CN102875254B

CN102875254B - 非包膜缓释型增效复混肥及其制备方法

Info

Publication number: CN102875254B
Application number: CN2012104404058A
Authority: CN
Inventors: 张树清; 王学江; 张文; 刘金波
Original assignee: Wuzhoufeng Agricultural Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Wuzhoufeng Agricultural Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN102875254A

Abstract

本发明涉及一种非包膜缓释型增效复混肥及其制备方法。非包膜缓释型增效复混肥由以下组分组成：γ-聚谷氨酸0.50~1.50%，阻溶剂0.3~1.5%，硝化抑制剂0.3~0.6%，脲酶抑制剂0.2~0.6%，十二烷基苯磺酸钠0.5~1.2%，余量为复混肥料；本发明产品生态环保，保水保肥，能够减少复混肥的浪费，活化养分元素，提高复混肥的利用率，使养分缓释，降低肥料的施用量，避免大量使用复混肥而带来的环境污染问题，节约了农业生产成本。

Description

非包膜缓释型增效复混肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种缓释复混肥及其制备方法。

背景技术

我国的复混肥生产量和消费量非常巨大，但肥料利用率低是却制约我国农业发展的一大瓶颈。数据表示，2011年我国氮肥施用量2400万吨，因肥料利用率低，氮肥通过挥发、淋溶和径流等途径损失数量巨大，直接损失肥料约1000万吨，折合人民币约340亿元。同时，随之带来土壤肥力下降、农作物品质降低、环境污染严重等后果。因此提高肥料利用率，降低肥料流失，受到国内外农业工作者广泛的关注。

γ-聚谷氨酸是微生物发酵产生的水溶性多聚氨基酸，是由谷氨酸单元通过α-氨基和γ-羧基形成肽键的高分子聚合物。γ-聚谷氨酸是一种由微生物合成的水溶性生物可降解性的新型高分子材料，广泛应用于农业、医药、食品、日化等许多领域，是一种公认的极具发展潜力的绿色化学产品。聚γ-谷氨酸具有生物可降解性、超强吸水和保水性、良好生物相容性、低免疫原性、对环境无污染、对人体无毒害等一系列独特的物理化学和生物学特性，其降解产物为无公害的谷氨酸。目前，国内外研究主要集中在产生菌的改良和基因研究，发酵过程研究和提取纯化过程研究，以及其衍生物的生产和性质的研究，其应用研究不多，而且主要集中于药用载体、化妆品的保湿剂、膳食纤维食品方面的应用研究。在农业方面研究较少，主要研究它们的植物抗病性，土壤保水剂，其它方面的研究更少。

γ-聚谷氨酸应用于农业生产的研究报道始见于20世纪90年代，主要是对作物种子活力的影响方面，随着人们对其独特的生理生化性质的认识，其在农业中的应用受到了广泛的关注。由于γ-聚谷氨酸具有生物可降解性、螯合性以及吸收促进剂等特性，γ-聚谷氨酸对养分具有吸附螯合和吸蓄功能，把植物暂时不用的养分储存起来，随作物的生长发育需要而缓慢释放，从而满足作物中后期的养分需求，避免了早衰和脱肥，减少了追肥次数和追肥量，从而大大降低了劳动强度。研究表明在保证植物生长正常的情况下，γ-聚谷氨酸的施用通常可提高化肥施用效率10~30%，使烟草、蔬菜等作物增产8~31%，水稻增产明显。使用γ-聚谷氨酸不仅可以起到节肥增效，增产提质的作用，还能够减少肥料流失导致的地表水及地下水体污染，调节土壤的微环境和土壤结构，降低农业生产成本等作用。因此，γ-聚谷氨酸在农业生产中推广应用将取得较好的社会效益和经济效益。

