CN105481506A - 一种以矿石为原料制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种以矿石为原料制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，其特征在于主要由以下重量份的矿石作为原料:钾长石40~50份、磷矿石40~50份、麦饭石10~20份;该复合肥料的制备过程分为四个阶段：矿石预处理阶段，磷酸高温反应阶段，水浸取阶段，氨水中和及后处理阶段;本发明制得的复合肥不仅能提供植物生长所需的各种大中微量营养元素，平衡营养，且具有速效性和长效性相结合的特点，将传统无机肥和有机肥的优势集于一体，具有良好的应用前景。

Description

一种以矿石为原料制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法

技术领域

本发明涉及无机生态肥的制备领域，尤其是涉及一种以矿石为原料制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法。

背景技术

我国是农业大国，农业是我国的基础。肥料与农作物生产紧密相关，是自然生态良性循环中的基础环节，它对农作物、绿色食品生产有重要作用肥料在稳定我国农业的持续增长中起到了举足轻重的作用。近年来，我国农业使用的化肥量大幅度增加，传统无机化肥含有营养元素单一或较少，虽然养分含量高，肥效迅速但时效短，改善土壤的作用不大，甚至有破坏土壤性质的副作用，传统化肥的大量使用，大大降低了土壤的透气性及疏松性，使得土壤结板，有机质下降，肥力下降。同时，土壤的理化环境也发生变化，酸性增强。土壤酸化能溶解营养物质，并导致有害物质的释放及增强，长期以来势必影响农业的可持续发展。相比而言，有机肥含有几乎所有的矿质元素，是一种完全肥料，虽然有着养分种类多、肥效长而稳、有着改善土壤性质和良好的生态效益，但其养分含量低效缓，难以满足作物旺盛生长时对养分需求，同时重量、体积大，贮运不便。因此，研究见效快、持续长久、安全环保的新型复合肥料具有很大的意义。矿物肥含有大量的矿物质与有益微生物，含有农作物所需的各种营养元素和丰富的有机质，具有无污染、无公害、肥效持久，壮苗抗病，改良土壤，提高产量，改善品质等诸多优点，又能克服大量使用化肥、农药带来的环境污染，生态破坏，土壤地力下降等弊端，是一种综合传统无机肥和有机肥的新型复合肥料，我国作为世界上矿产资源种类齐全、储量丰富的少数国家之一，研究发展矿物肥料已经逐步成为了我国可持续农业发展的重要技术支撑。目前，国内外对于矿物肥制备较为成熟的方法有如下几种：(1)水热硫化法。该法在制备过程中硫化温度影响大，同时因管道和闸阀磨蚀严重，硫化温度对浮选指标影响大、能耗高，难于实现规模化生产，投入产出比值大，未能得到深入研究和广泛应用。(2)酸碱浸出法。该工艺处理含金属矿物时，由于金属能形成络合物而在溶液中分散，造成溶液成分复杂，提取回收流程冗长，因而不宜用于处理金属品位高的矿石，工业实施中必须考虑酸碱的有效回收，试剂消耗较大，限制了该工艺的发展。(3)微生物浸出法。此法在目前应用越来越广泛，且具有一定的前景，但技术障碍因素大，对技术、设备等要求高，生产费用高，很难转入高效的工业性生产。

由上可见，研究通过矿物制取集速效与长效功能为一体的复合肥料的新方法，具有很大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种以矿石为原料制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，解决传统无机肥缓释性差，而有机肥见效慢的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种以矿石为原料制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，其特征在于主要由以下重量份的矿石作为原料:钾长石40~50份、磷矿石40~50份、麦饭石10~20份;优选的，所述钾长石为含钾的硅铝酸盐矿物，其中氧化钾含量大于9%；所述磷矿石为常见的磷灰石，主要成分为磷酸钙；所述麦饭石为具有生物活性的复合矿物，以无机硅铝酸盐为主要成分，除含有各种大中微量元素外，同时含有很多其他金属元素;所述新型复合肥料的方法,其特征在于：该复合肥料的制备过程分为四个阶段：矿石预处理阶段，磷酸高温反应阶段，水浸取阶段，氨水中和及后处理阶段;

