CN104909842B - 一种利用作物秸秆生产缓释磷肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用作物秸秆生产缓释磷肥的方法，先将秸秆剪成小段，烘箱中烘干，粉碎过筛，再将磷矿粉球磨粉碎过筛，将二者按照比例混合，置于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，挤压成条状，在氮气隔氧环境下高温煅烧，过筛制得生物炭缓释磷肥。本发明提供的方法原料来源广泛且廉价，方法设计合理，操作简便，成本较低，在烧制生物炭的过程中，充分利用烧制过程中的高温条件，提高磷的生物有效性，并将磷紧密的结合在生物碳颗粒中，该生物炭基磷肥施入土壤后可缓慢释放磷素，提高磷肥的利用效率。所制得的缓释磷肥在改善土壤理化性状的同时，有效地提高了磷肥的利用效率。
Description
技术领域
本发明属于肥料生产技术领域，涉及一种利用作物秸秆和磷矿粉生产缓释磷肥的方法。
背景技术
我国每年农业生产农作物秸秆大约六亿吨左右，而秸秆的利用率却相对较低，大量的秸秆被就地焚烧，不仅浪费了大量的能源，还造成地力损失、环境严重污染等问题。农作物中除包含大量能量外，还含有大量的营养元素，我国每年生产的农作物秸秆中的氮、磷、钾的含量约为目前所使用化肥量的25％左右，因此将秸秆有效地利用具有重要的意义。
生物炭通常指以生物质资源为基础，在缺氧条件下不完全燃烧所得到的富含碳的物质，生物炭农用是解决秸秆利用问题的重要方法。国内外的研究表明生物炭施入土壤后可以改善土壤理化性质，提高肥料利用率，增加作物产量，在农业可持续发展中有着重要的作用(张伟明，2013)。生物炭具有巨大的比表面积和吸附性能，与肥料结合后可以有效的避免肥料的流失，提高肥料的利用效率。
在申请公布号为CN 104177194 A的专利中公开了一种炭基硒肥的制备方法，采用生物炭吸附微生物及硒肥。在专利公布号为CN 103319265 A的专利中公开了一种菜地专用炭基缓释氮肥，其采用生物炭、凹凸棒土、木质素磺酸钙为原料，经过搅拌、烘干、造粒工艺制造而成。在公布号为CN 103833445 A的专利中公开了一种有机农业生物碳复合肥的制备方法，其先将秸秆烧制成生物炭后，再与磷矿粉、粘土等混合造粒。在申请公布号为CN102424642 A的专利中，公示了一种生物炭基缓释氮肥的生产方法，其采用玉米秸秆或木屑制得生物炭后与硝酸铵和尿素溶液混合，搅拌后烘干。在诸多公布的专利中，生物炭基肥的制作都采用生物炭物理掺混的方法，都是利用了生物碳的吸附性能。然而，物理吸附在生物炭的表面，还会造成肥料的大量流失，且生物炭的吸附能力在不同土壤中会因为土壤电解质的不同而发生较大的变化。
磷是植物生长最重要的大量元素之一，对植物生长尤其是生殖生长具有重要的作用。我国磷肥资源相对缺乏，且磷矿多为中低品位，利用难度大，且磷肥主要是采用酸解法生产，需要消耗大量的硝酸、硫酸、盐酸。然而，施入土壤中的磷肥会与土壤中的诸多离子发生复杂的化学反应，加之土壤养分流失，磷的生物有效性相对较低。因此较低磷肥生产的原料和能源消耗，提高磷肥的利用效率，对环境保护和改善植物营养具有重要的意义。生物炭烧制过程中发生复杂的氧化反应，生物炭与磷矿粉会起到对彼此催化的作用。通过生物炭与磷矿粉一起煅烧，还可将磷矿粉包被在生物炭颗粒内部，在通过煅烧法提高磷矿粉的生物有效性和生物炭产出的同时，还通过生物炭的包被与吸附作用起到缓释磷肥的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用作物秸秆生产缓释磷肥的方法，通过以下步骤实现：
(1)秸秆预处理：将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于95-115℃的烘箱中烘干15-25min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛；
(2)磷矿粉粉碎:将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛；
(3)将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉粉末按质量比100:5-20的比例混合，之后将混合物置于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触；
(4)将磨细的混合物挤压成条状，长度1-2cm，直径约为0.5-0.8cm；
(5)将条状混合物在300-600℃条件下氮气隔氧煅烧2h，过10-60目筛，得生物炭缓释磷肥。
本发明提供的方法原料来源广泛且廉价，方法设计合理，操作简便，成本较低，在烧制生物炭的过程中，充分利用烧制过程中的高温条件，提高磷的生物有效性，并将磷紧密的结合在生物碳颗粒中，该生物炭基磷肥施入土壤后可缓慢释放磷素，提高磷肥的利用效率。所制得的缓释磷肥在改善土壤理化性状的同时，有效地提高了磷肥的利用效率。通过本发明方法，将秸秆与磷矿粉一起煅烧，在降低能耗的同时，还可将磷肥包被在生物炭颗粒内部，起到缓释磷肥的目的。
附图说明
图1是温度及添加磷矿粉对生物炭得率的影响。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
实施例1
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:5的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例2
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:10的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例3
