CN105152795A - 共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵颗粒制备缓释复合肥的方法，其中该缓释复合肥是在磷酸二铵颗粒表面以共混改性二氧化硅乳液形成内层包膜，在内层包膜的表面以石蜡形成外层包膜。该共混改性二氧化硅乳液是由聚乙烯醇水溶液、羧甲基纤维素钠、丙三醇、有机硅乳液、二氧化硅粉末组成。本发明采用乳化和高剪切技术，对乳液高速搅拌后将其多次均匀的雾化喷涂到磷酸二铵颗粒表面，经加热干燥后，再经过石蜡液对其封面包膜，制成环保价廉的磷酸二铵包膜缓释复合肥。本发明的共混改性二氧化硅包膜乳液可以用于任何复合肥料的包膜，具有非常广泛的应用前景。

Description

共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及湿法磷酸综合利用生产领域和复合肥料领域，具体涉及一种共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥及其制备方法。

背景技术

据统计，发展中国家粮食增产中的50％归因于化肥的作用。中国化肥生产和消费约占世界30％，而根据农业部2013年11月的监测报道，我国三大粮食作物中氮肥、磷肥和钾肥的当季平均利用率分别为33％、24％、42％。低的化肥利用率导致在作物的一个生长周期中需进行多次施肥，过量肥料在植物根际聚在一起，不仅会破坏植物根系细胞结构，造成盐害，导致作物减产甚至死亡，造成水体富营养化，造成资源的巨大浪费；还会破坏土壤结构，导致土壤退化，带来地表和地下水体污染。另外，现在复合肥磷酸二铵，在我国的产量和质量上都达到了世界先进水平，并且，并且有一大部分的厂家，在肥料的生产过程中添加了防结块剂。不过由于国内使用的防结块剂，其主要成分大多是有机物，在土壤中难以降解，若长时间使用会导致土壤污染。因此，开发一种易降解的包裹剂包裹磷酸二铵，研究开发新型环保缓释化肥制备技术，提高化肥利用率、降低化肥施用总量，对环境生态保护和实现农业可持续发展具有重要意义。

近几年来，钱大明，李相辅等人采用黄腐酸、硫代硫酸铵和双氰胺组合HLS制备长效磷酸二铵技术，实现了控氮促磷，一肥长效。符合新世纪肥料产品的发展方向。

市场上执行GB/T23348-2009缓释肥料国家标准的产品大多价格较高，农民难以接受。本发明是在湿法磷酸脱氟制备氟化钾时，同时伴随大量的副产二氧化硅产生，由于工艺的原因，通过质谱测量该二氧化硅中含有部分肥料元素钾；其具有堆密度小，比表面积大，吸附性强，无毒无味，具有独特的吸附性、稳定性、增稠性等特性，另其本身是一种优良的土壤改良剂，因此二氧化硅是一种优良的复合肥无机包裹材料，同时，硅元素是继氮磷钾之后植物所需的第四种元素，本身也是一种肥料，硅肥。水稻容易缺硅，会形成叶片松弛、有枯斑，茎秆直立性差，容易倒伏，也容易早衰，产量会大大地降低，硅肥对作物产量和质量的影响重大，施用硅肥之后；可以使叶片表皮细胞硅质化，茎杆挺立，进而加强叶片的光合作用。硅化细胞可增加细胞壁的厚度，形成一个稳固的保护神，病囷难以入侵，一旦病虫害危害，作物在吸收硅肥之后，尽管其刚性加强，但仍然具有防止倒伏和促进根系生长的作用，是维持植物正常生命的一个重要组成部分。目前，硅肥已在很多发达国家和地区被大面积地推广和使用。并且有报道指出，硅肥在水稻上的增产效果已经超过了磷肥和钾肥。

无机包膜材料在成膜的时候，弹性差、易脆，肥料缓释性能比较差，因而很难实现真正意义上对营养的控制和释放。选择合适的表面活性剂、乳化剂、增固剂和粘结剂等助剂通过物理方法合成有机无机复合物作为包膜材料无疑是一种有效的解决办法。

