CN105102401A - 肥料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备粒状的压实的肥料的方法，所述肥料具有加入的微量营养素，其中将具有较小粒径的粒状主要营养素和微量营养素混合，然后压实为更大的、更易于处理的粒径。
Description
优先权声明
本申请要求提交于2013年3月14日的标题为“肥料组合物及其制备方法”的美国临时申请序列号61/782,377的优先权，本文通过援引并入其整体内容。
技术领域
本发明总体涉及具有加入的微量营养素的粒状肥料。具体地，本发明涉及压实的粒状肥料和形成所述压实的粒状肥料的相关方法。
背景技术
包括矿物元素和非矿物元素在内的许多化学元素对于植物的生长和存活都很重要。非矿物元素可以包括例如氢、氧和碳，通常可获自周围的空气和水。矿物营养素包括氮、磷和钾，可获自土壤或使其可获自土壤，以便为植物的根所摄取。
矿物营养素通常可以分为两组：包括主要营养素和次要营养素在内的常量营养素(macronutrient)，以及微量营养素(micronutrient)。主要矿物营养素包括氮(N)、磷(P)和钾(K)。大量的这些营养素对于植物的存活而言必不可少，且因此通常构成肥料组合物的主要部分。除主要营养素以外，次要营养素的需要量比对主要营养素少得多。次要营养素可以包括例如钙(Ca)、硫(S)和镁(Mg)。微量营养素可以包括例如硼(B)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)、氯(Cl)、钴(Co)、钠(Na)及其组合。
特别是对于微量营养素而言，微量营养素源在其物理状态、化学反应性、成本和对于植物的利用度方面变化相当大。最常见的对作物施用微量营养素的方法是土壤施用。推荐的施用比率通常为基于元素小于10磅/英亩，因而单独在田地中均匀地施用微量营养素源可能很困难。将微量营养素包括在混合肥料中是便利的施用方法，其使得能够以常规的施用设备进行更为均匀的分配。成本也因消除了单独的施用步骤而减少。将微量营养素与混合肥料一同施用的四种方法可以包括：制造期间加入、与粒状肥料整体掺混(bulkblending)、涂布于粒状肥料上和与流体肥料混合。
制造期间加入是将一种或多种微量营养素直接加入正在制造时的肥料颗粒中(例如NPK、钾碱或磷酸盐肥料)。该实践方法允许每个肥料颗粒都具有一致的所需微量营养素的浓度以及微量营养素在整个粒状肥料中的均匀分布。由于颗粒被均匀分散在生长区域中，所含的微量营养素也被均匀分散。
与粒状肥料整体掺混是单独将粒状次要营养素和/或微量营养素化合物与粒状肥料(如磷酸盐或钾碱肥料)整体掺混的实践方法。该实践方法的主要优点在于，能够产生以通常的肥料施用比率为给定的田地提供推荐的微量营养素比率的肥料品位。主要缺点在于，在掺混操作期间和后续处理期间可能发生营养素的偏析。为了减少或避免处理和运输过程中的尺寸偏析，微量营养素颗粒必须接近与磷酸盐和钾碱颗粒相同的尺寸。由于对于植物营养而言需要的微量营养素的量极少，该实践方法导致微量营养素颗粒分布不均匀，并且通常距大多数植物太远而没有即时效益，因为大多数这样的微量营养素颗粒在整个生长季期间仅在土壤溶液中移动数毫米。
涂布粒状肥料减少了偏析的可能性。然而，某些粘合材料并不令人满意，因为其不会在包装、储存和处理期间一直保持微量营养素涂层，这导致微量营养素源从粒状肥料组分中偏析出。在次要营养素和微量营养素的情形中，例如在标题为“含硫肥料组合物及其制备方法”的美国专利6,544,313所述的肥料部分中的硫或硫薄片的情形中和在标题为“制备具有微量营养素的肥料的方法”的美国专利7,497,891所述的微量营养素的情形中(本文通过援引将这两篇专利整体并入)，已经采取了减少偏析问题的步骤。
仍然需要可最大程度地将微量营养素引入土壤溶液中并最终到达植物的根区的含有一种或多种微量营养素的肥料产品。
发明内容
本发明的实施方式涉及压实的(compacted)肥料组合物和相关的制备方法，所述肥料组合物具有至少一种主要营养素和至少一种额外营养素，这些营养素被破碎以增加可利用的反应性表面积，然后被压实为所述肥料组合物的颗粒。
