CN105452197A - 缓释和速释肥料组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

均质的肥料颗粒，其包含缓释(如鸟粪石)和速释磷(P)源。所述均质肥料颗粒可进一步包含其它植物所需的主要营养成分和微量元素。可以用多种方法制备该颗粒。一种方法包括将鸟粪石浆料或细料和水溶性P的液态供料引入造粒机。作为选择，干燥的原料可与水/蒸汽和/或另一种粘结剂在输入造粒机前进行混合。在另一个实施方式中，预混合的干燥原料通过机械压缩和破碎以产生均质的肥料颗粒。

Description

缓释和速释肥料组合物及其制备方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年6月14日提交的美国申请No.61/835476的优先权。对美国目的而言，本申请要求2013年6月14日提交的名称为缓释和速释肥料组合物及其制备方法的美国申请No.61/835476在35U.S.C.§119下的权益，其对于所有目通过参考并入本文。
技术领域
本发明涉及用于植物的肥料。本发明的一些实施方式提供缓释和速释营养成分的颗粒肥料。本发明的一些实施方式提供制备肥料颗粒的方法。
背景技术
植物的生长和健康依靠多种营养成分。特别是三种营养成分是肥料的常规组分：氮(N)，磷(P)和钾(K)。肥料还可以含有其它活性物质，包括大量营养成分，如镁(Mg)、钙(Ca)、硫(S)，微量营养成分，如硼(B)、氯(Cl)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)和镍(Ni)，杀虫剂，除草剂等。
很多肥料组合物的问题在于缺乏植物对于肥料中的营养成分源的持久并且同时的可利用性差。通常，水溶性组分迅速渗入土壤，并且可能通过沥滤、流失或与土壤矿物质化学结合而损失。水不溶性组分可以更长的时间规模释放。
肥料中的营养成分和其它活性物质的可利用性和保持性还会受其它因素影响。例如，土壤的pH水平和水硬度影响磷的生物利用度，因为磷在碱性土壤中被钙并且在酸性土壤中被铝或铁螯合而形成非水溶性沉淀。用硬水灌溉是另一个会限制肥料递送磷的效果的因素，因为硬水具有高钙含量。磷释故速度较低的肥料(缓释肥料)能给植物提供更好的机会摄取该营养成分。营养成分摄取的改善增加营养成分利用效率并减少生长季植物最佳生长所需的肥料量。此外，通过减少使用的肥料量和增加营养成分的摄取效率，可以使用更少的肥料，并且可以减少对环境的影响。
文献中描述了多种控释或缓释肥料。这些包括：AgrotainTM，EnvironmentallySmartNitrogen(ESNTM)，OsmocoteTM，NutricoteTM，andPolyonTM。
另一个重要问题是肥料的成本。希望由低成本原料生产肥料。鸟粪石是一种能作为废水处理过程的副产物得到的物质。从废水获得鸟粪石例如在美国专利No.7622047和8444861中描述。鸟粪石具有式MgNH4PO4·6H2O，并且也称为磷酸铵镁。由于其在水中的低溶解性，鸟粪石的缓释性可以在生长季提供持续磷源。磷的缓释还使磷被土传阳离子的螯合最小化，因为只有存在吸收磷的植物根时，磷才能通过溶解而可利用；因此，通过减少磷在土壤中的存在时间，减少被土传阳离子螯合的量。此外，鸟粪石中镁的存在减轻了关于在碱性土壤中生长或用硬水灌溉的植物摄取无效磷的问题。因此，鸟粪石是一种可用于肥料生产的丰富的可再生的水不溶性磷源。
涉及肥料的专利公开包括：
●US20060230798公开了一种肥料物质，其包含磷酸盐肥料和称为红泥的铝土矿精炼渣磷酸盐粘合剂。
●US20130104612描述了一种磷酸盐肥料化合物，其由不溶性磷源，优选磷酸盐矿，在提取自有机物的配合化合物的存在下制备，特别是在腐殖质的存在下生成有机基-钙-磷酸盐配合物。
●US8262765公开了生产控释肥料的方法，其包括在氨基酸发酵副产物溶液中有意形成磷酸铵镁。
●US20100326151公开了一种团聚肥料产品，其包括营养成分和惰性固体，惰性固体来自源物质如粪便或污水。
●US20110314882公开了一种丸粒或颗粒形式的肥料组合物，其包含掺合吸水聚合物的有机肥料。
●WO2012020427公开了一种包含水不溶、稀酸可溶的聚磷酸盐组合物的肥料。
●WO2012053907公开了一种混合释放速率肥料组合物，其包含酸化的磷酸盐以及缓释钴和速释钴源。
存在能够在即时和持续基础上都提供植物营养成分的肥料，特别是磷的需要。
发明概述
