CN105110892B - 一种大量元素水溶肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大量元素水溶肥及其制备方法，按重量百分比计，原料包括以下组分：磷铵、氯化钾、小分子有机酸、氮源、中微量元素类营养物质螯(络)合物、展着剂、渗透剂。本发明采用磷铵、氯化钾及氮源为主要原料，在水溶液中进行液相反应，采用多级结晶过滤制备得到目标产物，然后添加展着剂和渗透剂，添加类营养物质类螯合的中微量元素；同时利用小分子有机酸转化水不溶性磷，提高磷利用率，转化后的残渣直接作为肥料辅料，实现资源的循环利用。且本发明工艺简单安全，全水溶，水不溶物含量≤0.5％、不板结、溶解速度快、外观均匀，且为无氯产品；成本低、作物吸收快、改善作物品质，营养安全、无环境污染。

Description

一种大量元素水溶肥及其制备方法

技术领域

本发明属复合肥料生产技术领域，涉及一种大量元素全水溶肥生产方法。

背景技术

水溶性肥料的制取工艺有物理混配和化学合成两种；一是物理混配，即将尿素、硫酸铵、磷酸一铵、氯化钾等原料肥，通过粉碎机、搅拌机等机械设备，按照相应配方直接混配而成。这类水溶性肥料工艺简单，生产成本低，市场上价格便宜；物理混配的水溶性肥料产品杂质多，粒度、色泽等参差不齐，溶解性较差，极易吸潮结块，技术含量很低。二是化学合成，即将原料在一定温度、酸碱度等控制条件下，经过溶解、除杂、合成、浓缩等一系列特定的化学反应及工艺过程，最终结晶分离得到全水溶的肥料产品。化学反应合成的水溶肥相对于简单物理混配的产品，具有外观好、颜色粒度均匀的特点，可以真正确保100％水溶，速溶性和吸收率更好，产品酸碱度也更容易控制，更适合于喷灌、滴灌等“水肥一体化”灌溉设施。化学合成的水溶性肥料营养元素含量高，营养更加均衡合理，提高了肥料吸收利用率。

当前的水溶性肥料价格居高不下，使实施节水灌溉农户难以接受，只得选用价格相对较便宜的水溶性的尿素、氯化钾等单质化产品自行混配，带来利用率低、污染环境等弊端。

同时，中国发明专利公开号CN 102701824A公开了一种大量元素水溶肥的生产方法，该方法属于化学合成。该方法是以湿法磷酸与氨中和、过滤，然后加入硝铵、硝酸钾、氯化钾，经过浓缩结晶、干燥而得到大量的元素水溶肥，但是植物对该水溶肥的利用率不是很高，且生产工艺比较复杂，成本高，而且生产过程中产生的废液、废气污染环境。

中国发明专利公开号CN 102649657A公开了一种大量元素水溶肥的生产方法，该方法采用自制的螯合剂处理粗磷酸，然后将处理后的水溶性磷肥与水溶性氮肥、水溶性钾肥混合造粒，经烘干、冷却得到大量元素水溶肥，但是自制的螯合剂在环境中难以被作物吸收，且不易分解，易造成对环境污染。

中国发明专利公开号CN 103641574A公开了一种化学合成大量元素水溶肥的生产方法，该方法以农用磷铵、农用氯化钾及尿素为主要原料，通过氢键结合等方式，经烘干、冷却制造化学组成稳定的全水溶性肥料；但滤渣转化工艺复杂，磷转化率低，且存在安全隐患；另外通过氢键结合的物质结晶率低，氯离子含量高；此外，尿素与强氧化剂反应会造成废气、废液，污染环境。

发明内容

本发明针对目前水溶肥料存在养分单一、易板结、溶解性差、杂质或沉淀物多，化学安全性和稳定性差等问题。为了克服这些缺点，本发明采用磷铵、氯化钾及氮源为主要原料，在水溶液中进行液相反应，采用多级结晶过滤制备得到目标产物，然后添加展着剂和渗透剂，添加类营养物质类螯合的中微量元素；同时利用小分子有机酸转化水不溶性磷，提高磷利用率，转化后的残渣直接作为肥料辅料，实现资源的循环利用。

