CN108467309A - 一种磷酸铵镁-尿素缓释肥及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磷酸铵镁‑尿素缓释肥及其制备方法，属于资源综合利用技术领域。本发明包括以下步骤：1)将磷酸铵镁和改性淀粉研磨成小颗粒，混合均匀形成磷酸铵镁和改性淀粉混合物；2)取步骤1)中混合物，置于圆盘造粒机中；3)采用雾化方法将水喷洒在转动的磷酸铵镁和改性淀粉颗粒上；4)向步骤3)所述磷酸铵镁和改性淀粉物料中缓慢加入研磨成小颗粒的尿素；5)喷水造粒；6)当物料转化为1mm左右的颗粒后，以缓慢加入方式反复重复步骤2)至步骤5)；7)稳定造粒至完成得到磷酸铵镁‑尿素缓释肥。本发明通过将磷酸铵镁颗粒与尿素颗粒以层层包裹形式形成磷酸铵镁‑尿素缓释肥颗粒，有效控制尿素的释放速率。

Description

一种磷酸铵镁-尿素缓释肥及其制备方法

技术领域

本发明属于资源综合利用技术领域，更具体地说，涉及一种磷酸铵镁-尿素缓释肥制备方法及其营养元素释放规律。

背景技术

在磷酸铵镁缓释肥中，氮元素含量只有5.5％，以磷酸铵镁作为单一的缓释肥，氮元素含量不能满足部分作物的生长需求。而氮元素是作物生长必须的元素之一，氮元素缺乏会造成作物生长缓慢、叶片老化、器官分化受阻，作物产品中的蛋白质、维生素和氨基酸的含量下降。但氮元素过量，会造成作物徒长，影响成果。而市售的氮肥多为速效肥，在施用过程中，释放时间短，作物利用率不高，同时作物不同生长阶段所需的氮元素量也不完全相同，造成肥料与作物生长需求不同步。

现有技术CN106966378A公开了一种缓释型水溶肥，同时具备水溶性和缓释性。制备方法包括以下步骤:(1)取干湿分离后的畜禽养殖废水上清液，曝气一定时间，使废水pH值≥8.5，加入一定比例的镁源，反应一定时间，固液分离，收集沉淀物磷酸铵镁，液体去生化处理；(2)磷酸铵镁中加入一定比例的酸和尿素，加热反应，冷却，粉碎，包装。这种缓释型水溶肥可以减少养分流失和施肥次数，可滴灌、喷灌和冲施，其成分皆为植物生长所需养分，无挥发性，无残留，对环境无污染。畜禽养殖废水回收磷酸铵镁后，N,P和COD降低，有利于废水后期生化处理。虽然该现有技术中公开了磷酸铵镁与尿素的混合制备缓释肥，但其需经过加酸、加热反应、冷却、粉碎等多个步骤，且形成的产物缓释效果难以控制。

现有技术CN107903109A公开了一种水稻用包膜缓释肥及其制备方法，由肥料基体与包覆在肥料基体外表面的包膜剂组成，肥料基体的原料包括：碧晶尿素、草酰脲、硫酸钾镁肥、磷酸二氢钾、氯化钾、氯化钙、亚硒酸钠、硼酸盐、钼酸盐、硫酸锰、磷酸铵锌、磷酸铵铁、磷酸铵镁、菜籽粕、葵花籽粕、茶粕、木糖醇渣、食用菌菌渣、虾壳粉、海藻粉、黄腐酸钾、生根粉、萘乙酸、柠檬酸钾、壳聚糖、植物提取剂；包膜剂的原料包括：氧化淀粉、甘油、海藻酸钠、脲甲醛树脂、棉纤维、磷酸、乳酸钠、丙烯酸氨基甲酸酯、粘土。该水稻用包膜缓释肥，肥效高且肥料持久，有效增加水稻产量，改善水稻品质。但其成分较为复杂，且包膜剂制备均较为复杂，不利于缓释肥的工业规模生产。

现有技术CN 104150970 A公开了一种颗粒磷酸铵镁缓释肥的圆盘造粒方法，通过粘结剂将磷酸铵镁物料造粒以提高磷酸铵镁的施肥效率；还公开了引入了酸化剂可以根据需求调节磷酸铵镁的初始和后续养分释放速率；其中采用直接喷洒粘结剂溶液进行造粒的方法，设备易堵塞，且难以喷洒均匀，形成的颗粒可能存在不均一的情形。且但该现有技术并未解决磷酸铵镁缓释肥自身含量低带来的肥效差的问题，同时该技术采用60-100℃烘干，由于磷酸铵镁在高于60℃温度条件下会发生分解，100℃条件下烘干30min，磷酸铵镁几乎全部转化成磷酸氢镁产物，铵损严重，且目前没有报道磷酸氢镁具有缓释肥的效果。

