的一种或任意几种的组合。

重钙是指重过磷酸钙，为灰白色粉末，含有效P₄O₁₀高达30%～45%，为普通过磷酸钙的两倍以上。普钙是指过磷酸钙，主要成分为Ca（H₂PO₄)₂·H₂O、无水硫酸钙和少量磷酸。

本发明中所述的微量元素为现有高塔熔体造粒生产复合肥料所用到的常规原料。优选的，包括硫化合物、锰化合物、钼化合物、锌化合物、铁化合物、铜化合物和硼化合物中的一种或任意几种的组合。

下列结合实施例对本发明作进一步解释和说明，以下实施例对本发明不构成任何限制。

实施例1：

（一）制备步骤：

a）将50kg尿素加入熔融槽并加热熔融，得到尿素熔融液；

b）将熔融尿液加入一级混合器，并加入15kg氯化钾、5kg氯化铵、19.5kg白云石粉进行一级混合，混合温度为104℃~114℃；

c）将纳米级腐植酸类混聚物加入至水浴温度为65℃的混合装置中，待恒温后通入乳化器，在65℃的恒定温度下乳化8min后进入水浴恒温储槽备用；

d）经一级混合后的混合物加入高塔第二级混合器中，并加入预处理后的纳米级腐植酸类混聚物1.5kg、磷酸一铵8kg、硫酸铜与硫酸锌的混合物1kg，在温度98℃～100℃之间进行二级混合，制成流动性固溶体混合物；

e）将流动性固溶体混合物通入料浆乳化机进行乳化，乳化温度98℃～100℃，得到流动性乳化料浆；

f）将流动性乳化料浆通入高塔造粒机喷浆造粒，造粒温度98℃～100℃；

g）将步骤f所得的颗粒经转筒冷却机冷却、再经振动筛筛分、表面处理后即可得到氮磷钾养分配比为25.2-4.0-9.0，总养分为38.2%的内质型缓释复合肥料。

（二）使用土培法测定肥料中氮养分的释放率（其中氮养分的检测方法参照GB15063-2009复混肥料（复合肥料）检测标准）：

将上述所制得的内质型缓释肥料称取10份，每份5.0g，分别装于1000目的涤纶网袋中，埋于草坪下的15cm土层中，分两行平行埋放，行间距30cm，每行埋放5组样，每组样间距30cm，分别按序标记10天、20天、30天、40天、50天、60天、70天、80天、90天、100天；到规定时间后取出网袋，检测网袋中肥料残留含氮量，并计算出氮养分的累积释放量，从而标示出氮养分累计释放率，结果如附图2所示。

从结果中可看出，在第35天以后，本发明内质型缓释复合肥料在模拟土壤中氮养分累积释放率达到98%以上。

实施例2：

（一）制备步骤：

a）将45kg尿素加入熔融槽并加热熔融，得到尿素熔融液；

b）将熔融尿液加入一级混合器，并加入18kg氯化钾、白云石粉10kg进行一级混合，混合温度为100℃~110℃；

c）将纳米级废弃塑料-淀粉混聚物加入至水浴温度为75℃的混合装置中，待恒温后通入乳化器，在75℃的恒定温度下乳化10min后进入水浴恒温储槽备用；

d）经一级混合后的混合物加入高塔第二级混合器中，并加入2kg预处理后的纳米级废弃塑料-淀粉混聚物、24kg磷酸一铵、0.3kg硫酸亚铁、0.3kg硫酸锌、0.4kg硫酸锰，在温度95℃～100℃之间进行二级混合，制成流动性固溶体混合物；

e）将流动性固溶体混合物通入料浆乳化机进行乳化，乳化温度95℃～100℃，得到流动性乳化料浆；

f）将流动性乳化料浆通入高塔造粒机喷浆造粒，造粒温度95℃～100℃；

g）将步骤f所得的颗粒经转筒冷却机冷却、再经振动筛筛分、表面处理后即可得到氮磷钾养分配比为23.2-12.0-10.8，总养分为46.0%的内质型缓释复合肥料。

（二）所得的缓释肥料的应用案例：

1、材料与方法

1.1试验材料：试验在广东省韶关市始兴县城南镇健高美菜场进行，试验作物为菜心，试验肥料为本发明实例2所生产的内质型缓释肥料（23-12-11）和常规高塔生产的复合肥料（23-12-11）。