本发明具有多个方面。一方面提供一种肥料，其包含宏观上均匀的颗粒中包含多种营养成分源。该肥料可以包括由鸟粪石小微粒混合速释含磷物质的小微粒制成的颗粒。微粒用或者不用单独的粘结物质而在颗粒中结合在一起。
另一方面提供一种颗粒肥料，其包含具有至少SGN100尺寸的颗粒。该颗粒包含尺寸为约SGN10或更小的鸟粪石微粒和尺寸为约SGN10或更小的水溶性含磷物质微粒。鸟粪石微粒含颗粒中总磷酸盐的6％至18％(在一些实施方式中为7％至17％，或8％至16％)。
在一些实施方式中，水溶性含磷物质在水溶液中是酸性的。例如，水溶性含磷物质的饱和溶液的pH值为5.5或更低。在一些实施方式中，水溶性含磷物质包括选自过磷酸盐、重过磷酸盐、磷酸二氢铵及其混合物的物质。在一些实施方式中，肥料颗粒主要由鸟粪石和水溶性含磷物质组成。在一些实施方式中，鸟粪石微粒在±7％的范围内均匀分布在颗粒中。
在一些实施方式中，鸟粪石微粒和水溶性含磷物质的微粒暴露在颗粒的外表面。鸟粪石微粒和水溶性含磷物质的微粒可均匀分布在颗粒的外表面。
在一些实施方式中，颗粒具有12-28重量％的鸟粪石含量。在一些实施方式中，颗粒中基本上所有磷酸盐都以鸟粪石或水溶性含磷物质的形式。在一些实施方式中，水溶性含磷物质为磷酸二氢铵。
根据这方面的肥料可任选地包括粘结剂，其可以例如，包括磷酸二氢铵，木质素磺酸钙，淀粉或糖蜜。
一个示例的实施方式提供一种包含主要由鸟粪石和磷酸二氢铵组成的颗粒的肥料。
本发明的另一方面提供本文所述肥料的用途，其用于种植任何广泛范围的植物。例如，用于种植块茎植物，如马铃薯，或多叶植物，如莴苣的用途。
另一方面提供一种颗粒肥料，其具有均匀分散在颗粒中的包含鸟粪石和相对速释的含磷物质的混合物的颗粒。颗粒的非鸟粪石级分可以包括水溶性磷源，例如来自磷酸、过磷酸盐(SSP)、富过磷酸盐(DSP)、重过磷酸盐(TSP-Ca(H2PO4)2·H2O)、磷酸二氢铵(MAP)、磷酸氢二铵(DAP)或磷酸氢钙。根据本发明这些方面的肥料，可任选地包括其它营养成分，如，额外的氮、钾、硫源，或任意的有利于植物生长或健康的营养成分或微量营养成分和/或其它活性物质，如杀虫剂，选择性除草剂等。
根据不同实施方式的肥料颗粒包含不同比例的缓释和速释磷。具有不同比例的缓释和速释磷的实施方式可以根据目标植物的磷需求而用于不同应用。一些优选的实施方式包括12-28重量％的鸟粪石。
本发明的其它方面提供制备颗粒肥料的方法。该方法包括将含鸟粪石细料和水溶性含磷物质的混合物进行造粒。方法的不同方面在于引入水溶性含磷物质的方式不同。在一个示例实施方式中，水溶性含磷物质具有液相，并且在液相中与鸟粪石细料结合，以形成浆料，在造粒机中将浆料进行加工产生颗粒。可以加入其它植物营养成分源产生具有多种组成的均匀颗粒。
另一个示例实施方式利用水和/或蒸汽和/或粘结剂以生产包含所需比例的鸟粪石和水溶性含磷物质的浆料，在造粒机中将浆料进行加工产生颗粒。
另一个示例实施方式将小微粒或水溶性含磷物质和干鸟粪石粉末预混。将混合物压缩产生致密形式，如片。然后将致密形式破碎以产生均匀的肥料颗粒。
其它方面和示例实施方式在附图中说明和/或以下说明书中描述。
附图说明
附图说明本发明的非限制性示例实施方式。
图1展示了根据一个示例实施实施方式的肥料颗粒的截面图。
图1A是图1肥料颗粒的1A部分的进一步放大图。
图1B是根据另一个实施方式的肥料颗粒部分的放大图。
图2表示制备肥料颗粒的第一个示例方法的操作流程图。
图3表示制备肥料颗粒的第二个示例方法的操作流程图。
图4表示制备肥料颗粒的第三个示例方法的操作流程图。
具体实施方案
贯穿以下说明书列出了具体详情，以便为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，公知要素可能没有详细显示或描述，以免不必要的模糊公开的内容。下述本发明的实施例的说明不是穷举的或意欲将体系限定为任意示例实施方案的精确形式。因此，认为说明书和附图是示例性的，而非限制性意义。
图1是一个示例肥料颗粒10的放大截面。图1A是颗粒10的1A部分的进一步放大图。图1B是根据另一个实施方式的颗粒10的一部分的放大图。在图1A中可以最好看出，颗粒10包含鸟粪石小微粒12与水溶性含磷物质14的小微粒均匀混合。水溶性含磷物质14优选是在溶于水时释放的磷能有效地被植物吸收(例如以H2PO4 -和HPO4 -2离子的形式)的物质。在一些实施方式中，水溶性含磷物质14是磷酸二氢铵(MAP)、磷酸氢二铵(DAP)，两者的组合，或其它鉴于目前公开的本领域技术人员已知的合适的磷酸盐。