因此，制作一款与作物营养元素需求同步，同时各营养元素含量均衡，释放速率能满足作物生长需要且易于规模化生产的缓释肥是亟待解决的问题，能提高肥料的利用率，降低资源浪费和土壤板结及水体污染。

发明内容

1、要解决的问题

针对磷酸锭镁缓释肥氮元素含量不高以及目前商用速效尿素氮元素释放过快的问题，本发明提供了一种磷酸铵镁-尿素缓释肥其及制备方法。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，包括以下步骤：

1)将磷酸铵镁和改性淀粉研磨成小颗粒，混合均匀形成磷酸铵镁和改性淀粉混合物；

2)取步骤1)中混合物，置于圆盘造粒机中；

3)采用雾化方法将水喷洒在转动的磷酸铵镁和改性淀粉颗粒上；

4)向步骤2)所述磷酸铵镁和改性淀粉物料中缓慢加入研磨成小颗粒的尿素；

5)喷水造粒；

6)当物料转化为1mm左右的颗粒后，以缓慢加入方式反复重复步骤2)至步骤5)；

7)稳定造粒至完成。

优选地，所述改性淀粉粘结剂为醋酸酯淀粉，乙酰基含量≤2.5％，干燥失重≤15％，灰分≤0.4。

优选地，步骤1)所述的磷酸铵镁经烘干处理。

优选地，造粒后的胶结肥自然晒干或烘干温度为20～40℃。

优选地，对烘干物进行筛分，粒径小于5mm的胶结肥重新造粒。

优选地，步骤2)所述的混合物为磷酸铵镁和改性淀粉总混合物质量的5～10％。

优选地，步骤4)所述加入的尿素占总尿素质量的10～15％。

优选地，所述步骤6)中最后一次加入的是磷酸铵镁和改性淀粉混合物，且其加入量为磷酸铵镁和改性淀粉混合物总量的5～10％。即控制最后包覆层为磷酸铵镁包覆层，以保障施肥初始即可对肥的缓释速度实现控制。

优选地，步骤1)所述磷酸铵镁颗粒尺寸为1～200μm，改定淀粉颗粒尺寸为1～50μm，步骤4)所述尿素颗粒尺寸为1～200μm。

一种如上述方法制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥，由磷酸铵镁作为包裹材料，所述磷酸铵镁颗粒与尿素以层层包裹形式通过改性淀粉粘结剂包裹尿素，并造粒得到磷酸铵镁-尿素缓释肥。以磷酸铵镁为核，首先包覆尿素，再包覆磷酸铵镁，逐层形成尿素层、磷酸铵镁层，至形成层层包裹形式的磷酸铵镁-尿素缓释肥颗粒。

优选地，所述磷酸铵镁与尿素的重量比为(1～3):1。

优选地，改性淀粉粘结剂的添加量为磷酸铵镁质量的5～10％。

优选地，所述磷酸铵镁颗粒尺寸为1～200μm，所述尿素颗粒尺寸为1～200μm。

一种上述磷酸铵镁-尿素缓释肥的应用，所述缓释肥N、P营养元素的释放的pH为5～9，盐度为1～9mg/L。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥制备方法，首先将磷酸铵镁和改性淀粉研磨成小颗粒，混合均匀形成磷酸铵镁和改性淀粉混合物；采用雾化方法将水均匀喷洒在转动的磷酸铵镁和改性淀粉颗粒上；再缓慢加入研磨成小颗粒的尿素进行喷水造粒，相比于现有技术CN104150970A中公开的喷洒粘结剂溶液的制备方法，本发明采用将改性淀粉研磨成为1～50μm的小颗粒，使粘结剂改性淀粉与磷酸铵镁颗粒均匀分布，再另行喷水的方式粘结尿素小颗粒，更有利于磷酸铵镁颗粒表面均匀粘结尿素颗粒层，喷水造粒后，再缓慢加入一定比例的磷酸铵镁与改性淀粉的混合物，形成磷酸铵镁包裹层，如此反复，形成层层包裹结构的磷酸铵镁-尿素缓释肥，磷酸铵镁溶解度低，自身本为缓释肥，但其氮元素含量低，难以达到要求，而尿素虽然氮含量较高，但会在施肥后快速崩解，难以实现缓释作用；而采用磷酸铵镁对尿素形成的层层包裹结构，使尿素在磷酸铵镁层溶解后再溶出，或透过致密的磷酸铵镁层溶出，达到缓释的目的。

(2)本发明的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥制备方法，完成造粒后采用自然晒干或烘干温度为20～40℃烘干，对缓释肥的成分含量以及结构均不产生影响，使肥效保持较高水平，结合其层层包裹的制备方法，实现尿素缓释肥长效释放氮元素。

(3)本发明的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥，步骤6)中最后一次的为5～10％磷酸铵镁和改性淀粉混合物，即在磷酸铵镁小颗粒与尿素小颗粒以层层包裹形式之后控制最后一步为一层磷酸铵镁小颗粒的包裹层，从而形成了包裹状结构，更好地控制尿素的释放；通过外层包裹纯磷酸铵镁材料，类似传统的包裹肥料，包裹层的厚度可自由控制，通过控制包裹层厚度，可调控尿素释放的速率。

