CN104402658A - 一种利用高炉渣制备有机包膜控释尿素的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用高炉渣制备有机包膜控释尿素的方法，属于肥料生产技术领域。首先将高炉渣原料磨细至粒径≤0.044毫米，然后取出2.5-10份高炉渣粉备用。取重量份数比为4:1废旧聚乙烯和废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物组成的2.5-10份废旧塑料加入到200份四氯乙烯有机溶剂中，在溶解槽中加热至118℃使废旧塑料溶解，形成包膜液之后将备用的高炉渣粉均匀加入到溶解槽中，用搅拌机搅匀；取1-5mm粒径范围的80-95份颗粒尿素从流化床包衣机的加料口加入，用鼓风机产生的风经加热器加热至100℃后吹入流化床包衣机中将颗粒尿素托起，进行循环流动；之后将包膜液经压力泵加压，通过喷嘴喷涂到流化床包衣机内的颗粒尿素表面，并用热风将溶剂烘干，在颗粒尿素表面形成包膜层。优点在于，成本低、无污染。

Description

一种利用高炉渣制备有机包膜控释尿素的方法
技术领域
本发明属于肥料生产技术领域，特别是涉及一种利用高炉渣制备有机包膜控释尿素的方法。
背景技术
化肥是农业生产的根基。我国是化肥生产大国，也是消费大国，耕地虽占世界的1/12，但化肥的消费量却占世界的35％。据资料统计，粮食增产中约50％来自于化肥的作用。化肥对农业生产的贡献率是大的，但其贡献率呈逐年下降的趋势。但目前我国当季氮肥利用率仅为30％～35％，低于世界50％～70％的氮肥利用率；磷肥利用率为10％～20％，钾肥利用率约为30％～35％，远低于发达国家的利用率水平。化肥的贡献率和利用率下降的主要原因：化肥多数是水溶性的，因灌溉、雨水，施入土壤中的化肥会迅速溶化，部分被作物所吸收，大部分则会进入地下水或被雨水带走，进入河流、湖泊而流失，目前，这种不是根据作物不同生长期不同需要而溶解、释放的自然形态化肥是造成其利用率低的最主要原因。肥料利用率低不仅造成资源的巨大浪费，还给人类赖以生存的环境造成了严重污染。因此加快研究缓/控释肥已经成为了肥料界研究领域中新的热点。
世界各国为了提高化肥利用率，投入大量人力、财力，集中于包膜缓/控释肥的开发研究。它是将水溶性的N、P、K三大元素化肥外包一层膜，避开了与水的直接接触，就可免除因灌溉、雨水带来的快速溶化，而造成大量的流失，可望提高它们的利用率。研究成果很多，但都尚未产业化，其主要原因是无合适的有机包膜材，且自身无肥力，价格也高，也有使用硫磺之类无机物包膜材，不会污染土壤，但硫磺资源枯竭，价格也昂贵等等，导致现在包膜缓/控释肥售价远高于传统化肥，结果是利用率提高带来的实效还不能弥补投入，农民并不见效益。因此，要使缓/控释肥生产成本进一步降低，尽快扩大推广应用范围，仍有大量的工作要做。
高炉渣是炼铁过程产生的副产品，仅2012年当年的高炉渣产生量就达22134万吨，资源十分丰富、价廉，且自身含有Ca、Si、Mg等植物生长必需的营养元素，可望成为农业用肥的好原料，且无毒、无害、环境友好，能否成为包膜缓控释肥的包膜材料亟待开发研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用高炉渣制备有机包膜控释尿素的方法。采用价格低廉的高炉渣，在降低包膜控释肥生产成本的同时，自身又具肥力，这种以肥包肥的技术，在提高化肥利用率的同时，提高了综合肥效，有望实现低投入、高产出，农民可见实效，加速了包膜控释肥的产业化进程，同时，为高炉渣的资源化利用开拓了新路。
本发明的工艺步骤如下：
首先将高炉渣原料磨细至粒径≤0.044毫米(d≥325目)，然后取出2.5-10份高炉渣粉备用。取重量份数比为4:1废旧聚乙烯和废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物组成的2.5-10份废旧塑料加入到200份四氯乙烯有机溶剂中，在溶解槽中加热至118℃使废旧塑料溶解，形成包膜液之后将备用的高炉渣粉均匀加入到溶解槽中，用搅拌机搅匀；取1-5mm粒径范围的80-95份颗粒尿素从流化床包衣机的加料口加入，用鼓风机产生的风经加热器加热至100℃后吹入流化床包衣机中将颗粒尿素托起，进行循环流动；之后将包膜液经压力泵加压，通过喷嘴喷涂到流化床包衣机内的颗粒尿素表面，并用热风将溶剂烘干，在颗粒尿素表面形成包膜层，溶剂通过冷凝器回收再利用。最后停止包衣机将包膜好的尿素颗粒放出，冷却后得到本发明提供的高炉渣有机包膜控释尿素肥料。按照缓释肥料的国标检验方法，测定该高炉渣有机包膜尿素的氮素释放期符合产品要求后即可用于批量生产使用。