本申请人发现，当鸟粪石微粒12在酸性环境下时，磷从鸟粪石微粒12释放的速度更快。这可以例如通过选择酸性水溶性含磷物质14达到。例如，水溶性含磷物质14可以包含一种或多种过磷酸盐、重过磷酸盐或磷酸二氢铵，它们都是酸性的。通常过磷酸盐溶液的pH≤2。通常重过磷酸盐的pH值在约1-3的范围内。通常磷酸二氢铵溶液的pH值在4-4.5的范围内。在一些实施方式中，颗粒10易溶于水的那些部分在水中的溶解产生酸性溶液。在一些实施方式中，所述溶液饱和时的pH不超过5.5，在一些实施方式中不超过5。改变颗粒10的组成来调节颗粒10易溶于水的那些部分的酸性是调节磷从鸟粪石微粒12到被植物摄取使之可利用所经时间段的一种方式。
一旦颗粒10与土壤接触而变潮，降低颗粒10易溶于水的那些部分的酸性，会减缓磷从鸟粪石微粒的释放，同时增强颗粒10易溶于水的那些部分的酸性，会加快磷从鸟粪石微粒12的释放。
将鸟粪石与水溶性磷源组合能使磷即时和持续递送到植物。整个颗粒10中鸟粪石12的存在，防止了不在颗粒10表面的水溶性含磷物质14与任何周围的水接触。颗粒10内部的水溶性含磷物质14微粒受到保护直到颗粒10的外层被侵蚀至颗粒10内部的水溶性含磷物质14微粒暴露在水中的点。
磷，通常为磷酸盐(P2O5)，以多种不同的形式存在于肥料中。在任何特定肥料中，磷酸盐被植物吸收的可利用性取决于其中所存在的磷酸盐的形式。这种可利用性可以通过确定肥料在各种溶剂中的溶解度进行评估。例如，磷酸盐可以下述形式存在：水溶性、中性柠檬酸铵可溶或不可溶、柠檬酸可溶或不可溶，和酸可溶。“可利用的磷”定义为水溶性和枸溶性级分的磷酸盐肥料之和。两种形式的可溶性源植物都能够利用。
测定水溶性磷酸盐和枸溶性磷酸盐的示例方法描述于：AOAC：OfficialMethodsofAnalysis15thEdition，1990，描述了国际标准机构AOAC(ASSOCIATIONofOFFICIALANALYTICALCHEMISTS)规定的标准方法；
Guidetolaboratoryestablishmentforplantnutrientanalysis；FAOFertilizerandplantnutritionbulletin19；FOODANDAGRICULTUREORGANIZATIONOFTHEUNITEDNATIONS，Rome，2008ISSN0259-2495
将它们通过参考引入本文。
可以例如，通过在蒸馏水中溶解或依次用蒸馏水洗涤样品来确定肥料样品的水溶性磷酸盐(P2O5)。例如，将1g的肥料样品置于安装在漏斗中的滤纸上。可以用少量水冲洗样品，直至收集250ml滤液。然后可以测量滤液的磷酸盐含量，例如使用重量法，例如磷钼酸喹啉鎓重量法或磷钼酸铵体积法。滤纸上残留的残余物含有样品中P的水不溶部分，也可以对其进行分析以确定磷酸盐含量。
可以使用中性柠檬酸铵溶液作为溶剂以类似的方式测量枸溶性磷酸盐。
在一些实施方式中，水溶性含磷物质14具有至少80％的水溶性磷酸盐含量。在一些实施方式中，鸟粪石微粒12包括5％或更少的水溶性磷酸盐和至少80％的枸溶性磷酸盐。通常鸟粪石的水溶解度不超过约1.0％，柠檬酸盐溶解度约99％。通常MAP的水溶解度约为87％，柠檬酸盐溶解度约为13％。
鸟粪石12和水溶性含磷物质14的相对量可以在宽范围变化。在一些实施方式中，颗粒10的鸟粪石含量在约1重量％至约99重量％的鸟粪石的范围。在其它实施方式中，颗粒10的鸟粪石含量约5重量％至50重量％的范围，水溶性含磷物质14的含量在约95重量％至50重量％的范围。申请人发现对于某些应用特别有利的鸟粪石的相对量为鸟粪石微粒12提供的总磷酸盐的7％至15％，剩余的总磷酸盐含量的93％至85％由水溶性含磷物质14提供。当水溶性含磷物质14为MAP时，其对应于颗粒中约12～28重量％的含磷酸盐成分是鸟粪石，剩余88～72重量％为MAP。
颗粒10在宏观水平上是均匀的。在一个实施方式中，鸟粪石12和水溶性含磷物质14小微粒均匀地分散在整个颗粒10中。在其它实施方式中，将颗粒10紧密地用水溶性含磷物质14和鸟粪石12微粒装填。在其它实施方式中，颗粒10松散地用水溶性含磷物质14和鸟粪石12微粒装填。在还其它实施方式中，相对于内部区域，颗粒10外部区域具有较高浓度的水溶性含磷物质14。在进一步的实施方式中，水溶性含磷物质14和鸟粪石12的微粒暴露在颗粒10的外表面。在其它实施方式中，水溶性含磷物质14和鸟粪石12的微粒在10±7％的范围内均匀分布在颗粒10外表面。在还其它实施方式中，相对于内部区域，颗粒10的外部区域具有较高浓度的鸟粪石12。在一些实施方式中，整个颗粒10中的鸟粪石12和水溶性含磷物质14的比例在±7％的范围内恒定。在一个实施方式中，鸟粪石12的微粒在±7％的范围内均匀分布在颗粒10中。在另一个实施方式中，水溶性含磷物质的微粒在±7％的范围内均匀分布在颗粒10中。
