CN103011950B - 一种控失纳米型复合肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控失纳米型复合肥及其制备方法，其中所述复合肥是由下述重量份的原料组成：尿素25-27、氯化铵4-6、硫酸铵3-4、磷酸二氢钾8-10、磷酸一铵8-10、过磷酸钙5-7、骨粉2-5、氯化钾20-23、控失剂3-8、纳米碳粉3-5、石蜡0.8-1、凹凸棒土0.8-1、改性树木灰1-3。本发明生产的控失纳米型复合肥，综合了控失型复合肥和纳米型复合肥的优点，避免了二者的不足之处，更能提高肥料的利用率、更加节能环保。具有肥效期长、养分利用率高、增产幅度大、施用方便、节约工本、投入产出比高、保水，松土、环境友好等优点。

Description

一种控失纳米型复合肥及其制备方法

技术领域

本发明主要涉及一种控失纳米型复合肥，属于肥料领域。

背景技术

目前我国颗粒状复混（合）肥生产技术，按造粒方法分，主要有:料浆法、团粒法、半料浆法、掺混法、挤压法、全融熔法。除掺混法和挤压法以外，其余无论哪种方法生产出来的复混（合）肥，在总养分和单养分相同的情况下，其肥效都没有明显的差别。为提高肥效和肥料的利用率，有些单位就在肥料中加入缓（控）释剂等，其生产出来的产品，虽然具有一点定的缓释性能，但还存在的一下主要缺陷：1、现在市场上的缓（控）释肥，实际上是缓释肥，还谈不上控释。2、现有的缓（控）释肥一旦养分开始释放，要控制其释放速率是较难的，更谈不上在不同的时间段内控制其释放量了。3、目前,市场上有些缓(控)释剂如硫磺、树脂、石蜡、聚乙烯等,这些材料在土壤中都不易降解,并且易污染环境。

一、控失型复混（合）肥简介

中国科学院合肥物质科学研究院经过多年研究发明了“化肥固定化技术”，该技术是由中国科学院离子束生物工程学重点实验室研制,通过离子束对多种天然矿物质（凹凸棒土等）进行改性并与生物表面活性剂进行复配，制成具有吸附、搭桥、吸水、团聚、增效等功能的“化肥养分控失剂”（简称“控失剂”），复配后的“控失剂”可形成巨大的互穿网络，通过离子交换吸附作用，“网捕”住化肥养分并团聚于土壤中,达到减少氮素通过淋溶、径流及挥发三种途径的流失。可减少氮素流失达20％－60％，通过减少氮素对水体和大气的污染,从而达到减少养分流失、提高化肥利用率、提高土壤保肥和保水能力、降低农业污染、改善生态环境的目的。

1、“控失剂”的作用机理

控失剂是一种原理独特、概念全新的高科技产品，控失型肥料施入土壤中遇水后，控失剂可形成全方位立体的微纳网络，把水、肥耦合成胶粘团粒群，增大肥料养分空间尺度、降低水分和养分的迁移速率、减少水分和养分的流失总量。控失型复混（合）肥不是控制复混（合）肥料的释放速度,而是利用控失剂与离子的交换性能和高吸附性,“捕住”化肥的营养元素,再利用壳聚糖等材料“网住”棒晶,使肥料养分能贮存于其内,以便农作物或植物需要养分时释放出来。

2、控失型复混（合）肥与缓(控)释肥的区别:

（1）、研究方向不同：

控失型肥料研究的前提是:将目标产量的农作物所需的养分设计为固定值，根据农作物在各个生长时期内所需养分的量来提供养分,并通过控制肥料在土壤中养分的流失量,来达到控制肥料养分流失、提高肥料利用率、保护环境的目的。缓(控)释肥研究的重点是:通过控制肥料养分的释放速度、延长肥料的释放周期,来达到提高肥料利用率的目的。缓(控)释肥的肥料利用率比普通肥料的利用率要高,但其养分一旦释放,无论农作物是否吸收得了,它都会逐步释放,不易控制多余养分的流失。

（2）、养分提供方式不同：

因控失型肥料内部能形成巨大的互穿网络，“网捕”住化肥养分,给肥方式为随需随取，随农作物在各个生长期内对养分的需求量来提供养分；缓(控)释肥的养分释放速度,难以准确地满足农作物在各个生长期内对养分的需求量的变化。

（3）、多余养分的固定方式不同:

控失型复混（合）肥是通过控制化肥养分的释放量，既能保障农作物在生长期内对养分的需求，又能将多余的养分固定在土壤中，可控制氨氮挥发、减轻温室效应（氨、氮的温室气体效应分别相当于二氧化碳的21倍和310倍），解决氮、磷径流造成水体富营养化、降低水体爆发蓝藻的几率、大幅度减少农业面源污染，进而达到节约肥料、保护环境的目的。缓(控)释肥可减缓化肥养分的释放速度、延长肥料的释放周期，多余的养分不易保留在土壤中。