按原理和工艺的不同，长效复混肥(或缓效复混肥)可粗分为两大类：包膜类和非包膜类。聚合物包膜肥料是典型的也是目前国际公认的控效肥料，这类肥料的基本特点是其养分释放具有较好的调控性，但由于其生产成本较高，工艺复杂等原因，在大田生产上应用还存在一定的期限性。改性(型)肥料是一类非包膜肥料，它通过采取某种制造手段，或加入某种添加剂，或加入某种载体，改变水溶性肥料的性质，从而达到控制或延缓肥料中养分释放的目的。非包膜肥料的控效和缓效技术可以省却包膜肥料生产所需的复杂设备，生产工艺相对简单，有利于降低肥料加工成本，增强市场竞争力。

CN 1978396A公开了一种利用PAL生物工程材料制作新型缓释氮肥的方法，充分利用了PAL材料层、链、纤维状晶体结构和纳米级孔穴通道及比表面积大、吸附性强的微观构造的结构特点及离子交换性好的性质，经过分子化扩孔技术和活化工艺，使其缓释功能大大增强。

现有的复混肥造粒一般采用刮板破碎方式，将挤压成型的条、片状物料进行刮碎来造粒。采用这种造粒方式时，由于辊压后物料硬度较高，需要在高温下破碎，这是因为如果破碎工序的物料温度较低，会导致对辊破碎机的破碎辊负荷过大，造粒机刮板和孔板网的使用寿命很短，需要经常更换，进而增加生产成本并影响生产的连续性和效率。采用这种方式高温破碎虽然解决了破碎辊负荷过大、造粒机刮板和孔板网的使用寿命过短的问题，但又会带来高温下粉状物料比例过高的问题。另一方面，如果将这种方式应用于含有γ-聚谷氨酸的缓释肥料造粒，还会影响γ-聚谷氨酸的吸附功效，导致肥料的缓释性能下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种非包膜缓释型增效复混肥，其具有较高的利用率、较好的增产效果和较好的缓释效果；并提供一种非包膜缓释型增效复混肥的制备方法，采用多级挤压、整形造粒方式，在较低温度下制备出复混肥颗粒，更适合所述复混肥的造粒，并且颗粒中粉料比例较低，设备使用寿命较长。

本发明的技术方案如下。

一种非包膜缓释型增效复混肥，其特征在于它由以下组分组成：

γ-聚谷氨酸0.50~1.50%，作为助剂的阻溶剂0.3~1.5%，作为助剂的硝化抑制剂0.3~0.6%，作为助剂的脲酶抑制剂0.2~0.6%，作为助剂的十二烷基苯磺酸钠0.5~1.2%，余量为基础组分；所述基础组分为复混肥料；

所述γ-聚谷氨酸的分子量为15~100万道尔顿；

所述的百分比均为质量百分比。

所述γ-聚谷氨酸的分子量为50万道尔顿。

所述阻溶剂选自硫酸锌、硫酸铜和碳酸钙中的一种或两种以上按任意比例的混合物。

所述硝化抑制剂选自硫脲、双氰胺和氰醇中的一种或两种以上按任意比例的混合物。

所述的脲酶抑制剂为硫酸亚铁、硼酸、乙酰甲胺磷和甲胺中的一种或两种以上按任意比例的混合物。

所述的非包膜缓释型增效复混肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）、制备γ-聚谷氨酸混合物：按比例称取γ-聚谷氨酸和助剂，混合得到γ-聚谷氨酸混合物；

2）、将粉状的基础组分与步骤1）得到的γ-聚谷氨酸混合物进行混合，经辊压机辊压成型为片状，降至温常；

3）、采用反击式造粒方式进行造粒；

所述的反击式造粒方式是指：经辊压机辊压成型为片状的的物料降至常温后，首先通过分别带有一组辊齿板并相向转动的一对预挤压辊，被挤压辊的辊齿破碎为小片物料；

所述的小片物料被固定的一级挤压板与带有辊齿板并处于转动状态的主挤压辊挤压破碎为大颗粒和包括粉料在内的小颗粒两部分。其中的大颗粒部分被二级挤压板与所述主挤压辊挤压破碎为包括粉料在内的小颗粒。所述的小颗粒经过主挤压辊与固定于主挤压辊左右两侧的整形板之间的两个通道，被挤压为外径尺寸复合规格要求的成品颗粒。