为达到上述目的，本发明采用了下述技术方案：

一种大量元素水溶肥，按重量百分比计，原料包括以下组分：

磷铵:30％～70％

氯化钾:25％～55％

小分子有机酸:0～5％

氮源:20％～40％

中微量元素类营养物质螯(络)合物:0～5％

展着剂:0～3％

渗透剂:0～3％

优选的，按重量百分比计，原料包括以下组分：

磷铵:40％～60％

氯化钾:25％～45％

小分子有机酸:0～4％

氮源:25％～35％

中微量元素类营养物质螯(络)合物:0～3％

展着剂:0～2％

渗透剂:0～2％

优选的，按重量百分比计，原料包括以下组分：

磷铵:45％～55％

氯化钾:25％～35％

小分子有机酸:0～3％

氮源:28％～33％

中微量元素类营养物质螯(络)合物:0～2％

展着剂:0～1％

渗透剂:0～1％

优选的，所述磷铵为农用磷铵，所述氯化钾为农用氯化钾，所述小分子有机酸选自草酸、琥珀酸、苹果酸、马来酸、乳酸、柠檬酸、没食子酸、水杨酸、富马酸、安息香酸的一种或几种；所述小分子有机酸与中微量元素类营养物质螯(络)合物混合后，作为添加剂。

所述氮源选自尿素、硫酸铵、硝酸钾、磷酸铵、硫酸钾、磷酸二氢钾、磷酸一氢钾、氨水、磷酸、硫酸、硝酸、碳酸氢铵、硝酸铵；所述中微量元素类营养物质螯(络)合物选自以类营养物质螯(络)合锌、锰、铁、铜或钙；所述展着剂选自聚山梨酯系列表面剂；所述渗透剂为两性离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂的一种或几种。

优选的，所述类营养物质选自核黄素、黄酮、维生素、多肽、海藻多糖类、甲壳素衍生物的一种或几种。

本发明还提供了所述大量元素水溶肥的制备方法包括以下步骤：

(1)将磷铵和氯化钾溶于水，并调节PH至7.0±1，形成饱和溶液并过滤,标记为滤液1；

(2)往滤液1中加入氯化钾，调节PH至3-5，析出晶体并过滤，标记为滤液2，所述结晶物为水溶肥半成品；

(3)将氮源添加到所述步骤(2)所得的水溶肥半成品中，结晶并过滤，所得滤液标记为滤液5；将所得结晶物干燥，并与中微量元素类营养物质螯(络)合物、展着剂、渗透剂混合得大量元素水溶肥。优选的，所述滤液5返回到含氮原料/助剂的反应体系中，循环利用；

优选的，在所述滤液2中加入磷铵，并调节PH至7.0±1，结晶并过滤得氯基肥料，单独包装销售，所得滤液标记为滤液3，并将滤液3返回磷铵和氯化钾体系中；

进一步优选的，在滤液中加入农用磷铵后，在15-40℃下加入氨水调pH＝7.0，冷却结晶，并在10-30℃下过滤；干燥得氯基肥料。

优选的，将所述步骤(1)中过滤所得滤渣转入渣转化系统，并加入柠檬酸溶液进行浸提并过滤，标记为滤液4，并将滤液4返回磷铵和氯化钾体系中；

进一步优选的，进行浸提加入的柠檬酸溶液的浓度为5-50g/L，并进行过滤，所得滤液4返回到农用磷铵/农用氯化钾溶解槽内，滤渣作为肥料辅料备用。更进一步优选的，进行浸提加入的柠檬酸溶液的浓度为20-30g/L；

优选的，所述步骤(1)中采用碱调节PH值，在15-25℃时形成有部分滤渣共存的饱和溶液，并在15-25℃下过滤，滤渣返回渣转化系统，所述步骤(2)中加入氯化钾后加热至70-95℃，采用酸调节PH值后，搅拌，此时析出的晶体在50-60℃下趁热过滤；