所述矿石预处理的具体操作方法为，将磷矿石，麦饭石按比例置于反应容器中，加入硫酸溶液，升温至35~55℃，反应2~4h,待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，抽滤，自然干燥。

优选的，所述反应容器为带聚四氟乙烯内衬的反应器。

优选的，所述硫酸溶液的浓度为50~70g/L，硫酸溶液加入量为矿石重量的4~6倍。

所述磷酸高温反应阶段的具体操作方法为，将钾长石与处理后的磷矿石、麦饭石按比例混合，置于水热反应釜中，加入磷酸溶液，升温至240~260℃，并恒温2.5~3.5h，然后停止加热，冷却至室温，并继续反应1~2h。

优选的，所述反应釜为带聚四氟乙烯内衬的反应釜。

优选的，所述磷酸溶液的质量分数为60~70%，磷酸溶液加入量为矿石总重量的2~2.5倍。

所述水浸取阶段的具体操作方法为，向反应体系中加入一定量的水，升温至65~75℃，浸取60~70min。再升温至85~90℃，浸取60~70min。

优选的，所述水的加入量为矿石总重量的15~20倍。

所述氨水中和及后处理阶段有以下两种具体操作方法：(a)将上述混合反应物过滤，用氨水中和滤液，滤饼干燥后即得富含磷、硅等元素的长效肥料。滤液经蒸发，进一步浓缩，得到富含氮、磷、钾等各种营养元素的速效复合肥料。（b）将上述长效肥与速效肥混合得到速效与长效相结合的复合肥料。

本发明先对磷矿石、麦饭石进行预溶，然后用磷酸溶液在高温下与矿石反应，再用水对反应产物进行浸取，提取可溶性氮、磷、钾及其他元素。最后，用氨水中和浸取滤液。随着氨水的加入，H₂PO₄ ^-、HPO₄ ^2-逐渐转变为PO₄ ^3-。其中，H₂PO₄ ^-、HPO₄ ^2-、PO₄ ^3-与Ca²⁺等离子形成沉淀，最终得到的肥料具有长效性。而PO₄ ^3-与NH₄ ⁺等离子形成可溶于水的化合物，最终得到的肥料具有速效性。而硅元素的存在，也可形成溶解性能具有差异的化合物，实现速效与长效的结合。通过控制氨化终点的pH值，可控制速效部分中氮钾元素与磷元素的相对含量，也可控制速效部分与长效部分的相对含量。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中使用的矿石原料来源广，成本较低，制肥所用矿石无需精制，对材料要求较低。反应过程可连续进行，制取效率较高。通过有效的后处理，能达到环境友好要求。

（2）本发明制备方法中的矿石预处理过程，能有效去除矿石中过量及不必要的金属杂质，从而防止其对土壤及植物的不利影响。其中包括以白云石形式存在于磷矿石中的镁杂质，以及存在于麦饭石中的铜、钴、钼、锡等金属元素。

（3）本发明使用的钾长石主要成分为K₂O·Al₂O₃·6SiO₂，不仅能提供植物生长所需的营养元素，同时，由于K₂O不易流失，使其具有良好的缓释性能。而麦饭石中含有多种植物生长所需的常量元素及微量元素，加上反应过程中氮元素的大量引入，使得制备的复合肥料能满足植物生长的各个阶段。

（4）本发明制得的复合肥料，其具有速效和长效的双重优势。磷酸氢钙、磷酸钙等沉淀物质起着长效肥的作用，保证肥效持续较长时间。磷酸铵，钾盐，以铵根、硝酸根粒子存在的氮元素等，起着速效肥的作用，能保证施肥后迅速减小，尽快地起到防治各种病虫害的作用。