本发明以高炉渣粉末作为包膜材料添加物，比重较轻，较易与高分子有机材料混匀，且可有效调控肥料养分的释放速度及降低生产成本；所述废旧塑料选自废旧聚乙烯和废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物的混合物，主要来源于各种废旧包装材料、大棚膜、地膜、保鲜膜、废旧塑料袋、废旧塑料管材等，价格低廉，大大降低了控释肥料的生产成本；以四氯乙烯作为包膜材料的有机溶剂，此流化床包衣机在完全密闭设备中循环利用，且四氯乙烯在此温度下不会燃烧，只要保持设备正常维护检修，对人体危害小，保管要求较低。
为保证尿素颗粒能够被鼓风机吹起形成包膜效果良好的包膜尿素，需限定作为原料的尿素粒径为1-5毫米。肥料的包膜率主要取决于所要生产的高炉渣有机包膜控释尿素养分释放天数要求，本发明所述高炉渣有机包膜控释尿素的包膜率为5-20％。
本发明所制备的高炉渣有机包膜控释尿素肥料所使用的包膜原料价格均较低，大大降低了肥料的生产成本，使得此工艺制得高炉渣有机包膜控释尿素能在大田作物上推广应用。
附图说明
图1为高炉渣有机包膜控释尿素的制备工艺流程图。包括如下步骤：首先将高炉渣原料磨细至粒径≤0.044mm(d≥325目)，将废旧塑料加热溶解在有机溶剂中形成包膜液，然后在包膜液中加入磨细后的高炉渣粉末并搅拌均匀，在流化床包衣机中加入一定质量的颗粒尿素，向流化床包衣机中吹入经过加热的气体使肥料颗粒处于流动悬浮状态，然后向流动的尿素颗粒表面喷入包膜液，使肥料颗粒在流化床包衣机内形成致密的包膜层，待包膜液干燥并包覆均匀后，得到高炉渣有机包膜控释尿素。
具体实施方式
实施例1、高炉渣有机包膜控释尿素的制备
制备工艺流程如图1，包括如下步骤：
(1)将高炉渣原料磨细至粒径≤0.044毫米(d≥325目)，然后取出6份高炉渣粉2备用。
(2)取3.2份废旧聚乙烯及0.8份废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物组成废旧塑料1加入到200份的四氯乙烯有机溶剂中，在溶解槽3中加热至118℃使废旧塑料1溶解，形成包膜液之后将6份高炉渣粉末均匀加入到溶解槽3中，用搅拌机搅匀；
(3)取90份粒径为3毫米±0.5毫米的颗粒尿素从流化床包衣机9加料口加入，用鼓风机7产生的风被加热器8加热至100℃后吹入流化床包衣机9中将颗粒尿素托起，进行循环流动；
(4)将包膜液经压力泵4加压，通过喷嘴喷涂到流化床包衣机9内的颗粒尿素表面，并用热风将溶剂烘干，在颗粒表面形成包膜层，溶剂通过冷凝器10回收再利用。
(5)停止包衣机将包膜好的尿素颗粒放出，冷却后得到本发明提供的高炉渣有机包膜控释尿素肥料，包膜率为10％，此高炉渣有机包膜控释尿素的总氮含量为41％。
(6)按照GB/T23348-2009缓释肥料的方法，秤取5.00g左右肥料样品，放入100目尼龙纱网小袋中，封口，放入塑料瓶中，加入100ml去离子水，置于25℃培养箱中，取样时间为1天、7天、21天、35天、60天、80天，最后定容100ml。每个肥料样品取样重复3次。最后采用有机碳/总氮分析仪液体进样测定提取液中氮含量，催化燃烧温度为850℃。测得该高炉渣有机包膜尿素中氮素释放率为80％时所用的天数是80天。
实施例2、高炉渣有机包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备高炉渣有机包膜控释尿素，仅作如下更改：将高炉渣：废旧聚乙烯：废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物：尿素和四氯乙烯的重量份数比改为：5：4：1：90：200，加热溶解温度为118℃，最后得到包膜率为10％的高炉渣有机包膜控释尿素肥料，此高炉渣有机包膜控释尿素肥料的总氮含量为41％。