在示例实施方式中，颗粒10以约1至6毫米的直径或其它特征尺寸来表征。微粒大小用尺寸导号(SGN)来描述。SGN以中间颗粒尺寸直径的毫米数乘以100来给出。例如，SGN311对应于3.11mm的中间颗粒尺寸。在一个实施方式中，颗粒10的尺寸为SGN100至SGN600，包括端点。
水溶性含磷物质14和鸟粪石12微粒的特征尺寸比颗粒10的特征尺寸小100倍或更小(例如，在一些实施方式中不超过约0.1mm(SGN10或过150目尺寸的筛)，在其它实施方式中不超过约75μm(SGN7.5/过200目尺寸的筛))。在一些实施方式中，鸟粪石12的微粒为约100μm或更小(约SGN10或更小)。在其它实施方式中，水溶性含磷物质14微粒为约100μm或更小(约SGN10或更小)。可以调整颗粒10中鸟粪石12微粒的尺寸来调节颗粒10的鸟粪石相的溶解速率。例如，如果需要较慢地溶解鸟粪石12，那么可以使鸟粪石12微粒的尺寸较大。另一方面，如果需要较快地溶解鸟粪石12，那么可以使鸟粪石12微粒尺寸较小。
在一个实施方式中，鸟粪石12微粒和水溶性含磷物质14微粒的尺寸是类似的。在其它实施方式中，这样的微粒尺寸是相同的。在还其它实施方式中，鸟粪石12的微粒和水溶性含磷物质14的微粒具有不同的尺寸。
颗粒10的硬度/破碎强度为约41bs或更高。
在一个实施方式中，颗粒10的形状是球形或基本上球形的。在其它实施方式中，颗粒10的形状是椭圆形或基本上椭圆形的。颗粒10还可以具有其它形状。有利地，颗粒10具有允许主体颗粒10适当流过用于施用颗粒的设备，如肥料播撒机/或肥料条播机的形状。
在一个实施方式中，颗粒10是尺寸基本均匀的。在还其它实施方式中，颗粒10的尺寸存在不均匀性。在其它实施方式中，肥料包括不同尺寸的颗粒10的混合物。在其它实施方式中，肥料包含具有不同组成的鸟粪石12和水溶性含磷物质14的颗粒10的混合物。在还其它的实施方式中，肥料包含具有不同分布的鸟粪石12和水溶性含磷物质14的颗粒10的混合物。优选地，颗粒10是足够类似的尺寸，以使在颗粒10的运输期间颗粒10不析出。
在一个实施方式中，鸟粪石12和水溶性含磷物质14在颗粒10中是可区分的微粒的形式。在其它实施方式中，如图1B所示，水溶性含磷物质14的微粒是围绕鸟粪石12的基质的形式。在其它实施方式中，颗粒10是鸟粪石12微粒层和水溶性含磷物质14微粒层形成的。在还其它实施方式中，颗粒10是鸟粪石12微粒和水溶性含磷物质14微粒的交替层形成的。在进一步的实施方式中，所述鸟粪石12微粒和水溶性含磷物质14微粒的交替层是同心交替层。
颗粒10可任选地包含用于将鸟粪石12微粒和水溶性含磷物质14微粒粘结到一起的粘结剂。在一个实施方式中，粘结剂是木质素磺酸钙。在其它实施方式中，粘结剂为淀粉。在还其它实施方式中，粘结剂是糖蜜。在进一步的实施方式中，粘结剂是MAP。
颗粒10可任选地进一步用包膜剂包膜。在一个实施方式中，包膜剂是生物剂。在还其它实施方式中，包膜剂包括促进植物生长的根际细菌，如根瘤菌、固氮菌、固氮螺菌(azospirilum)、和/或蓝藻细菌。在进一步的实施方式中，包膜剂包括其它可增强植物生长的物质。在其它实施方式中，包膜剂包括一种或多种可帮助控制磷释放的物质，如热塑性塑料。
在一个实施方式中，在颗粒10放置于有湿气的区域时，如土壤持水(soil-laden)区，当与湿汽接触时，水溶性含磷物质14微粒首先溶解。在这种溶解下，这样颗粒10将包含孔穴，湿汽可以渗透该孔穴。湿汽通过这些孔穴渗透颗粒10会增强颗粒10没有暴露部分的水溶性含磷物质14微粒的溶解。
最初温室研究种植莴苣9周。将这里所述的肥料，其包括由鸟粪石与MAP以不同比例联合造粒得到的颗粒，以801bsP2O5/英亩当量的P2O5施用率施用。土壤是沙壤土。温室照明每天日光16小时。该研究显示，与用磷酸二氢铵施肥的对照试验相比，含15重量％鸟粪石的肥料产量高3.7％，含25重量％鸟粪石的肥料产量高3.0％。当测试的肥料组合物含高于25重量％或少于15％重量的鸟粪石时，提供较低的莴苣产量。接下来的温室试验发现，与用磷酸二氢铵施肥的对照试验相比，施用含15重量％鸟粪石的肥料产量高1.7％。
在温室研究中，一个实验是施用含鸟粪石粒料和MAP颗粒共混物的肥料。对照实验是施用含鸟粪石微粒和磷酸氢二铵(DAP)颗粒的肥料。发现，鸟粪石-MAP混合物的产量比鸟粪石-DAP混合物高15.9％。两种情况下，磷酸盐总量和以鸟粪石形式提供的磷酸盐量都是相同的。