所述的专用反击造粒机包括上端带有进料口、下端带有出料口的容器状的机壳，其特征在于：在机壳围成的腔体中由进料口至出料口方向依次设置有一对分别带有若干个辊齿板的预挤压辊、一级挤压板和二级挤压板，在所述腔体中设置有带有若干个辊齿板的主挤压辊，并在所述腔体中设置有分别位于主挤压辊左右两侧的第一整形板和第二整形板；进料口至一对预挤压辊之间的空间构成第一腔室，一对预挤压辊、一级挤压板和主挤压辊之间构成第二腔室，一级挤压板、二级挤压板和主挤压辊之间构成第三腔室，二级挤压板、第一整形板和主挤压辊之间构成第四腔室，第二整形板和主挤压辊之间构成第五腔室，其中，第四腔室和第五腔室的下端分别与出料口相通；第一腔室与第二腔室之间的物料通道为预挤压辊与机壳内壁之间的间隙以及两预挤压辊之间的间隙；第二腔室与第三腔室之间的物料通道为一级挤压板与主挤压辊之间的间隙；第三腔室与第四腔室之间的物料通道为二级挤压板与主挤压辊之间的间隙。

所述的第一整形板和第二整形板具有如下形状：它们与主挤压辊相对的侧面设置有若干个台阶，且每个整形板的若干个台阶内端自上至下逐渐靠近主挤压辊，最下端的台阶上表面内端与主挤压辊的辊齿板外沿所处的圆周线之间的距离根据成品颗粒的外径尺寸设定。

本发明γ-聚谷氨酸的制备方法可由本领域技术人员从现有技术中获得。

γ-聚谷氨酸含有末端胺和多个-COO基团，氮肥的NH₄ ⁺，钾肥中的K⁺，中量元素肥料的Ca²⁺，Mg²⁺，微量元素肥料Zn²⁺等可以直接和γ-聚谷氨酸的羧基位点与酰胺基位点键合，形成水溶性的、稳定的γ-聚谷氨酸盐，缓慢地为作物生长提供营养。

γ-聚谷氨酸可以有多种构象：α-螺旋，无规则卷曲，β-折叠、螺旋-卷曲转变区、包裹聚结等。肥料的pH大都在5~8，γ-聚谷氨酸主要存在形式是键联形式。和某些金属离子鳌合时，构象从无规则卷曲转变为包裹聚结，会延缓肥料释放营养元素。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明与一般的增效复混肥相比，不仅能够提高肥料利用率，延长肥料在土壤中的存在时间，促进作物对营养物质的吸收，还能够起到保护环境，防止土壤板结，保护土壤结构等作用。实验表明，本产品使肥料在土壤中的释放时间较传统肥料延长了4倍左右，可直接减少肥料的用量20%以上，在保证作物产量的基础上节约了成本。

本发明采用的γ-聚谷氨酸是由枯草芽孢杆菌通过微生物发酵技术而得到的，是一种水溶性可生物降解的新型绿色生物材料，具有可食用性、无毒性、成膜性、粘结性、保湿性等特点，在改良土壤结构，提高土壤保水保肥能力，减少环境污染，提高肥料利用率等方面具有良好的作用，具有显著的社会效益、经济效益和环保效益。

本发明的专用反击造粒机通过四腔三辊、两板和两整形板，对辊压成型的大片物料依次进行三级冲击破碎，并经两道整形，造粒过程中机械作用更加柔和，不仅能够生产出符合规格要求的复混肥颗粒，颗粒中粉料比例较低，造粒设备使用寿命较长，而且造粒工序温度较低，更适合含有γ-聚谷氨酸的缓释肥料造粒，不会影响γ-聚谷氨酸的吸附功效，确保肥料的缓释性能。