同样按照实施例1中GB/T23348-2009缓释肥料的测定方法，测得该高炉渣有机包膜尿素中氮素释放80％所用的天数是100天。
实施例3、高炉渣有机包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备高炉渣有机包膜控释尿素，仅作如下更改：将高炉渣∶废旧聚乙烯∶废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物∶尿素和四氯乙烯的重量份数比改为：2.5∶2∶0.5∶95∶200，加热溶解温度为118℃，最后得到包膜率为5％的包膜控释尿素，此高炉渣有机包膜控释尿素肥料的总氮含量为43.7％。
同样按照实施例1中GB/T23348-2009缓释肥料的测定方法，测得该高炉渣有机包膜尿素中氮素释放80％所用的天数是60天。
实施例4、高炉渣有机包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备高炉渣包膜控释尿素，仅作如下更改：将高炉渣∶废旧聚丙烯∶废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物∶尿素和四氯乙烯的重量份数比改为：7∶6.4∶1.6∶85∶200，加热溶解温度为118℃，最后得到包膜率为15.0％的高炉渣有机包膜控释尿素，此高炉渣有机包膜控释尿素肥料的总氮含量为39.1％。
同样按照实施例1中GB/T23348-2009缓释肥料的测试方法，测得该高炉渣有机包膜尿素中氮素释放80％所用的天数是90天。
实施例5、高炉渣有机包膜控释尿素的制备
按照与实施例1完全相同的步骤制备高炉渣包膜控释尿素，仅作如下更改：将高炉渣∶废旧聚乙烯∶废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物∶尿素和四氯乙烯的重量份数比改为：10∶8∶2∶80∶200，加热溶解温度为118℃，最后得到包膜率为20％的高炉渣包膜控释尿素，此高炉渣有机包膜控释尿素肥料的总氮含量为36.8％。
按照实施例1中GB/T23348-2009缓释肥料的测试方法，测得该高炉渣有机包膜尿素中氮素释放80％所用的天数是80天。
表1给出了高炉渣有机包膜控释尿素的氮素养分累计释放率的情况。
表1 高炉渣有机包膜缓控尿素的氮素养分累计释放率/％
样品 第1d 第7d 第21d 第35d 第60d 第80d 第90d 第100d
1 3.69 7.02 20.34 35.33 62.44 82.25
2 2.11 4.69 15.92 28.95 47.42 63.68 69.40 80.05
3 8.70 15.40 40.32 58.54 81.65
4 2.42 5.68 18.52 30.77 50.68 72.67 80.41
5 5.69 11.85 34.82 51.68 70.81 85.46
由表1可知，本发明提供的高炉渣有机包膜控释尿素能很好地控制氮素养分的释放速率，效果良好。

Claims (1)

1.一种利用高炉渣制备有机包膜控释尿素的方法，其特征在于：工艺步骤为：首先将高炉渣原料磨细至粒径≤0.044毫米，然后取出2.5-10份高炉渣粉备用；取重量份数比为4:1废旧聚乙烯和废旧乙烯-醋酸乙烯聚合物组成的2.5-10份废旧塑料加入到200份四氯乙烯有机溶剂中，在溶解槽中加热至118℃使废旧塑料溶解，形成包膜液之后将备用的高炉渣粉均匀加入到溶解槽中，用搅拌机搅匀；取1-5mm粒径范围的80-95份颗粒尿素从流化床包衣机的加料口加入，用鼓风机产生的风经加热器加热至100℃后吹入流化床包衣机中将颗粒尿素托起，进行循环流动；之后将包膜液经压力泵加压，通过喷嘴喷涂到流化床包衣机内的颗粒尿素表面，并用热风将溶剂烘干，在颗粒尿素表面形成包膜层，溶剂通过冷凝器回收再利用；最后停止包衣机将包膜好的尿素颗粒放出，冷却后得到高炉渣有机包膜控释尿素肥料。
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