（5）本发明的制备过程中，可通过控制反应条件，如氨水的加入量，即反应体系的pH值，来控制复合肥料中速效部分和长效部分的相对比例。也可通过反应过程的调整，得到速效部分和有效部分相分离的产品。因此，本发明的方法及产品能较好地满足各种应用需要。

具体实施方式

以下所述具体实施方式，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如下，然而并非用以限定本发明，任何在不脱离本发明技术方案范围内，利用下述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

实施例1

速效与长效相结合的复合肥料的制备方法：首先，将45kg磷矿石、15kg麦饭石置于带聚四氟乙烯内衬的反应器中，加入300kg浓度为60g/L的硫酸溶液，升温至35℃，反应4h。待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，进行抽滤，蒸馏水洗，并用无水乙醇反复洗涤，自然干燥。然后将上述矿石与40kg钾长石混合，并加入200kg质量分数为70%的磷酸溶液，升温至250℃。恒温反应2.5h后，停止加热并冷却至室温，继续熟化1h。然后向反应体系中加入150kg水，升温至70℃，浸取60min后，继续升温至90℃，浸取70min。最后，将上述混合反应物过滤，用1:3的氨水中和滤液，并调节pH值为7左右，将溶液蒸发，并进一步浓缩，即可得到富含氮、磷、钾、硅等元素的速效与长效相结合的复合肥料。

实施例2速效与长效相结合的复合肥料的制备方法：首先，将45kg磷矿石、10kg麦饭石置于带聚四氟乙烯内衬的反应器中，加入220kg浓度为60g/L的硫酸溶液，升温至45℃，反应3h。待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，进行抽滤，蒸馏水洗，并用无水乙醇反复洗涤，自然干燥。然后将上述矿石与10kg钾长石混合，并加入230kg质量分数为70%的磷酸溶液，升温至240℃。恒温反应3h后，停止加热并冷却至室温，继续熟化1.5h。然后向反应体系中加入180kg水，升温至70℃，浸取65min后，继续升温至90℃，浸取65min。最后，将上述混合反应物过滤，用1:3的氨水中和滤液，并调节pH值为7.5左右，将溶液蒸发，并进一步浓缩，即可得到富含氮、磷、钾、硅等元素的速效与长效相结合的复合肥料。

实施例3速效与长效相结合的复合肥料的制备方法：首先，将40kg磷矿石、12kg麦饭石置于带聚四氟乙烯内衬的反应器中，加入260kg浓度为60g/L的硫酸溶液，升温至55℃，反应2h。待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，进行抽滤，蒸馏水洗，并用无水乙醇反复洗涤，自然干燥。然后将上述矿石与48kg钾长石混合，并加入250kg质量分数为70%的磷酸溶液，升温至260℃。恒温反应2.5h后，停止加热并冷却至室温，继续熟化1h。然后向反应体系中加入200kg水，升温至70℃，浸取70min后，继续升温至90℃，浸取60min。最后，将上述混合反应物过滤，用1:3的氨水中和滤液，并调节pH值为8左右，将溶液蒸发，并进一步浓缩，即可得到富含氮、磷、钾、硅等元素的速效与长效相结合的复合肥料。

实施例4速效与长效相结合的复合肥料的制备方法：首先，将43kg磷矿石、17kg麦饭石置于带聚四氟乙烯内衬的反应器中，加入240kg浓度为60g/L的硫酸溶液，升温至38℃，反应4h。待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，进行抽滤，蒸馏水洗，并用无水乙醇反复洗涤，自然干燥。然后将上述矿石与40kg钾长石混合，并加入200kg质量分数为70%的磷酸溶液，升温至245℃。恒温反应3.5h后，停止加热并冷却至室温，继续熟化1h。然后向反应体系中加入160kg水，升温至70℃，浸取60min后，继续升温至90℃，浸取70min。最后，将上述混合反应物过滤，用1:3的氨水中和滤液，并调节pH值为8.5左右，将溶液蒸发，并进一步浓缩，即可得到富含氮、磷、钾、硅等元素的速效与长效相结合的复合肥料。