附图说明

图1是本发明专用反击造粒机的结构和工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图进一步说明本发明。

γ-聚谷氨酸的制备方法如下：以枯草芽孢杆菌为菌种，通过液体分批发酵法得到γ-聚谷氨酸，经过分离纯化技术而获得γ-聚谷氨酸晶体，其分子量在50万道尔顿之间。

实施例一

以配制100kg非包膜缓释型增效复混肥为例，γ-聚谷氨酸1kg，作为助剂的硫酸锌1.0kg，作为助剂的硫脲0.5kg，作为助剂的硫酸亚铁0.3kg，作为助剂的十二烷基苯磺酸钠1.0kg，余量为作为基础组分的复混肥（N-P₂O₅-K₂O= 20-8-12，总养分含量40%）。

制备方法如下：

1）、制备γ-聚谷氨酸混合物：按比例称取γ-聚谷氨酸和助剂，混合得到γ-聚谷氨酸混合物。

2）、将粉状的基础组分与步骤1）得到的γ-聚谷氨酸混合物进行混合（搅拌混合或者喷雾混合），经辊压机辊压成型为片状，降至温常。

3）、采用专用反击造粒机进行造粒。

如图1，本发明的专用反击造粒机包括上端带有进料口2、下端带有出料口12的容器状的机壳1。在机壳1围成的腔体中由进料口2至出料口12方向依次设置有一对分别带有若干个辊齿板的预挤压辊4、一级挤压板6和二级挤压板8，在机壳1围成的腔体中设置有带有若干个辊齿板的主挤压辊10，并在机壳1围成的腔体中设置有分别位于主挤压辊10左右两侧的第一整形板11和第二整形板13。

进料口2至一对预挤压辊4之间的空间为第一腔室3。一对预挤压辊4、一级挤压板6和主挤压辊10之间的空间为第二腔室5。一级挤压板6、二级挤压板8和主挤压辊10之间的空间为第三腔室7。二级挤压板8、第一整形板11和主挤压辊10之间的空间为第四腔室9。第二整形板13和主挤压辊10之间的空间为第五腔室14。其中，第四腔室9和第五腔室14分别与出料口12相通。

经辊压机辊压成型为片状的的物料降至常温后，首先通过分别带有一组辊齿板并相向转动的一对预挤压辊，被挤压辊的辊齿破碎为小片物料。

本实施例中，第一腔室3与第二腔室5之间的物料通道为预挤压辊4与机壳1内壁之间的间隙以及两预挤压辊4之间的间隙。在辊压机中辊压成型的大片物料，从第一腔室3经该通道被挤压为小片物料后与粉料一并进入第二腔室5中。

本实施例中，第二腔室5与第三腔室7之间的物料通道为一级挤压板6与主挤压辊10之间的间隙。第二腔室5中的小片物料，经该通道被挤压为大颗粒后与部分粉料进入第三腔室7中。在第二腔室5中形成的小颗粒与部分粉料进入第五腔室14，所述小颗粒在第五腔室14中被整形后从出料口12落出。

第三腔室7与第四腔室9之间的物料通道为二级挤压板8与主挤压辊10之间的间隙。第三腔室7中的大颗粒，经该通道被挤压为小颗粒后与粉料一并进入第四腔室9中，然后被整形后从出料口12落出。

所述的第一整形板11和第二整形板13具有如下形状：它们与主挤压辊10相对的侧面设置有若干个台阶，且每个整形板的若干个台阶内端自上至下逐渐靠近主挤压辊10，最下端的台阶上表面内端与主挤压辊10的辊齿板外沿所处的圆周线15之间的距离为成品颗粒的外径尺寸。