在大田种植莴苣试验中，将本文所述的肥料，其包含由鸟粪石与MAP以不同比例联合造粒得到的丸粒，以801bsP2O5/英亩当量的施用率施用。土壤是沙壤土。为了对照，将实验用含25重量％鸟粪石的共混肥料施肥，其中，鸟粪石和MAP以分开的颗粒提供。大田试验发现含15重量％鸟粪石的肥料和含25重量％鸟粪石的肥料表现相当，比共混肥料的产量高29.9％。
这些试验发现，相对于可比较的水溶性磷酸盐和缓释磷酸盐以单独分开的颗粒提供的共混肥料，联合造粒产品(也就是每个颗粒中具有水溶性和缓释P的均质产品)在缓释P更低含量下，更有效。
本文所述肥料的一个应用是用于种植马铃薯或其它类似的植物。在块茎形成初期，将这种肥料以足以提供所需水平的水溶性磷酸盐的量施用，诱导形成许多马铃薯。然后，在季节后期马铃薯的膨胀期，相同肥料能提供充足的缓释磷酸盐以供那些许多小马铃薯长大。这能改善马铃薯的产量和品级。作为对照，根据目前常规的农业实践，施用含全都为水溶性形式的磷酸盐的肥料，可以导致萌发大量的马铃薯，然后，在季节后期，由于可利用的磷酸盐非最佳的低浓度，因而马铃薯生长缓慢。马铃薯保持太小(或是较小价值的小尺寸品级)。
像颗粒10的颗粒可以很多方式制备。下面是一些用于生产肥料颗粒的非限制性示例方法。任意的这些方法可用于制造像上述颗粒10的肥料颗粒。在优选的实施方式中，肥料颗粒包括小微粒的鸟粪石。方法的不同之处在于对鸟粪石微粒进行加工以生产肥料颗粒的方式。
图2说明了根据一个示例实施方式的工艺20。工艺20包括化学造粒。在工艺20中，可通过累积形成颗粒。在工艺20中，鸟粪石22被粉末化，例如通过在适合的磨机23中破碎或研磨(除非鸟粪石22已经是合适的小微粒的形式)。通过氨24和水溶性磷酸盐25，例如磷酸或其它本领域技术人员已知的可溶磷酸盐，反应得到液相物质26。该反应在合适的反应器中进行，如合适的槽式预中和器或管式反应器。
将粉末化的鸟粪石22和液相物质26引入造粒机28。这可以通过在反应器27中将粉末化的鸟粪石22和液相物质26混合形成浆料，然后将浆料引入造粒机28实现。鸟粪石22的细料也可以直接从磨机23引入造粒机28或通过再循环路径引入，其中例如鸟粪石22可以与干燥的再循环物质(例如包括干燥的再循环产物和/或破碎的过大尺寸物质和/或过小尺寸物质)混合。在一些实施方式中，在引入造粒机28前，可以用搅拌磨(pugmill)或其它机械混合装置预混干燥的固体(如鸟粪石)和液体。其中将鸟粪石22以细料直接引入造粒机28的情况，在一些实施方式中，鸟粪石微粒22的尺寸为直径约1mm或更小。在其它实施方式中，鸟粪石微粒22的尺寸为直径小于100μm。
任选地，向造粒机28加入粘结剂以增加颗粒强度和粘着性。木质素磺酸钙、淀粉或糖蜜粘结剂可以用于帮助改善造粒。MAP也可以用作粘结剂。
在一些实施方式中，进入造粒机28的物质的鸟粪石含量最高为25重量％(如1％-25％)。在一些实施方式中，进入造粒机28的物质的鸟粪石含量在约12-约28重量％的范围。在一些实施方式中，由在鸟粪石中的磷酸盐提供的进入造粒机28的物质中的总磷酸盐比例在6-18％的范围(在一些实施方式中为7-15％)。优选地，进入造粒机28的物质的鸟粪石含量是这样的比例，使得颗粒10保持粘着性并且具有足够的鸟粪石以使产品在经济上有吸引力。鸟粪石微粒22可以细料注入造粒设备的再循环料流或者以浆料注入造粒机28。输入造粒机28的固体和液体原料的特定组成取决于肥料的具体配方，所述肥料根据下述非穷举性变量生产，包括：1)所需的营养成分的比率，2)营养成分可溶性需求，3)反应热，4)限制鸟粪石热分解的温度限制，5)pH，以及6)工艺设备和装置限制。
造粒机28可以例如包括滚筒造粒机、流化床、搅拌磨、管式反应器或可选地，可以向造粒机28中输入蒸汽、水、洗涤液和/或额外的氨和酸，以便优化每一个具体配方的造粒性能。
除了磷，通过工艺20生产的颗粒产品还可以包含水溶性形式的氮，其为肥料中的大量营养成分。在一个实施方式中，产品中的氮来自MAP和DAP，它们都以氨的形式含水溶性氮。
通过工艺20生产的颗粒产品还可以包括镁、其它大量营养成分。在一个实施方式中，产品中的镁来自输入造粒机28的鸟粪石22的热分解。在一些实施方式中，导致鸟粪石22分解的产品床的温度范围为55℃至75℃。
将由造粒机28输出的颗粒干燥和在29中筛分，得到产品尺寸的物质。将产品冷却、包膜以减少结块。可以将尺寸不在所需范围内的(过大和/或过小)的颗粒破碎，并返回到造粒机28中。这种过大或过小的颗粒可以帮助吸收造粒机28中过量的湿气以控制产品的尺寸。