发明内容

本发明旨在以湿法磷酸脱氟生产氟化钾的同时，充分利用副产二氧化硅在缓释复合肥应用的综合价值，提供一种低成本、高效、环保的缓释复合肥料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥，其特征在于：该缓释复合肥包括2-4mm的磷酸二铵颗粒肥料，其外包裹有共混改性二氧化硅膜层，以及包裹在共混改性二氧化硅膜层外的作为封面剂的石蜡膜层。

按上述方案，所述的共混改性二氧化硅膜层的重量占包裹共混改性二氧化硅膜层之后的磷酸二铵颗粒肥料总重量的35～50wt％。

按上述方案，所述的共混改性二氧化硅膜层为共混改性二氧化硅乳液雾化喷涂干燥而成，所述的共混改性二氧化硅乳液由以下重量份的原料制成：二氧化硅粉末50～70份、质量浓度为4～5％的聚乙烯醇水溶液400份、羧甲基纤维素钠3.5～4.5份、丙三醇7～9份、有机硅消泡剂0.04～0.06份。

按上述方案，所述的二氧化硅粉末是湿法磷酸脱氟制备氟化钾时产生的副产二氧化硅，其粒度在400目以下。

按上述方案，所述的石蜡膜层的重量占共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥总重量的4～6wt％。

所述的共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：

a、将质量浓度4～5％聚乙烯醇水溶液与羧甲基纤维素钠加热高速搅拌混合直至其完全溶解，所述的加热温度为80～90℃，高速搅拌速度为900～1100rpm；

b、在步骤a混合后得到的溶液中添加有机硅消泡剂并搅拌，再加入丙三醇，高速搅拌混合2min，所述高速搅拌速度为900～1100rpm；

c、在步骤b得到的混合液中添加二氧化硅粉末高速搅拌混合30～35min制得共混改性二氧化硅乳液，所述高速搅拌速度为900～1100rpm；

d、选取2～4mm的磷酸二铵颗粒肥料进行预热，所述的预热温度为60～75℃，预热时间为4～6min，再将步骤c制备的共混改性的二氧化硅乳液在其表面多次雾化喷涂热风干燥，包膜后的颗粒冷却至室温，即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵肥料颗粒，所述热风干燥时的温度为90～110℃；

e、在步骤d所得的共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵肥料颗粒表面喷涂石蜡溶液，喷涂后的颗粒经冷风干燥即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵缓释复合肥，所述冷风干燥时的温度为0～40℃。

本发明的有益效果是：

湿法磷酸脱氟制备氟化钾时伴随生成副产二氧化硅粉末，其含有约8％含量的三大主要肥料养分之一的K，其中硅元素也作为植物生长的第四种必要养分元素，采用该二氧化硅包膜的磷酸二铵复合肥，不仅补充了养分元素，而且有利于磷酸二铵复合肥的防结块和延缓了肥料快速释放，使肥料的养分释放期得到明显的增长；

本发明所使用的粘结剂是聚乙烯醇，其生物易降解对环境无危害。采用乳化和高剪切技术达到共混改性，能够提高包膜肥料的缓释性能。本发明的共混改性二氧化硅包膜乳液可以用于任何复合肥料的包膜，具有非常广泛的应用前景；

本发明的缓释肥料采用无有机复合包膜，互补互利。采用本发明的方法能有效提高包膜肥料的缓释性能，工艺简单，操作方便，利于工业化操作。同时，有利于综合利用磷矿中的钾和硅资源，实现了对湿法磷酸各副产物的高效利用，延伸了磷矿资源开发利用的产业链。

本发明的肥料缓释性能的检测根据《缓释肥料》国家标准(GB/T23348-2009)，缓释肥料要在25℃静水中浸泡24小时初期养分释放率小于或等于15％，28天累积养分释放率小于或等于80％。