所述的预挤压辊4以及主挤压辊10分别连接有驱动它们旋转的动力机构。所述的一级挤压板6、二级挤压板8、第一整形板11和第二整形板13分别固定安装在机壳1围成的腔体中。所述的通道尺寸可调，以实现出料粒度的调整和控制。

本反击造粒机工作时，预挤压辊4以及主挤压辊10转动，一级挤压板6、二级挤压板8、第一整形板11和第二整形板13固定不动。

本实施例制备的肥料的缓释效果实验数据见表1-3。

实验方法：称取普通复混肥料（N-P₂O₅-K₂O= 20-8-12，总养分含量40%）、实施例一制备的样品各约10.00g，放入100目尼龙纱网做成的小袋中，封口后将小袋放入300ml的塑料瓶中，加入250ml蒸馏水，加盖密封，分别置于25℃生化恒温培养箱中，取样时间为：1、2、3、4、5、6、7天，取样时上下颠倒3次（使瓶内的液体浓度一致）将取样移入另一小瓶中，采用凯氏定氮仪测定氮素养分释放率，GB/T8573的方法测定磷素养分释放率，GB/T8574的方法测定钾素养分释放率。然后向装有小袋的小瓶中再加入蒸馏水250ml，加盖密封放入培养箱继续培养，每种肥料进行2次平行实验。按照上述操作，分别得到1、2、3、4、5、6、7天的氮素、磷素、钾素养分释放率，见表1-3。

表1：25℃静水氮释放率实验

表2：25℃静水磷释放率实验

表3：25℃静水钾释放率实验

经上述实验可以看出本发明非包膜缓释型增效复混肥料的初期溶出率与对比肥料相比得到明显改善，25℃静水浸泡24小时后释放率明显降低，微分溶出率也明显提高。

缓释肥的效果好坏是由养分释放速度即作物吸收养分的程度决定的，初期释放率过高，说明缓释性能差，过低则造成作物养分供应不足的问题，同样的，微分溶出率不能过低。

本实施例所制备的非包膜缓释型增效复混肥料肥效对比实验数据见表4。

供试作物：春小麦。

实验方法：所有处理肥料均一次性施入，均匀撒于小区表面，深翻上下土20cm左右，机械播种，出苗后重新确定小区位置。麦田的常规管理均同常规。化学除草、除虫、合理灌溉、保证充足水分。本实验使用普通复混肥料和实施例一样品为供实验肥料，在P、K同一水平上进行比较。

表4：肥效对比实验数据

[0001] 处理	[0002] 平均产量（kg/亩）	[0003] 相对于普通氯化铵的增产量（kg/亩）	[0004] 增产率（%）
				[0005] 不施肥	[0006] 304	[0007] -44	[0008] -12.64
[0009] 复混肥料	[0010] 348	[0011] 0	[0012] 0
				[0013] 实施例一	[0014] 402	[0015] 54	[0016] 15.52

经实验表明，使用实施例一样品的春小麦，提高了农作物产量，实现了10%以上的增收。

实施例二

以配制100kg非包膜缓释型增效复混肥为例，γ-聚谷氨酸0.6kg，作为助剂的硫酸铜0.3kg，作为助剂的双氰胺0.6kg，作为助剂的乙酰甲胺磷0.2kg，作为助剂的十二烷基苯磺酸钠1.2kg，余量为作为基础组分的复混肥（N-P₂O₅-K₂O= 20-8-12，总养分含量40%）。

制备方法同实施例一。制备方法同实施例一。

实施例三

以配制100kg非包膜缓释型增效复混肥为例，γ-聚谷氨酸1.5kg，作为助剂的碳酸钙1.5kg，作为助剂的氰醇0.3kg，作为助剂的乙酰甲胺磷0.6kg，作为助剂的十二烷基苯磺酸钠0.5kg，余量为作为基础组分的复混肥（N-P₂O₅-K₂O= 20-8-12，总养分含量40%）。