在一个实施方式中，在29中使用筛将颗粒产品过筛以进行尺寸分离。在其它实施方式中，颗粒产品通过重量分离。
图3说明了根据另一个示例实施方式的工艺30，其通过蒸汽/水造粒生产肥料颗粒。在工艺30中，蒸汽和/或水37加入到造粒机34，提供造粒所需的所有或大部分的流体。
在工艺30中，将鸟粪石32粉末化，例如，通过在适合的磨机33中破碎或研磨(除非鸟粪石32已经是合适的小微粒形式)。提供以含水量最高25重量％的浆料形式的鸟粪石32是方便的。在一个实施方式中，鸟粪石32微粒的直径最高1mm。在其它实施方式中，鸟粪石32微粒的直径最高100μm。将鸟粪石32与其它粉末化的原料33(如一种或多种水溶性含磷物质，其它营养成分，粘结剂35(如MAP，木质素磺酸钙，淀粉或糖蜜等))配比并输入造粒机34中。物质可以一起或以两个或多个单独料流进入造粒机34。任选地，将可任选地包括一种或多种液体的原料在输入造粒机34之前预混，例如在搅拌磨或类似设备中(未显示)。鸟粪石32还可以通过再循环途径加加入造粒机34中(再循环途径可以输送例如再循环的干燥产品和/或破碎的过大尺寸物质和/或过小尺寸物质)。
造粒机34可包括，例如转鼓、搅拌磨或圆盘造粒机。在造粒机34中引入足以使干燥原料聚集成具有所需尺寸和特性的颗粒的量的蒸汽和/或水37。
将颗粒在干燥机36中干燥，在筛38上或其它尺寸选择机中筛分以将产品尺寸的颗粒与过大或过小尺寸颗粒分离。将过大或过小尺寸的颗粒破碎并再循环到造粒机34中。在一个实施方式中，颗粒在筛38上以重量筛分。作为再循环工艺的一部分，产品尺寸的物质也可以再循环和再引入造粒机34以吸收造粒机中过量的水分，并控制产品尺寸。如果需要，可以将产品冷却并包膜以减少结块。
图4是表示根据另一个示例实施方式的工艺40的工艺图，其中由干燥的原料通过压缩形成肥料颗粒。
在工艺40中，将待引入均质肥料产品颗粒中的细微的、非颗粒状鸟粪石42源、水溶性含磷物质43和任何其它营养成分在混合机44中配比并彻底混合。有利地，鸟粪石42微粒的尺寸为约100μm或更小(约SGN10或更小)。有利地，水溶性含磷物质微粒的尺寸为约100μm或更小(约SGN10或更小)。任选地，合适的物质(如本文示例)可以作为粘结剂41加入到混合物中，以增强产品的性能。为达到希望的营养成分比例，希望其它肥料成分，水溶性和缓释组分的混合物，产品特征和/或微量营养成分可以任选地加入到混合物中。
通过合适的压机45将混合物压制成致密形式。例如，在一个实施方式中，混合物通过施加机械力形成致密的硬片，在一些实施方式中，其厚度大约2-3cm。压机45可包括，例如，多个反向转动的水平反向辊(horizontally-opposedrollers)。然后将混合物在通过两辊之间时进行压缩。
然后将所得肥料的片以控制方式破碎，例如用破碎机47，以产生较小的颗粒。然后将破碎的物质在筛上或其它尺寸选择机48中筛分，以得到所需产品尺寸范围的颗粒。在一些实施方式中，尺寸选择机48通过重量选择颗粒。可以将过大或过小颗粒破碎并返回到压机45。
通常，通过压缩制备的颗粒肥料的颗粒形状与由上述讨论的其它造粒方式制成的颗粒相比更不规则。
本文所述的任意方法制备的颗粒根据所需的应用要求含有鸟粪石(1-99重量％)和可溶性磷(99-1重量％)。在一些实施方式中，颗粒包括12-28重量％范围的鸟粪石。在一些实施方式中，由鸟粪石中的磷酸盐提供的颗粒中总磷酸盐比例在6％-18％范围(在一些实施方式中为7％-15％)。在一些实施方式中，基本上所有的磷酸盐残余物都是可溶性磷形式。
可以由上述任意生产工艺生产的类似于颗粒10的产品颗粒，可以不同的方式对植物施肥。例如，通过将产品颗粒置于土壤表面以下，产品颗粒可作为带状肥料(bandedfertilizer)使用。在一些实施方式中，产品颗粒置于表面以下2cm处。在其它实施方式中，产品颗粒也可以掺入土壤中使用。
基于说明的目的已经描述了体系、方法和设备的具体实例。但这些仅仅是实例。本文提供的技术可应用于不同于上述示例性体系的体系中。在本发明的实践中，可进行多种改变、改进、增加、省略和替换。本发明包括技术人员基于所述实施方案显而易见的变型，其包括通过用等同特征、要素和/或作用代替所述特征、要素和/或作用；由不同实施方案的特征、要素和/或作用混合并匹配；将本文所述实施方案中的特征、要素和/或作用与其它技术的特征、要素和/或作用结合；和/或省略来自实施方案中的组合特征、要素和/或作用而得到的变型。