具体实施方式

本发明通过下面实施例做进一步的说明：

实施例1

将40g质量浓度4％的聚乙烯醇水溶液与0.35g的羧甲基纤维素钠在温度为85℃左右水浴中，搅拌速度为1075rpm的条件下搅拌混合直至其完全溶解，添加0.04g有机硅消泡剂并搅拌一分钟左右，再加入0.7g的丙三醇，高速搅拌混合2min，再添加6.1g二氧化硅粉末高速搅拌混合30min左右制得共混改性二氧化硅乳液，选取2～4mm的磷酸二铵颗粒肥料在60℃温度下进行预热4min，再将制备的共混改性的二氧化硅乳液在其表面多次雾化喷涂，其包膜后的颗粒经90℃温度下热风干燥、后室温冷却，其喷涂包膜量占未封面肥料总重量的36.48％，最后在其表面喷涂石蜡溶液，喷涂后的颗粒经25℃温度下的冷风干燥即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵缓释复合肥，制得包覆率为40.21％缓释复合肥。

实施例2

将40g质量浓度4.5％的聚乙烯醇水溶液与0.4g的羧甲基纤维素钠在温度为85℃左右水浴中，搅拌速度为992rpm的条件下搅拌混合直至其完全溶解，添加0.04g有机硅消泡剂并搅拌一分钟左右，再加入0.8g的丙三醇，高速搅拌混合2min，再添加5.2g二氧化硅粉末高速搅拌混合30min左右制得共混改性二氧化硅乳液，选取2～4mm的磷酸二铵颗粒肥料在65℃温度下进行预热4min，再将制备的共混改性的二氧化硅乳液在其表面多次雾化喷涂，包膜后的颗粒经99℃温度下热风干燥、后室温冷却，其喷涂包膜量占未封面肥料总重量的42.53％，最后在其表面喷涂石蜡溶液，喷涂后的颗粒经25℃温度下的冷风干燥即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵缓释复合肥，制得包覆率为47.62％缓释复合肥。

实施例3

将40g质量浓度5％的聚乙烯醇水溶液与0.4g的羧甲基纤维素钠在温度为85℃左右水浴中，搅拌速度为1049rpm的条件下搅拌混合直至其完全溶解，添加0.04g有机硅消泡剂并搅拌一分钟左右，再加入0.8g的丙三醇，高速搅拌混合2min，再添加6.8g二氧化硅粉末高速搅拌混合30min左右制得共混改性二氧化硅乳液，选取2～4mm的磷酸二铵颗粒肥料在65℃温度下进行预热4min，再将制备的共混改性的二氧化硅乳液在其表面多次雾化喷涂，包膜后的颗粒经103℃温度下热风干燥、后室温冷却，其喷涂包膜量占未封面肥料总重量的37.89％，最后在其表面喷涂石蜡溶液，喷涂后的颗粒经35℃温度下的冷风干燥即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵缓释复合肥，制得包覆率为42.68％缓释复合肥。

实施例4

将40g质量浓度4.5％的聚乙烯醇水溶液与0.45g的羧甲基纤维素钠在温度为85℃左右水浴中，搅拌速度为956rpm的条件下搅拌混合直至其完全溶解，添加0.04g有机硅消泡剂并搅拌一分钟左右，再加入0.9g的丙三醇，高速搅拌混合2min，再添加5.9g二氧化硅粉末高速搅拌混合30min左右制得共混改性二氧化硅乳液，选取2～4mm的磷酸二铵颗粒肥料在75℃温度下进行预热4min，再将制备的共混改性的二氧化硅乳液在其表面多次雾化喷涂，包膜后的颗粒经96℃温度下热风干燥、后室温冷却，其喷涂包膜量占未封面肥料总重量的46.45％，最后在其表面喷涂石蜡溶液，喷涂后的颗粒经20℃温度下的冷风干燥即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵缓释复合肥，制得包覆率为51.86％缓释复合肥。