优选的，所述步骤(2)中加入氯化钾后加热和采用酸调节PH值后，搅拌；

优选的，步骤(1)所使用的磷铵与在步骤(2)中所得滤液中加入的磷铵的重量比为(1-3):1；步骤(1)所使用的氯化钾与步骤(2)所使用的氯化钾的重量比为(2-5):1。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用磷铵、氯化钾及氮源为主要原料，在水溶液中进行液相反应，采用多级结晶过滤制备得到目标产物，然后添加展着剂和渗透剂后肥料分散性好、吸收快，提高了各种养分吸收利用率；同时添加了类营养物质螯合的中微量元素，使得大量元素水溶肥吸收利用率更高，且不含激素，无残留，成本低；另外还利用小分子有机酸转化水不溶性磷，提高磷利用率，转化后的残渣直接作为肥料辅料，实现资源的循环利用。

(2)本发明通过控制反应条件，使用磷铵、氯化钾经过滤后进行充分的化学反应，采用分级结晶，即首先通过结晶得到水溶肥半成品，简化工艺流程，同时提高目标产物结晶率，可控制氯离子含量在3％以内。

(3)滤渣综合利用，选用小分子有机酸进行处理，将滤渣中水不溶性磷转化成水溶性磷，磷转化率高、价格低廉、工艺简单安全，残渣作为肥料的一种辅料循环应用，即造粒循环再利用，无须额外进行处理。

(4)添加类营养物质可以固相螯合中微量元素，成本低、提高作物吸收率，营养安全，无环境污染。

(5)本发明全水溶，水不溶物含量≤0.5％、不板结、溶解速度快、外观均匀，且为无氯产品；添加不同的氮源，制备出不同配方的大量元素水溶肥；添加了中微量元素氨基酸螯(络)合物，采用类营养物质固相螯合中微量元素，成本低、作物吸收快、改善作物品质，营养安全、无环境污染。

附图说明

图1为工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表达的范围。

实施例1

①在80L水里加入42.5kg农用磷铵和13.5kg农用氯化钾，再加入液氨调pH值为7.0，在20℃时形成有部分滤渣共存的饱和溶液，并在20℃下过滤，得到滤液1和9.7kg滤渣1；

②在滤液1中加入18.7kg农用氯化钾并加热至80℃，再加入4mol/L磷酸调pH＝3，搅拌此时析出的晶体在50℃下趁热过滤，得到水溶肥半成品结晶物(重量45kg，N％＝4.22％、P₂O₅％＝51.71％、K20％＝32.34％、Cl％＝1.26％)与滤液2，

③往滤液2中加入36.2kg农用磷铵，再20℃下加入液氨调pH＝7.0，7.2kg滤渣返回渣转化系统，滤液冷却结晶，与20℃下过滤，此滤液称为滤液3。于80℃下干燥，得氯基肥料，单独包装销售。

④上述所得16.9kg滤渣1输入渣转化系统，加入150L浓度为20g/L的柠檬酸溶液进行浸提，过滤，滤液4返回到农用磷铵/农用氯化钾溶解槽内，6.7kg残渣作为肥料辅料备用；

⑤添加尿素与强氧化剂反应产物48.7kg(N％＝37.2％)，KNO₃(N％＝13.8％、K20％＝45.6％)19.1kg到水溶肥半成品，进行反应后通过结晶过滤干燥，得到结晶物，直接与添加的中微量元素类营养物质螯(络)合物1.54kg、聚山梨酯0.4Kg、非离子表面活性剂0.4kg进行混合均匀，得到化学合成水溶肥116kg(N％＝20％、P₂O₅％＝20％、K20％＝20％、Cl％＝0.5％、微量元素＝0.2％)。

实施例2

①在80L水里加入40.3kg农用磷铵和14.2kg农用氯化钾，再加入氢氧化钾调pH值为6.0，在20℃时形成有部分滤渣共存的饱和溶液，并在20℃下过滤，得到滤液1和8.1kg滤渣1；

②在滤液1中加入19.6kg农用氯化钾并加热至80℃，再加入4mol/L磷酸调pH＝4，搅拌此时析出的晶体在50℃下趁热过滤，得到水溶肥半成品结晶物(重量43.5kg，N％＝3.82％、P₂O₅％＝43.98％、K20％＝40.23％、Cl％＝2.74％)与滤液2，