另外，尽管要素通常以连续实施的形式展示，但其也可同步或以其它顺序实施。因此，下文的权利要求应解释为包括在其预期范围内的全部这类变型。
因此，下文所附的权利要求和后续引入的权利要求应解释为包括所有可被合理预期的改进、替换、增加、省略和下位组合。权利要求的范围不应局限于在实施例中列举的优选实施方案，而应被赋予与说明书整体相一致的最宽解释。

Claims (69)

1.一种颗粒肥料，其包含：
尺寸至少为SGN100的颗粒，该颗粒包括尺寸为约SGN10或更小的鸟粪石微粒和尺寸为约SGN10或更小的水溶性含磷物质；
其中鸟粪石微粒包含颗粒中总磷酸盐的6％-18％。
2.根据权利要求1所述的肥料，其中水溶性含磷物质在水溶液中是酸性的。
3.根据权利要求2所述的肥料，其中水溶性含磷物质的饱和溶液的pH值为5.5或更小。
4.根据权利要求2所述的肥料，其中水溶性含磷物质包括选自过磷酸盐、重过磷酸盐、磷酸二氢铵及其组合的物质。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的肥料，其中鸟粪石微粒在±7％范围均匀分布在颗粒中。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的肥料，其中鸟粪石微粒和水溶性含磷物质微粒暴露在颗粒的外表面。
7.根据权利要求6所述的肥料，其中鸟粪石微粒和水溶性含磷物质微粒均匀分布在颗粒的外表面。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的肥料，其中颗粒中鸟粪石的含量在12-28重量％范围。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的肥料，其中颗粒中基本上所有的磷酸盐是鸟粪石或水溶性含磷物质的形式。
10.根据权利要求9所述的肥料，其中所述水溶性含磷物质是磷酸二氢铵。
11.根据权利要求1-10任意一项所述的肥料，其包含粘结剂。
12.权利要求11所述的肥料，其中所述粘结剂包括磷酸二氢铵，木质素磺酸钙，淀粉和糖蜜。
13.根据权利要求1-9任意一项所述的肥料，其中颗粒主要由鸟粪石和磷酸二氢铵组成。
14.根据权利要求1-13任意一项所述的肥料，颗粒的形状是基本球形或基本椭圆形的。
15.根据权利要求1所述的肥料，其中水溶性含磷物质包括以下一种或多种：磷酸、过磷酸盐、富过磷酸盐、重过磷酸盐、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸氢钙。
16.根据权利要求1-15任意一项所述的肥料用于种植块茎植物的用途。
17.根据权利要求16所述的用途，其中植物包括马铃薯。
18.根据权利要求16或17所述的用途，包括在块茎形成期之前施用肥料。
19.根据权利要求1-15任意一项所述的肥料用于种植莴苣的用途。
20.根据权利要求19所述的用途，包括将肥料以至少80lbsP2O5/英亩当量的施用率施用。
21.一种颗粒肥料，包括将缓释低水溶性磷源和速释水溶性磷源一起结合到颗粒中。
22.根据权利要求21的肥料，其中缓释磷源包括鸟粪石。
23.根据权利要求21或22的肥料，其中速释磷源包括以下一种或多种：磷酸、过磷酸盐、富过磷酸盐、重过磷酸盐、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸氢钙。
24.根据权利要求21-23任意一项所述的肥料，进一步包括其它必要或非必要的营养成分和微量元素源。
25.根据权利要求21-24任意一项所述的肥料，进一步包括粘结剂。
26.根据权利要求21-25任意一项所述的肥料，其中速释磷源是包围缓释磷源微粒的基质形式。
27.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石是粒料形式。
28.根据权利要求27所述的肥料，其中鸟粪石微粒的尺寸为约100μm或更小。
29.根据权利要求27所述的肥料，其中鸟粪石微粒的尺寸为约SGN10或更小。
30.根据权利要求27所述的肥料，其中鸟粪石微粒过150目或更大的筛。
31.根据权利要求21-30任意一项所述的肥料，其中速释磷源为粒料形式的水溶性含磷物质。
32.根据权利要求31所述的肥料，其中水溶性含磷物质微粒的尺寸为约100μm或更小。
33.根据权利要求31所述的肥料，其中水溶性含磷物质微粒的尺寸为约SGN10或更小。
34.根据权利要求31所述的肥料，其中水溶性含磷物质微粒过150目或更大的筛。