实施例5

将40g质量浓度5％的聚乙烯醇水溶液与0.4g的羧甲基纤维素钠在温度为85℃左右水浴中，搅拌速度为919rpm的条件下搅拌混合直至其完全溶解，添加0.04g有机硅消泡剂并搅拌一分钟左右，再加入0.9g的丙三醇，高速搅拌混合2min，再添加6.3g二氧化硅粉末高速搅拌混合30min左右制得共混改性二氧化硅乳液，选取2～4mm的磷酸二铵颗粒肥料在70℃温度下进行预热4min，再将制备的共混改性的二氧化硅乳液在其表面多次雾化喷涂，包膜后的颗粒经106℃温度下热风干燥、后室温冷却，其喷涂包膜量占未封面肥料总重量的35.86％，最后在其表面喷涂石蜡溶液，喷涂后的颗粒经25℃温度下的冷风干燥即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵缓释复合肥，制得包覆率为39.26％缓释复合肥。

实施例6

对以上五个实施例制备的磷酸二铵缓释复合肥的缓释性能测试，根据缓释肥料国家标准的方法及要求，具体分析结果如表1：

表1缓释肥料的要求分析结果(25℃)

由表1可见，本发明的共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥产品符合国家标准。

Claims (6)

1.共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥，其特征在于：该缓释复合肥包括2-4mm的磷酸二铵颗粒肥料，其外包裹有共混改性二氧化硅膜层，以及包裹在共混改性二氧化硅膜层外的作为封面剂的石蜡膜层。

2.根据权利要求1所述的共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥，其特征在于：所述的共混改性二氧化硅膜层的重量占包裹共混改性二氧化硅膜层之后的磷酸二铵颗粒肥料总重量的35～50wt％。

3.根据权利要求1所述的共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥，其特征在于：所述的共混改性二氧化硅膜层为共混改性二氧化硅乳液雾化喷涂干燥而成，所述的共混改性二氧化硅乳液由以下重量份的原料制成：二氧化硅粉末50～70份、质量浓度为4～5％的聚乙烯醇水溶液400份、羧甲基纤维素钠3.5～4.5份、丙三醇7～9份、有机硅消泡剂0.04～0.06份。

4.根据权利要求3所述的共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥，其特征在于：所述的二氧化硅粉末是湿法磷酸脱氟制备氟化钾时产生的副产二氧化硅，其粒度在400目以下。

5.根据权利要求1所述的共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥，其特征在于：所述的石蜡膜层的重量占共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥总重量的4～6wt％。

6.权利要求1所述的共混改性二氧化硅乳液包膜磷酸二铵缓释复合肥的制备方法，其特征在于：包括有以下步骤：

a、将质量浓度4～5％聚乙烯醇水溶液与羧甲基纤维素钠加热高速搅拌混合直至其完全溶解，所述的加热温度为80～90℃，高速搅拌速度为900～1100rpm；

b、在步骤a混合后得到的溶液中添加有机硅消泡剂并搅拌，再加入丙三醇，高速搅拌混合2min，所述高速搅拌速度为900～1100rpm；

c、在步骤b得到的混合液中添加二氧化硅粉末高速搅拌混合30～35min制得共混改性二氧化硅乳液，所述高速搅拌速度为900～1100rpm；

d、选取2～4mm的磷酸二铵颗粒肥料进行预热，所述的预热温度为60～75℃，预热时间为4～6min，再将步骤c制备的共混改性的二氧化硅乳液在其表面多次雾化喷涂热风干燥，包膜后的颗粒冷却至室温，即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵肥料颗粒，所述热风干燥时的温度为90～110℃；

e、在步骤d所得的共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵肥料颗粒表面喷涂石蜡溶液，喷涂后的颗粒经冷风干燥即得共混改性二氧化硅包膜磷酸二铵缓释复合肥，所述冷风干燥时的温度为0～40℃。