在本发明的实施方式中，单独配制含有至少一种主要营养素的基体肥料组合物，并使其发生尺寸偏析以鉴定出不适合用于常规肥料产品中的尺寸过小的颗粒。可以将至少一种额外营养素(例如，第二营养素、微量营养素或微量营养素复合物)添加并混合至尺寸过小的颗粒中。然后可以将尺寸过小的颗粒与至少一种额外营养素的混合物破碎，以增加主要营养素和所述至少一种额外营养素的可利用的反应性表面积。然后，可以将破碎的混合物压实以形成具有主要营养素和至少一种额外营养素的压实的肥料颗粒。随着压实的肥料颗粒的崩解，破碎的主要营养素和至少一种额外营养素的可利用表面积使得能够最大程度地引入根区并在其中反应。
通过将尺寸过小的肥料颗粒与至少一种额外营养素预混，所述至少一种额外营养素可以均匀分布在尺寸过小的颗粒整体中，以在混合物中提供正确的浓度或主要营养素与额外营养素之比。结果，当形成压实的肥料颗粒时，主要和额外营养素的浓度是一致的，从而在该压实的肥料颗粒所分布的区域上提供均匀分布。在一方面，可使压实的颗粒适合于在土壤中崩解为成分颗粒(主要营养素颗粒和额外营养素颗粒)。以此配置，压实的肥料颗粒充当载体以确保主要营养素和额外营养素在田地中适当分布，其后释放出此前为了使可能的反应性表面积最大化而被破碎的作为成分的主要营养素颗粒和额外营养素颗粒。
本发明实施方式的肥料制备方法包括生成一定量的包含至少一种主要营养素的基体肥料组合物。在一个特定实施方式中，基体肥料组合物包含磷酸盐肥料(例如，磷酸二氢铵(MAP)或磷酸氢二铵(DAP))，以使主要营养素为磷。
所述方法进一步包括将所述一定量的基体肥料组合物颗粒化成多个肥料颗粒，所述多个肥料颗粒可以经尺寸偏析而分为最佳尺寸的颗粒、尺寸过大的颗粒和尺寸过小的颗粒。在一方面，所述方法包括将至少一种额外营养素(例如，至少一种次要营养素或至少一种额外的微量营养素或微量营养素复合物)添加并整体混合至所述尺寸过小的颗粒中以形成肥料混合物。所述方法还可以包括将所述肥料混合物破碎以形成具有主要营养素和至少一种额外营养素的破碎的肥料混合物。最后，所述方法还可包括将破碎的肥料混合物压实以形成具有主要营养素和至少一种额外营养素的多个压实的肥料颗粒。
上文对本发明的各种代表性实施方式的概述并非意在描述本发明的每个说明性实施方式或者本发明的每一种实施情形。相反，选择并描述这些实施方式是为使本领域技术人员能够认识并理解本发明的原理和实践。下文的具体描述中的附图更具体地例示了这些实施方式。
附图说明
考虑到以下对本发明的各种实施方式的具体描述并结合附图，本发明可以得到完全地理解，附图中：
图1是本发明实施方式的制备粒状肥料的方法的示意性流程图。
虽然本发明易顺应各种变化方式和替代形式，已借助附图中的实例显示了其具体形式，并将对这些具体形式进行更详细的描述。然而，应该理解的是，并非意在将本发明限制于所述的特定实施方式。相反，意图在于涵盖所有落在所附权利要求所限定的本发明的主旨和范围之内的变化方式、等同方式和替代方式。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施方式的制备一定量的压实的肥料颗粒的方法通常包括制备阶段10、尺寸偏析/校正阶段12、混合阶段14和压实阶段16。
如图1所示，制备阶段10还可以包括配制步骤18、造粒步骤20和干燥步骤22。在配制步骤18中，在预中和器(pre-neutralizer)和/或反应器中至少部分地通过化学方式制备一定量的肥料(例如，磷肥或磷酸铵肥料)。所述肥料可以包括但不限于MAP或DAP或者三过磷酸钙(triplesuperphosphate)肥料及其组合。
在一个实施方式中，配制步骤18包括预中和器，其为产生磷酸铵浆料的受搅拌的反应器。例如，根据进料至预中和器中的氨和磷酸的比率，可以制备MAP和/或DAP。
在本发明的另一实施方式中，配制步骤18包括管反应器，如管交叉反应器，其为管形反应器，在其中通过使氨与磷酸反应而形成磷酸铵。与采用预中和器时相同，根据进料至管反应器中的氨和磷酸的比率，可以制备MAP和/或DAP。
在本发明的另一个实施方式中，配制步骤18包括预中和器和管反应器的组合，其中一部分磷酸铵肥料在预中和器中形成，而另一部分则在管反应器中形成，例如美国专利7,497,891所述，之前已将其整体援引加入。
在造粒步骤20中，将制得的肥料组合物在旋转造粒筒中旋转，以形成肥料颗粒的滚动床。对于磷酸铵肥料而言，制备阶段10还可以包括喷洒步骤24，其中将肥料颗粒在床下氨喷洒器中处理以完成磷酸铵反应。在干燥步骤22中，将肥料颗粒干燥以减少水分含量并除去任何未反应的挥发物。