（4）、生产成本不同

对农作物而言,同等肥效的控失型肥料生产成本较低，市场竞争具有极大的优势；缓(控)释肥因生产成本、方法和原料等方面的差异，导致成本较高，农民难以接受。

（5）、控失剂和缓/控释剂所用材质不同

控失剂是通过对凹凸棒土进行物理和生物改性处理制得的,本身就是土壤的一部分,不存在降解和二次污染问题；目前,市场上有些缓(控)释剂如硫磺、树脂、石蜡、聚乙烯等,这些材料在土壤中都不易降解,并且易污染环境。。

3、控失型复混（合）肥存在的缺点

因控失型肥料内部形成巨大的互穿网络，“网捕”住了化肥养分,固然减少了水分和养分流失，但在一定程度上也增加了肥料吸取养分的难度。

二、纳米型复混（合）肥简介

利用纳米材料的变异特性，将一定比例的纳米碳材料添加到传统肥料中，使传统肥料改性成纳米肥料，从而提高肥料的利用率和作物产量。

1、“纳米碳粉”的作用机理

纳米（nm）是和米、分米、厘米一样的长度单位，1纳米等于十亿分之一米。科学家们研究发现，当物体的尺寸小到0.1至100纳米范围时，将显示出许多常规尺寸不具有的优异性能，具有高强度、高韧性、高比热、高膨胀率、高电导率、极强的电磁吸收能力等特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。

0.1至100纳米尺度范围的材料就是纳米材料，又称超微颗粒材料，而研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的技术就是纳米技术，亦即在纳米尺度（0.1～100纳米）上，能够操纵单个原子或分子进行加工制作的技术，并由此产生了在纳米尺度（0.1～100纳米）上研究物质的特征和相互作用，以及如何利用这些特征的科学——纳米科学，包括纳米生物学、纳米机械学、纳米材料学、原子/分子操纵和表征学、纳米制造学等。

当碳粉被加工到纳米尺度（0.1～100纳米）上时，就成了“纳米碳粉”，其特性就发生了变异，在非极性或中极性介质中具有良好的分散性和流动性，将易于固定于土壤中、且不易被农作物吸收的P₂O₅和K₂O养分输送到农作物的根部。

2、纳米型复混（合）肥的优点

纳米肥料是利用纳米碳粉在非极性或中极性介质中具有良好的分散性和流动性，将易于固定于土壤中、且不易被农作物吸收的P₂O₅和K₂O养分输送到农作物的根部，特别是对一些生长周期较短的萝卜、茄子、青椒、番茄等瓜果、蔬菜的长势有明显的促进效果。

3、纳米型复混（合）肥存在的缺点

纳米肥料较适合于一些生长周期较短的萝卜、茄子、青椒、番茄等瓜果、蔬菜，对生长周期较长且水分不充足的农作物的增产效果不如瓜果、蔬菜明显，主要原因是纳米肥料在非极性或中极性介质中具有良好的分散性和流动性，使养分释放较集中，不利于生长周期较长且水分不充足的农作物对养分的需求。

发明内容

本发明目的就是为了提供一种控失纳米型复合肥及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种控失纳米型复合肥，其特征在于它是由下述重量份的原料组成：

尿素25-27、氯化铵4-6、硫酸铵3-4、磷酸二氢钾8-10、磷酸一铵8-10、过磷酸钙5-7、骨粉2-5、氯化钾20-23、桐油或安徽省帝元生物科技有限责任公司生产的控失剂3-8、纳米碳粉0.01-0.03、石蜡0.8-1、凹凸棒土0.8-1、改性树木灰1-3；

所述的改性树木灰的制备方法为：

取下列重量份的原料：20-30份聚丙烯酰胺、1-2份过硫酸铵、8-12份交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、8-10份促进剂N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、10-15份三聚磷酸钠、3-5份的氢氧化铝；将上述原料混合搅拌均匀，加入到100重量份树木灰中，加热到70-80℃，然后加入高速混料机中搅拌15-20分钟，出料干燥。

所述的控失纳米型复合肥的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将上述重量份的尿素进入反应釜中加热熔融，温度为118-135℃；