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:20的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例4
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:5的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例5
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:10的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例6
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:20的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例7
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:5的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例8
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:10的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
实施例9
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的磷矿粉按照100:20的比例混合，之后将混合后的秸秆与磷矿粉放于磨样机中再次磨细，以保证磷矿粉与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释磷肥。
对比例1
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将秸秆挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭空白样品。
对比例2
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将秸秆挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭空白样品。
对比例3
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛，将秸秆挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭空白样品。
从图1可以看出，添加磷矿粉显著提高了生物炭的得率，生物炭的产出得到了大幅度的提升。对比例1为300℃烧制温度下不添加磷矿粉的处理，其得率为57.3％，而添加20％磷矿粉的同温度处理实施例1其得率则为75.5％，生物炭得率显著提高。对比例2为500℃烧制温度下不添加磷矿粉处理，其得率为39.0％，实施例4、5、6分别为同温度添加5％、10％、20％磷矿粉处理，其得率分别为39.7％、44.3％、55.8％。对比例3为700℃烧制温度下不添加磷矿粉处理，其得率为36.0％，实施例7、8、9分别为同温度添加5％、10％、20％磷矿粉处理，其得率分别为38.1％、41.9％、51.4％。综上所述，磷矿粉有效的催化了秸秆的炭化过程，有效地提高了生物炭的得率。
表1：温度及添加磷矿粉对生物炭缓释磷素的影响
从表1可以看出，添加磷矿粉后磷素供应远高于未添加磷矿粉生物炭，且磷素缓慢持续释放。对比例1为300℃烧制温度下不添加磷矿粉处理，其第一次提取的磷素含量为0.4g/kg，实施例1、2、3分别为同温度添加5％、10％、20％磷矿粉处理，第一次提取的磷素含量为1.9、2.6、3.2g/kg。在500、600℃条件下，添加磷矿粉均显著提高了磷素的供应。从多次提取的磷素含量可以看出，磷矿粉与秸秆一同煅烧，降低了磷素的释放速率，起到了缓释磷素的作用。在田间环境下，可以有效地持续供应磷素，提高磷的生物有效性。
Claims (3)
1.一种利用作物秸秆生产缓释磷肥的方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
（1）秸秆预处理：将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成小段，置于烘箱中烘干，将烘干的秸秆粉碎过10目筛；烘干温度为95-115℃，烘干时间为15-25min；
（2）磷矿粉粉碎：将磷矿粉球磨粉碎，过100目筛；
（3） 将过筛的粉碎秸秆与过筛的磷矿粉粉末按质量比100:5-20的比例混合，之后将混合物置于磨样机中再次磨细混匀1-3min；
（4）将磨细的混合物挤压成直径为0.5-0.8cm的条状；
（5）将条状混合物在300-600℃条件下氮气隔氧煅烧，过10-60目筛，得生物炭缓释磷肥。
2.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释磷肥的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的将秸秆与磷矿粉的混合物挤压成长度1-2cm。
3.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释磷肥的方法，其特征在于，步骤（5）中所述煅烧时间为2h。
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