制备方法同实施例一。

Claims

1.一种非包膜缓释型增效复混肥，其特征在于它由以下组分组成：

γ-聚谷氨酸0.50~1.50%，作为助剂的阻溶剂0.3~1.5%，作为助剂的硝化抑制剂0.3~0.6%，作为助剂的脲酶抑制剂0.2~0.6%，作为助剂的十二烷基苯磺酸钠0.5~1.2%，余量为基础组分；所述基础组分为复混肥料；所述γ-聚谷氨酸的分子量为15~100万道尔顿；所述的百分比均为质量百分比；

所述的非包膜缓释型增效复混肥的制备方法如下：

3）、采用反击式造粒方式进行造粒；

所述的小片物料被固定的一级挤压板与带有辊齿板并处于转动状态的主挤压辊挤压破碎为大颗粒和包括粉料在内的小颗粒两部分；其中的大颗粒部分被二级挤压板与所述主挤压辊挤压破碎为包括粉料在内的小颗粒；所述的小颗粒经过主挤压辊与固定于主挤压辊左右两侧的整形板之间的两个通道，被挤压为外径尺寸复合规格要求的成品颗粒；

步骤3）采用专用反击造粒机进行造粒；所述的专用反击造粒机包括上端带有进料口（2）、下端带有出料口（12）的容器状的机壳（1），在机壳（1）围成的腔体中由进料口（2）至出料口（12）方向依次设置有一对分别带有若干个辊齿板的预挤压辊（4）、一级挤压板（6）和二级挤压板（8），在所述腔体中设置有带有若干个辊齿板的主挤压辊（10），并在所述腔体中设置有分别位于主挤压辊（10）左右两侧的第一整形板（11）和第二整形板（13）；进料口（2）至一对预挤压辊（4）之间的空间构成第一腔室（3），一对预挤压辊（4）、一级挤压板（6）和主挤压辊（10）之间构成第二腔室（5），一级挤压板（6）、二级挤压板（8）和主挤压辊（10）之间构成第三腔室（7），二级挤压板（8）、第一整形板（11）和主挤压辊（10）之间构成第四腔室（9），第二整形板（13）和主挤压辊（10）之间构成第五腔室（14），其中，第四腔室（9）和第五腔室（14）的下端分别与出料口（12）相通；第一腔室（3）与第二腔室（5）之间的物料通道为预挤压辊（4）与机壳（1）内壁之间的间隙以及两预挤压辊（4）之间的间隙；第二腔室（5）与第三腔室（7）之间的物料通道为一级挤压板（6）与主挤压辊（10）之间的间隙；第三腔室（7）与第四腔室（9）之间的物料通道为二级挤压板（8）与主挤压辊（10）之间的间隙。

2.如权利要求1所述的非包膜缓释型增效复混肥，其特征在于，所述γ-聚谷氨酸的分子量为50万道尔顿。

3.如权利要求1所述的非包膜缓释型增效复混肥，其特征在于，所述阻溶剂选自硫酸锌、硫酸铜和碳酸钙中的一种或两种以上按任意比例的混合物。

4.如权利要求1所述的非包膜缓释型增效复混肥，其特征在于，所述硝化抑制剂选自硫脲、双氰胺和氰醇中的一种或两种以上按任意比例的混合物。

5.如权利要求1所述的非包膜缓释型增效复混肥，其特征在于，所述的脲酶抑制剂为硫酸亚铁、硼酸、乙酰甲胺磷和甲胺中的一种或两种以上按任意比例的混合物。

6.如权利要求1所述的非包膜缓释型增效复混肥，其特征在于：所述的第一整形板（11）和第二整形板（13）具有如下形状：它们与主挤压辊（10）相对的侧面设置有若干个台阶，且每个整形板的若干个台阶内端自上至下逐渐靠近主挤压辊（10），最下端的台阶上表面内端与主挤压辊（10）的辊齿板外沿所处的圆周线（15）之间的距离根据成品颗粒的外径尺寸设定。