（2）将得到的尿液与上述重量份的桐油或控失剂、氯化铵、硫酸铵和氯化钾再反应釜中混合，加热至90-120℃，得到一级料浆；

（3）将上述一级料浆与上述重量份的磷酸二氢钾、磷酸一铵、过磷酸钙、骨粉、凹凸棒土、改性树木灰在反应釜中混合，加热至80-115℃，得到二级料浆；

（4）将上述二级料浆进入乳化机乳化成具有良好流动性、物料成分均匀的悬浮料浆；

（5）将上述悬浮料浆进入造粒机，在内外喷头逆向差速旋转下,将料浆喷入造粒塔内造粒，将得到的颗粒输送到冷却机冷却，然后送到筛分岗位；

（6）将上述重量份的纳米碳粉、石蜡加入混合槽内，加热到75-80℃，搅拌均匀后，由中间泵送入包膜液槽，包膜液槽的温度为60-80℃，经包膜泵加压后通过喷嘴喷到筛分后的颗粒表面。

所述的一种控失纳米型复合肥的制备方法，其特征在于所述步骤（5）中的造粒机旋转喷头调频为：内转子:0-30Hz,外转子:0-40Hz，内外转子频率差为7～15Hz。

所述的一种控失纳米型复合肥的制备方法，其特征在于所述步骤（5）中的冷却为：冷却物料进口温度:≤75℃，出口温度:≤45℃(夏季),≤40℃(冬季)。

本发明的优点是：

本发明生产的控失纳米型复合肥，综合了控失型复合肥和纳米型复合肥的优点，避免了二者的不足之处，更能提高肥料的利用率、更加节能环保。“控失剂”可以把肥料的养分“网住”，防止养分流失，以便农作物或植物需要时将养分释放出来；“纳米碳素”在非极性或中极性介质中具有良好的分散性和流动性，当农作物需要养分时，其根系呈现出需肥倾向，“纳米碳素”就可在养分与根系间形成便于养分输送的通道，既解决了养分流失的问题，又解决了养分向农作物输送难的问题。本生产技术不改变原有生产工艺，生产成本较低。在肥料施用上，减施不减产，产品性价比高。农民在不减少产量、不改变种植习惯的基础上，可节省化肥投入25%左右。试验表明，控失纳米型复合肥可以提高氮素利用率10％～13％，增加产量10％以上，等养分成本增加3%-4%，是一种可以用于大田作物的新型肥料。更重要的是，控失纳米型复合肥作基肥，减少了施肥次数，大大节约了劳动成本。具有肥效期长、养分利用率高、增产幅度大、施用方便、节约工本、投入产出比高、保水，松土，环境友好等优点。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

一种控失纳米型复合肥，它是由下述重量（公斤）的原料制成：

尿素25、氯化铵6、硫酸铵4、磷酸二氢钾10、磷酸一铵10、过磷酸钙5、骨粉2、氯化钾23、桐油或安徽省帝元生物科技有限责任公司生产的控失剂8、纳米碳粉0.01、石蜡1、凹凸棒土1、改性树木灰1；

所述的改性树木灰的制备方法为：

取下列重量（公斤）的原料：20公斤聚丙烯酰胺、1公斤过硫酸铵、8公斤交联剂N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、8公斤促进剂N，N，N′，N′-四甲基乙二胺、10公斤三聚磷酸钠、3公斤的氢氧化铝；将上述原料混合搅拌均匀，加入到100公斤树木灰中，加热到70-80℃，然后加入高速混料机中搅拌15-20分钟，出料干燥。

制备方法包括以下步骤：

（1）将上述重量份的尿素进入反应釜中加热熔融，温度为118-135℃；

（2）将得到的尿液与上述重量份的桐油或控失剂、氯化铵、硫酸铵和氯化钾再反应釜中混合，加热至90-120℃，得到一级料浆；

（3）将上述一级料浆与上述重量份的磷酸二氢钾、磷酸一铵、过磷酸钙、骨粉、凹凸棒土、改性树木灰在反应釜中混合，加热至80-115℃，得到二级料浆；

（4）将上述二级料浆进入乳化机乳化成具有良好流动性、物料成分均匀的悬浮料浆；

（5）将上述悬浮料浆进入造粒机，在内外喷头逆向差速旋转下,将料浆喷入造粒塔内造粒，将得到的颗粒输送到冷却机冷却，然后送到筛分岗位；

（6）将上述重量份的纳米碳粉、石蜡加入混合槽内，加热到75-80℃，搅拌均匀后，由中间泵送入包膜液槽，包膜液槽的温度为60-80℃，经包膜泵加压后通过喷嘴喷到筛分后的颗粒表面。

造粒机旋转喷头调频为：内转子:0-30Hz,外转子:0-40Hz，内外转子频率差为7～15Hz。

所述步骤（5）中的冷却为：冷却物料进口温度:≤75℃，出口温度:≤45℃(夏季),≤40℃(冬季)。

本发明生产的控失纳米型复混（合）肥田间试验实例：

2012年4月在安徽省临泉县农技推广站的支持下，在安徽临泉县白庙镇鲁楼行政村东刘楼村进行了控失纳米型复混（合）肥与普通复混（合）肥（等养分）对比试验和示范，取得的主要结果如下：