实施例5速效与长效相结合的复合肥料的制备方法：首先，将40kg磷矿石、15kg麦饭石置于带聚四氟乙烯内衬的反应器中，加入330kg浓度为60g/L的硫酸溶液，升温至46℃，反应3h。待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，进行抽滤，蒸馏水洗，并用无水乙醇反复洗涤，自然干燥。然后将上述矿石与45kg钾长石混合，并加入230kg质量分数为70%的磷酸溶液，升温至255℃。恒温反应2.5h后，停止加热并冷却至室温，继续熟化1h。然后向反应体系中加入170kg水，升温至70℃，浸取65min后，继续升温至90℃，浸取5min。最后，将上述混合反应物过滤，用1:3的氨水中和滤液，并调节pH值为7.8左右，将溶液蒸发，并进一步浓缩，即可得到富含氮、磷、钾、硅等元素的速效与长效相结合的复合肥料。

实施例6速效与长效相结合的复合肥料的制备方法：首先，将45kg磷矿石、13kg麦饭石置于带聚四氟乙烯内衬的反应器中，加入290kg浓度为60g/L的硫酸溶液，升温至53℃，反应2h。待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，进行抽滤，蒸馏水洗，并用无水乙醇反复洗涤，自然干燥。然后将上述矿石与42kg钾长石混合，并加入250kg质量分数为70%的磷酸溶液，升温至260℃。恒温反应2.5h后，停止加热并冷却至室温，继续熟化1h。然后向反应体系中加入190kg水，升温至70℃，浸取70min后，继续升温至90℃，浸取60min。最后，将上述混合反应物过滤，用1:3的氨水中和滤液，并调节pH值为8.1左右，将溶液蒸发，并进一步浓缩，即可得到富含氮、磷、钾、硅等元素的速效与长效相结合的复合肥料。

结合具体实施例，得到的实验数据如下表所示。

Claims (5)

1.一种以矿石为原料制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，其特征在于主要由以下重量份的矿石作为原料:钾长石40~50份、磷矿石40~50份、麦饭石10~20份;所述新型复合肥料的方法,其特征在于：该复合肥料的制备过程分为四个阶段：矿石预处理阶段，磷酸高温反应阶段，水浸取阶段，氨水中和及后处理阶段。

2.根据权利要求1所述制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，其特征在于：所述矿石预处理的具体操作方法为，将磷矿石，麦饭石按比例置于反应容器中，加入硫酸溶液，升温至35~55℃，反应2~4h,待颗粒表面出现的孔洞不再明显扩大时，抽滤，自然干燥；其中所述反应容器为带聚四氟乙烯内衬的反应器；所述硫酸溶液的浓度为50~70g/L，硫酸溶液加入量为矿石重量的4~6倍。

3.根据权利要求1所述制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，其特征在于：所述磷酸高温反应阶段的具体操作方法为，将钾长石与处理后的磷矿石、麦饭石按比例混合，置于水热反应釜中，加入磷酸溶液，升温至240~260℃，并恒温2.5~3.5h，然后停止加热，冷却至室温，并继续反应1~2h；其中所述反应釜为带聚四氟乙烯内衬的反应釜；所述磷酸溶液的质量分数为60~70%，磷酸溶液加入量为矿石总重量的2~2.5倍。

4.根据权利要求1所述制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，其特征在于：所述水浸取阶段的具体操作方法为，向反应体系中加入一定量的水，升温至65~75℃，浸取60~70min；

再升温至85~90℃，浸取60~70min；其中所述水的加入量为矿石总重量的15~20倍。

5.根据权利要求1所述制备速效和长效相结合的新型复合肥料的方法，其特征在于：所述氨水中和及后处理阶段有以下两种具体操作方法：(a)将上述混合反应物过滤，用氨水中和滤液，滤饼干燥后即得富含磷、硅等元素的长效肥料；

滤液经蒸发，进一步浓缩，得到富含氮、磷、钾等各种营养元素的速效复合肥料；（b）将上述长效肥与速效肥混合得到速效与长效相结合的复合肥料。