35.根据权利要求21-34任意一项所述的肥料，其中颗粒的尺寸在约1mm至约6mm的范围。
36.根据权利要求21-34任意一项所述的肥料，其中颗粒的尺寸等于或大于约1mm。
37.根据权利要求21-34任意一项所述的肥料，其中颗粒的尺寸等于或小于约6mm。
38.根据权利要求27所述的肥料，其中鸟粪石微粒在±7％的范围内均匀分布在颗粒中。
39.根据权利要求31所述的肥料，其中水溶性含磷物质微粒在±7％的范围内均匀的分布在颗粒中。
40.根据权利要求31所述的肥料，其中水溶性含磷物质微粒均匀分布在颗粒中。
41.根据权利要求21-40任意一项所述的肥料，其中鸟粪石和水溶性含磷物质暴露在颗粒的外表面。
42.根据权利要求41所述的肥料，其中鸟粪石微粒和水溶性含磷物质微粒均匀分布在颗粒的外表面。
43.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在10-29重量％范围。
44.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量为大于或等于1％。
45.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约1重量％至约9重量％范围。
46.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约10重量％至约19重量％范围。
47.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约20重量％至约29重量％范围。
48.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约30重量％至约39重量％范围。
49.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约40重量％至约49重量％范围。
50.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约50重量％至约59重量％范围。
51.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约60重量％至约69重量％范围。
52.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约70重量％至约79重量％范围。
53.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约80重量％至约89重量％范围。
54.根据权利要求22所述的肥料，其中鸟粪石的含量在约90重量％至约99重量％范围。
55.一种制备肥料的方法，该方法包括：
将鸟粪石和水溶性含磷物质混合；
将所述混合物造粒成颗粒；和
基于尺寸选择颗粒。
56.根据权利要求39所述的方法，进一步包括将鸟粪石研磨或破碎成粉末化鸟粪石的步骤。
57.根据权利要求39所述的方法，其中造粒步骤包括湿法造粒。
58.根据权利要求39所述的方法，其中造粒步骤包括干法造粒。
59.根据权利要求39所述的方法，其中造粒步骤包括化学造粒。
60.根据权利要求55-59任意一项所述的方法，其中水溶性含磷物质包括磷酸二氢铵(MAP)，磷酸氢二铵(DAP)或两者的组合。
61.根据权利要求55-59任意一项所述的方法，其中水溶性含磷物质在水溶液中是酸性的。
62.根据权利要61所述的方法，其中水溶性含磷物质的饱和溶液的pH值为5.5或更小。
63.根据权利要求61或62所述的方法，其中水溶性含磷物质包括选自过磷酸盐、重过磷酸盐、磷酸二氢铵及其组合的物质。
64.根据权利要求61-63任意一项所述的方法，其中鸟粪石包含浆料中总磷酸盐的7％-15％。
65.根据权利要求61-64任意一项所述的方法，其中鸟粪石包含颗粒中总磷酸盐的7％-15％。
66.根据权利要求55-65任意一项所述的方法，进一步包括收集过大和/或过小颗粒并且将过大和/或过小颗粒返回用于造粒的混合物中的步骤。
67.根据权利要求55-66任意一项所述的方法，进一步包括在将混合物造粒成颗粒之前，将粘结剂与鸟粪石和水溶性含磷物质混合的步骤。
68.根据权利要求所述的方法，其中颗粒中鸟粪石含量在12-28重量％的范围。
69.根据权利要求55-68任意一项所述的方法，其中水溶性含磷物质主要由磷酸二氢铵组成。
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