1、增产效果：6个试验点控失纳米型复混（合）肥生产示范结果表明：196亩的玉米大面积示范表现全面增产，玉米施用控失纳米型复混（合）肥平均亩产612.6Kg，比普通复混（合）肥519.3Kg增产15.23%；

2、减少氮素损失：傅立叶变换红外光谱仪检测土壤（22天）控失纳米型复混（合）肥NH3挥发结果表明：与普通复合肥相比控失纳米型复混（合）肥NH₃挥发减少11.2%。NO₂减少3.1%。（见下表）

3、减少土壤径流损失：

旱地斜坡径流测试，雨后取水样检测，施用控失纳米型复混（合）肥与普通复混（合）肥（等养分）径流水体中总氮减少51.8％。

4、减少化肥淋溶损失：

土柱淋溶试验结果显示：控失纳米型复混（合）肥与普通复混（合）肥（等养分）的淋失率从12.43%下降到6.12%,土柱土壤氮肥保有率从63.76%提高到93.18%,控失率为50.93%。

控失纳米型复混（合）肥今年在夏季玉米上施用，取得了明显的增产效果。今年在安徽临泉县白庙镇鲁楼行政村东刘楼村玉米大宗作物上开展了大田试验示范。通过分析近200万亩大田示范科学数据，表明控失纳米型复混（合）肥的显著特点是：节肥、降耗、减污、省力、省工、增产增效、环境友好。

淋溶试验证明控失纳米型复混（合）肥可以有效减少化肥营养元素的流失，田间试验表明，控失纳米型复混（合）肥作为基肥在玉米上施用和同养分复合肥相比，玉米的氮素农学利用率提高21%～29.4%，地表径流氮、磷损失比普通化肥减少47.8%、渗漏流失减少50%。化肥施入土壤氨气挥发减少17%以上，可大幅消减化肥流失造成的农业面源污染和农业温室气体排放。

Claims (3)

1.一种控失纳米型复合肥，其特征在于它是由下述重量份的原料组成： 尿素25-27、氯化铵4-6、硫酸铵3-4、磷酸二氢钾8-10、磷酸一铵8-10、过磷酸钙5-7、骨粉2-5、氯化钾20-23、桐油或安徽省帝元生物科技有限责任公司生产的控失剂3-8、纳米碳粉0.01-0.03、石蜡0.8-1、凹凸棒土0.8-1、改性树木灰1-3； 所述的改性树木灰的制备方法为： 取下列重量份的原料：20-30份聚丙烯酰胺、1-2份过硫酸铵、8-12份交联剂 N，N′-亚甲基双丙烯酰胺、8-10份促进剂 N，N，N′，N′- 四甲基乙二胺、10-15份三聚磷酸钠、3-5份的氢氧化铝；将上述原料混合搅拌均匀，加入到100重量份树木灰中，加热到70-80℃，然后加入高速混料机中搅拌15-20分钟，出料干燥； 所述的控失纳米型复合肥的制备方法包括以下步骤： （1）将上述重量份的尿素进入反应釜中加热熔融，温度为118-135℃； （2）将得到的尿液与上述重量份的桐油或控失剂、氯化铵、硫酸铵和氯化钾在反应釜中混合，加热至90-120℃，得到一级料浆； （3）将上述一级料浆与上述重量份的磷酸二氢钾、磷酸一铵、过磷酸钙、骨粉、凹凸棒土、改性树木灰在反应釜中混合，加热至80-115℃，得到二级料浆； （4）将上述二级料浆进入乳化机乳化成具有良好流动性、物料成分均匀的悬浮料浆； （5）将上述悬浮料浆进入化肥造粒旋转喷头 ,料浆喷入造粒塔内造粒，将得到的颗粒加入到冷却机冷却，然后送到筛分岗位； （6）将上述重量份的纳米碳粉、石蜡加入混合槽内，加热到75-80℃，搅拌均匀后，由中间泵送入包膜液槽，包膜液槽的温度为60-80℃，经包膜泵加压后通过喷嘴喷到筛分后的颗粒表面。

2.根据权利要求1所述的一种控失纳米型复合肥的制备方法，其特征在于所述步骤（5）中的造粒机旋转喷头调频为：内转子:0-30 Hz, 外转子:0-40Hz，内外转子频率差为7～15Hz。

3.根据权利要求1所述的一种控失纳米型复合肥的制备方法，其特征在于所述步骤（5）中的冷却为：冷却物料进口温度: ≤75℃， 出口温度:≤45℃夏季, ≤40℃冬季。