如图1所示，尺寸偏析/校正阶段12还可以包括产物尺寸分级步骤26，其中根据粒径将粒状肥料分为多个流。在产物尺寸分级步骤26中，使一定量的肥料颗粒通过多个尺寸分级筛以将肥料颗粒分为最佳尺寸的颗粒流28、尺寸过小的颗粒流30和尺寸过大的颗粒流32。具有正确尺寸的流28包括粒径为约2mm至约4mm(直径)的肥料颗粒。尺寸过小的流30包括粒径小于约2mm(直径)的肥料颗粒。尺寸过大的颗粒流32包括粒径大于约4mm(直径)的肥料颗粒。尺寸过大的颗粒流32可以经历破碎步骤34以形成破碎的再循环流35，其中破碎的再循环流35的粒径的直径不再是约4mm。可以将破碎的再循环流35和一部分尺寸过小的流34再循环至造粒步骤20，以在造粒步骤20期间充当尾部续料(heel)并为颗粒形成过程提供构造单元。
在混合阶段14，将一个或多个具有额外营养素的额外营养素流(例如，具有一种或多种微量营养素或微量营养素复合物的微量营养素流36和/或具有一种或多种次要营养素的次要营养素流38)与未再循环至造粒步骤20的剩余部分的尺寸过小的颗粒流30合并。微量营养素流36和/或次要营养素流38被混合到尺寸过小的颗粒流30中以形成肥料混合物40，其中额外营养素在整个肥料混合物40中均匀分布。
所述肥料混合物中的每种微量营养素的浓度可以为约0.1重量％至约3重量％。微量营养素流36可以包含至少一种微量营养素，包括但不限于硼、铜、铁、锰、钼、锌及其组合。在一方面，微量营养素流36中的微量营养素的粒径可以为约50μm至约150μm，且更特别地为约75μm至约100μm，从而使所产生的肥料混合物40总体为均质的。
次要营养素流38可以包含但不限于硫酸铵、硫酸钙、单质硫及其组合。在一个实施方式中，次要营养素流38中的次要营养素的粒径可以为约50μm至约150μm，且更特别地为约75μm至约100μm，从而使所产生的肥料混合物40总体为均质的。
尺寸偏析/校正阶段12还可以包括针对肥料混合物40的破碎步骤，以形成具有混合颗粒的破碎的肥料混合物42，所述混合颗粒的粒径为约50μm至约150μm、更特别地为约50μm至约100μm，这与额外营养素(例如，微量营养素流38中的微量营养素和/或次要营养素)的尺寸相似，以提高下游压实过程的效率，并进而提高最终压实产品的均质性。
在替代性实施方式中，可以在制备阶段10期间并在添加微量营养素之前添加次要营养素。例如，可以如美国专利6,544,313号(名称为“含硫肥料组合物及其制备方法”，本文通过援引并入其整体内容)所述，将熔融硫施加或喷洒至造粒机中的基体肥料组合物上。作为另一选择，如果在基体肥料组合物的造粒和/或尺寸分级之后将次要营养素作为单独的成分添加，那么以此配置，混合阶段14还可以包括破碎步骤，其中将尺寸过小的颗粒流30和次要营养素混合物破碎或粉碎，并共混至主要和次要营养素颗粒的均质混合物中，而后将其与微量营养素流36合并。
在压实阶段16，破碎的肥料混合物42被压实为更大的颗粒，其能被更容易地运输和处理。可选地，可以将一种或多种粘合剂或成分添加至破碎的肥料混合物42中，以改善成品压实肥料颗粒44或粒状MOP产品的强度或处理能力，以使得压实的肥料颗粒不太可能在处理或运输过程中磨损或崩解，如美国专利7,727,501所述(名称为“压实的粒状氯化钾及其制备方法和设备”，本文通过援引并入其整体内容)。粘合剂是添加至压实循环进料流中以改善压实颗粒的强度和品质的化学物质。粘合剂起到隔绝或螯合肥料组合物中的杂质的作用，同时为压实的共混物提供粘附性。粘合剂可以包括例如，六偏磷酸钠(SHMP)、焦磷酸四钠(TSPP)、焦磷酸四钾(TKPP)、三聚磷酸钠(STPP)、硅酸钾、硅酸钠、淀粉、右旋糖、木素磺酸盐、膨润土、蒙脱土、高岭土或其组合。作为粘合剂的补充或替代，某些微量营养素自身可以充当粘合剂以改善颗粒强度。
压实工序可以利用例如辊压实机等常规压实设备进行。然后，可以如上所述利用诸如破碎、过筛或其它常规分级方法等适合产生具有所需粒径或类型的成品的方法将所产生的粘结的中间体进一步加工为所需的成品粒状产品。
在压实工序之后，压实的肥料颗粒44的粒径可以为约2mm至约4mm(直径)。在一方面，压实的肥料颗粒46适合于在土壤中崩解为主要营养素、次要营养素和/或微量营养素的成分颗粒，以增加与植物的根相互作用的表面积。