③往滤液2中加入34.3kg农用磷铵，在20℃下加入氢氧化钾调pH值为6.0，6.8kg滤渣返回渣转化系统，滤液冷却结晶，与20℃下过滤，此滤液称为滤液3。于80℃下干燥，得氯基肥料，单独包装销售。

④上述所得14.9kg滤渣进入渣转化系统，加入120L浓度为30g/L的柠檬酸溶液进行浸提，过滤，滤液4返回到农用磷铵/农用氯化钾溶解槽内，4.5kg残渣作为肥料辅料备用；

⑤添加尿素与强氧化剂反应产物52.28kg(N％＝37.2％)，KNO₃(N％＝13.8％、K20％＝45.6％)31.42kg到水溶肥半成品，进行反应后通过结晶过滤干燥，得到结晶物，直接与添加的中微量元素类营养物质螯(络)合物0.74kg、聚山梨酯0.3Kg、非离子表面活性剂0.2kg进行混合均匀，得到化学合成水溶肥127kg(N％＝20％、P₂O₅％＝15％、K20％＝25％、Cl％＝0.94％、微量元素＝0.05％)。

实施例3

①在80L水里加入42.5kg农用磷铵和9.8kg农用氯化钾，再加入液氨调pH值为7.0，在20℃时形成有部分滤渣共存的饱和溶液，并在20℃下过滤，得到滤液1和9.5kg滤渣1；

②在滤液1中加入16.2kg农用氯化钾并加热至80℃，再加入4mol/L磷酸调pH＝5，搅拌此时析出的晶体在50℃下趁热过滤，得到水溶肥半成品结晶物(重量41.1kg，N％＝4.25％、P₂O₅％＝50.6％、K20％＝24.48％、Cl％＝0.39％)与滤液2，

③往滤液2中加入37.3kg农用磷铵，再20℃下加入液氨调pH＝7.0，7.5kg滤渣返回渣转化系统，滤液冷却结晶，与20℃下过滤，此滤液称为滤液3。于80℃下干燥，得氯基肥料，单独包装销售。

④上述所得17kg滤渣进入渣转化系统，加入100L浓度为40g/L的柠檬酸溶液进行浸提，过滤，滤液4返回到农用磷铵/农用氯化钾溶解槽内，6.9kg残渣作为肥料辅料备用；

⑤添加尿素与强氧化剂反应产物49.9kg(N％＝31.5％)，KNO3(N％＝13.8％、K20％＝45.6％)23.6kg到水溶肥半成品，进行反应后通过结晶过滤干燥，得到结晶物，直接与添加的中微量元素类营养物质螯(络)合物1.5kg、聚山梨酯0.8Kg、非离子表面活性剂0.8kg、类营养物质4.2kg进行混合均匀，得到化学合成水溶肥122kg(N％＝17％、P₂O₅％＝17％、K20％＝17％、Cl％＝0.15％、微量元素＝0.8％)。

实施例4

①在80L水里加入42kg农用磷铵和15kg农用氯化钾，再加入液氨调pH值为7.5，在20℃时形成有部分滤渣共存的饱和溶液，并在20℃下过滤，得到滤液1和9.3kg滤渣1；

②在滤液1中加入20.8kg农用氯化钾并加热至80℃，再加入4mol/L磷酸调pH＝5，搅拌此时析出的晶体在60℃下趁热过滤，得到水溶肥半成品结晶物(重量42.8kg，N％＝4.01％、P₂O₅％＝51.4％、K20％＝24.34％、Cl％＝0.96％)与滤液2，

③往滤液2中加入35.7kg农用磷铵，再20℃下加入液氨调pH＝7.5，6.8kg滤渣返回渣转化系统，滤液冷却结晶，与20℃下过滤，此滤液称为滤液3。于80℃下干燥，得氯基肥料，单独包装销售。

④上述所得16.1kg滤渣进入渣转化系统，加入200L浓度为20g/L的柠檬酸溶液进行浸提，过滤，滤液4返回到农用磷铵/农用氯化钾溶解槽内，4.9kg残渣作为肥料辅料备用；