1.2试验方法：本试验设2个处理，处理一：使用内质型缓释肥料（23-12-11）处理，试验面积2.4亩；处理二：使用常规高塔生产的复合肥料（23-12-11）处理，试验面积4亩，试验期间实际施肥量如下表：

表1施肥用量表

播种时间：2011年9月16日

处理一：播种时一次性施基肥30kg/亩，中途不再追肥，直至收获；

处理二：播种时不施肥；9月28日第一次追肥，追肥量10kg/亩；10月13日第二次追肥，追肥量17.5kg/亩；10月20日第三次追肥，兑水喷施12.5kg/亩；

收获时间：2011年10月26日

2、结果分析

2.1观察结果

整个作物生产期40天内，处理一后期仍保持良好的长势，实现40天养分的缓释效果，养分释放满足作物生长需求，虽然前期长势与空白对照不明显，但后期长势明显好于空白对照施肥，同时经内质型缓释肥料处理的菜心色泽上更青绿。

2.2增产效果

从表2可以看出，经内质型缓释肥料处理的菜心在减少25%施肥量的基础上仍增产11.8%，表明内质型缓释肥料对菜心的增产效果明显。

表2不同处理产量表

2.3经济效益

从表3可以看出，施用内质型缓释肥料后，经济效益明显提高，每亩菜心增收174元，增收15.4%。

表3菜心和白菜的经济效益（元/亩）

注：常规高塔复合肥料价格3.6元/kg，内质型缓释肥料价格按4元/kg，菜心按3元/kg计算。

3、结论

在实际应用中内质型缓释肥料的增产效果明显，同时具有缓释功能，满足短期作物（40天）生产所需的营养，养分缓释时间在40天以上，在减少25％养分用量情况下依然能够增产11.8％，能显著提高肥料利用率，增加收益。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (4)

1.一种内质型缓释复合肥料的制备方法，所述复合肥料为氮磷钾复合肥与缓释材料，或氮肥与缓释材料的组合，其特征在于，所述缓释材料为纳米级缓释剂，所述的纳米级缓释剂包括纳米级腐植酸类混聚物、纳米级废弃塑料-淀粉混聚物、纳米级粘土-聚酯混聚物、纳米级磺化木质素混聚物、纳米级烯烃类-淀粉混聚物中的一种或任意几种的组合，所述方法包括以下步骤：

a)将尿素加入熔融槽并加热熔融，得到尿素熔融液；

b)将尿素熔融液加入一级混合器，与替代性氮肥、钾素原料、填充料进行一级混合；

c)将纳米级缓释剂预处理后储存在缓释剂存储槽，再经计量泵加入二级混合器中，与经一级混合后的混合物、磷素原料、微量元素进行二级混合，制成流动性固溶体混合物；

d)将流动性固溶体混合物加入料浆乳化机内进行乳化，得到流动性乳化料浆；

e)将流动性乳化料浆加入高塔造粒机喷浆造粒；

f)将步骤e所得的颗粒经冷却、筛分、表面处理后即可得到所述内质型缓释复合肥料；

所述步骤c中纳米级缓释剂预处理包括预热、乳化两道工序；所述预热工序采用热水浴加热保温，水浴温度为50℃～80℃；

所述乳化工序为间歇式，所用乳化器转速为10000r/min～20000r/min，乳化时间为5～10min，乳化温度为50℃～80℃；

所述步骤c中二级混合采用导流混合装置，混合搅拌转速为100～260r/min；

所述步骤c中二级混合温度为90℃～105℃；所述步骤d中的乳化温度为90℃～105℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤e中的造粒温度为90℃～105℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤c中通入的纳米级缓释剂占总物料重量百分比为0.5～3.0％。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤d中使用的料浆乳化机为连续式乳化机，乳化转速为980～1440r/min，所制得的流动性乳化料浆的颗粒直径小于1mm。