虽然本发明易顺应各种变化方式和替代形式，已借助附图中的实例显示出其具体形式，并对这些具体形式进行了更详细的描述。然而，应该理解的是，并非意在将本发明限制于所述的特定实施方式。相反，意图在于涵盖所有落在所附权利要求所限定的本发明的主旨和范围之内的变化方式、等同方式和替代方式。
Claims (20)
1.一种形成压实的肥料颗粒的方法，所述方法包括：
制备具有至少一种主要营养素的肥料颗粒；
将所述肥料颗粒按尺寸分选为最佳尺寸的颗粒、尺寸过大的颗粒和尺寸过小的颗粒；
将所述尺寸过小的颗粒破碎以形成破碎的颗粒流；和
将所述破碎的颗粒流压实以形成压实的肥料颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述压实的肥料颗粒具有约2mm至约4mm的压实肥料颗粒直径。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述最佳尺寸的颗粒具有约2mm至约4mm的最佳尺寸颗粒直径，所述尺寸过大的颗粒具有大于约4mm的尺寸过大颗粒直径，且所述尺寸过小的颗粒具有小于约2mm的尺寸过小颗粒直径。
4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：向所述尺寸过小的颗粒中添加至少一种额外营养素。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述至少一种额外营养素可以包括次要营养素、微量营养素及其组合。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述次要营养素可以选自基本由硫酸铵、硫酸钙、单质硫及其组合组成的组。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述微量营养素可以选自基本由硼、铜、铁、锰、钼、锌及其复合物和组合组成的组。
8.如权利要求5所述的方法，其中，所述至少一种额外营养素具有约50μm至约150μm的营养素颗粒直径。
9.如权利要求1所述的方法，其中，压实肥料混合物的步骤还包括：
向破碎的颗粒流肥料混合物中添加粘合剂以改善所述压实的肥料颗粒的粘附。
10.如权利要求1所述的方法，其中，制备肥料颗粒的步骤还包括：
将具有主要营养素的肥料组合物造粒以形成所述肥料颗粒；和
将所述肥料颗粒干燥。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括：
破碎所述尺寸过大的颗粒；和
将破碎的尺寸过大的颗粒再循环至造粒步骤。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包括：
将所述尺寸过小的颗粒的一部分再循环至所述造粒步骤。
13.如权利要求10所述的方法，其中，将肥料组合物造粒的步骤还包括：
喷洒所述肥料组合物。
14.一种压实的肥料颗粒，所述压实的肥料颗粒包括：
具有主要营养素和至少一种额外营养素的破碎的营养素混合物，其中所述破碎的营养素混合物包含成分颗粒直径为约50μm至约150μm的成分颗粒，并且其中所述成分颗粒被压实形成压实颗粒直径为约2mm至约4mm的压实的肥料颗粒。
15.如权利要求14所述的压实的肥料颗粒，其中，所述成分颗粒直径为约75μm至约100μm。
16.如权利要求14所述的压实的肥料颗粒，其中，所述至少一种额外营养素可以包括次要营养素、微量营养素及其组合。
17.如权利要求16所述的压实的肥料颗粒，其中，所述次要营养素可以选自基本由硫酸铵、硫酸钙、单质硫及其组合组成的组。
18.如权利要求16所述的压实的肥料颗粒，其中，所述微量营养素可以选自基本由硼、铜、铁、锰、钼、锌及其复合物和组合组成的组。
19.如权利要求14所述的压实的肥料颗粒，所述压实的肥料颗粒还包含粘合剂。
20.如权利要求19所述的压实的肥料颗粒，其中，所述粘合剂选自基本由六偏磷酸钠(SHMP)、焦磷酸四钠(TSPP)、焦磷酸四钾(TKPP)、三聚磷酸钠(STPP)、硅酸钾、硅酸钠、淀粉、右旋糖、木素磺酸盐、膨润土、蒙脱土、高岭土及其组合组成的组。
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