⑤添加尿素与强氧化剂反应产物27.4kg(N％＝34.1％)，KNO₃(N％＝13.8％、K20％＝45.6％)6.7kg到水溶肥半成品，进行反应后通过结晶过滤干燥，得到结晶物，直接与添加的中微量元素类营养物质螯(络)合物1.41kg进行混合均匀，得到化学合成水溶肥78kg(N％＝15％、P₂O₅％＝28％、K20％＝17％、Cl％＝0.53％、微量元素＝0.3％)。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (6)

1.一种大量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将磷铵和氯化钾溶于水，并调节pH至7.0±1，形成饱和溶液并过滤；

(2)往滤液中加入氯化钾，调节pH至3-5，析出晶体并过滤，所述结晶物为水溶肥半成品；

(3)将氮源添加到水溶肥半成品中，结晶并过滤，将所得结晶物干燥，并与中微量元素类营养物质螯(络)合物、展着剂、渗透剂混合得大量元素水溶肥；

大量元素水溶肥，按重量百分比计，原料包括以下组分：磷铵:30％～70％，氯化钾:25％～55％，小分子有机酸:0～5％，氮源:20％～40％，中微量元素类营养物质螯(络)合物:0～5％，展着剂:0～3％，渗透剂:0～3％；

所述磷铵为农用磷铵，所述氯化钾为农用氯化钾，所述小分子有机酸选自草酸、琥珀酸、苹果酸、马来酸、乳酸、柠檬酸、没食子酸、水杨酸、富马酸、安息香酸的一种或几种；所述氮源选自尿素、硫酸铵、硝酸钾、磷酸铵、硝酸铵、氨水、硝酸、碳酸氢铵的一种或几种；所述以类营养物质螯(络)合的中微量元素包括以类营养物质螯(络)合锌、锰、铁、铜或钙的一种或几种；所述展着剂选自聚山梨酯系列表面剂；所述渗透剂选自两性离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂的一种或几种；

所述类营养物质选自核黄素、黄酮、维生素、多肽、海藻多糖类、甲壳素衍生物的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的一种大量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，在所述步骤(2)中所得滤液中加入磷铵，并调节pH至7.0±1，结晶并过滤得氯基肥料；将所述步骤(1)中过滤所得滤渣进入渣转化系统，加入柠檬酸溶液进行浸提并过滤。

3.根据权利要求2所述的一种大量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中采用碱调节pH值，在15-25℃时形成有部分滤渣共存的饱和溶液，并在15-25℃下过滤，滤渣返回渣转化系统；加入柠檬酸溶液进行浸提时，加入的柠檬酸溶液的浓度为5-50g/L，并进行过滤，所得滤液返回到农用磷铵/农用氯化钾溶解槽内，滤渣作为肥料辅料备用；

所述步骤(2)中加入氯化钾后加热至70-95℃，采用酸调节pH值后，搅拌；此时析出的晶体在50-60℃下趁热过滤；在所述步骤(2)中所得滤液中加入磷铵，在15-40℃下加入氨水调pH＝7.0，冷却结品，并在10-30℃下过滤：干燥得氯基肥料。

4.根据权利要求3所述的一种大量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，所述进行浸提加入的柠檬酸溶液的浓度为20-30g/L；步骤(1)所使用的氯化钾与步骤(2)所使用的氯化钾的重量比为(2-5):1；步骤(1)所使用的磷铵与步骤(2)中所得滤液中加入的磷铵的重量比为(1-3):1。

5.根据权利要求1所述的一种大量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，大量元素水溶肥，按重量百分比计，原料包括以下组分：

磷铵:40％～60％

氯化钾:25％～45％

小分子有机酸:0～4％

氮源:25％～35％

中微量元素类营养物质螯(络)合物:0～3％

展着剂:0～2％

渗透剂:0～2％。

6.根据权利要求5所述的一种大量元素水溶肥的制备方法，其特征在于，大量元素水溶肥，按重量百分比计，原料包括以下组分：

磷铵:45％～55％

氯化钾:25％～35％

小分子有机酸:0～3％

氮源:28％～33％

中微量元素类营养物质螯(络)合物:0～2％

展着剂:0～1％

渗透剂:0～1％。