(4)本发明的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥，磷酸铵镁颗粒尺寸为1～200μm，尿素颗粒尺寸为1～200μm，颗粒尺寸较小，更易于形成层层包裹形式，有利于缓释效果的提高；本发明的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥及其制备方法，采用磷酸铵镁包裹材料，有效地控制了速效尿素的快速释放，还可提供磷、镁等营养元素，同时针对部分作物对氮需求量大的问题，通过引进尿素，提高氮元素的含量，可满足部分作物对氮元素过量的需求。

(5)本发明的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥及其制备方法，采用改性淀粉为粘合剂，磷酸铵镁为包裹材料，通过造粒机造粒，不引进无机包裹材料，由于淀粉在土壤中易降解，几乎无残留，不会造成土壤板结；同时，磷酸铵镁包裹材料通过回收废水中的磷酸盐或氨氮而制得，有效地降低了磷酸铵镁结晶的药剂费用，且不会对环境造成二次污染。

(6)本发明的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥及其制备方法，制作方法简单，材料易得，易于在广大农村地区推广应用，也为城市污水、垃圾渗漏液、化肥厂等废水资源化利用提供了一种选择和出路。

附图说明

图1为实施例1中不同pH值、不同时间条件下磷酸铵镁：尿素重量比为1:1时磷酸盐释放曲线；

图2为实施例1中不同盐浓度、不同时间条件下磷酸铵镁：尿素重量比为1:1时磷酸盐释放曲线；

图3为实施例1中不同盐浓度、不同时间条件下磷酸铵镁：尿素重量比为1:1时氨氮释放曲线；

图4为实施例1中不同pH、不同时间条件下磷酸铵镁：尿素重量比为1:1时氨氮释放曲线；

图5为实施例1中不同种植方式条件下胶结肥氨氮的释放曲线；

图6为实施例2中不同pH值、不同时间条件下磷酸铵镁：尿素重量比为2:1时磷酸盐释放曲线；

图7为实施例3中不同pH值、不同时间条件下磷酸铵镁：尿素重量比为3:1时磷酸盐释放曲线；

图8为实施例1～3中不同pH值、不同释放时间条件下对总氨(TN)和氨氮释放效果(第10天)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

实施例中的改性淀粉为醋酸酯淀粉，乙酰基含量≤2.5％，干燥失重≤15％，灰分≤0.4购买自杭州普罗星淀粉有限公司。

实施例1

原料：磷酸铵镁1000g，改性淀粉50g，尿素1000g。

一种磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，包括以下步骤：

1)将1000g磷酸铵镁和50g改性淀粉研磨成约1μm的小颗粒，混合均匀；

2)取步骤1)中混合物的5％，置于圆盘造粒机中；

3)采用雾化方法将水喷洒在转动的磷酸铵镁和改性淀粉颗粒上；

4)向步骤3)所述磷酸铵镁和改性淀粉物料中缓慢加入研磨成1μm小颗粒的100g尿素(即尿素总量的10％)；

5)喷水造粒；

6)当物料转化为1mm左右的颗粒后，以缓慢加入方式重复步骤2)至步骤5)，其中每次加入的磷酸铵镁和改性淀粉混合物的量为10％，每次加入的尿素颗粒的量为尿素总量的10％，最后一次加入5％的磷酸铵镁和改性淀粉混合物；

7)稳定造粒至完成造粒。

于20℃下将磷酸铵镁-尿素缓释肥颗粒晾干备用。

图1为本实施例制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥，磷酸铵镁与尿素的重量比为1:1，在不同pH值条件和不同时间磷酸盐释放曲线。从图中可以看到，在不同pH条件下，磷酸铵镁包裹材料本身磷酸盐释放量与pH没有明显相关性，而与释放时间呈正比例关系，磷酸盐的浓度随着释放时间的延长，呈增长趋势。

图2为本实施例制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥，不同盐浓度条件下磷酸铵镁包裹材料对磷酸盐的控释效果。从图2可以看到，磷酸量的释放速率与盐浓度没有明显的正相关性，但与释放时间存在正相关性。

图3为本实施例制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥，在不同释放时间、不同盐浓度条件下对氨氮的控释效果。从图中可以看到，磷酸铵镁包裹材料对尿素的快速释放具有很好的控释效果，尿素的释放时间增长，释放速率均匀。水溶出率法中氨氮的释放量与盐浓度和释放时间都没有明显的相关性。氨氮浓度没有随着释放时间的增加而增加，与氨的挥发性存在一定的关系。

图4为本实施例制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥，在不同pH、不同释放时间条件下对氨氮的控释效果。从图中可以看到，在不同pH条件下，磷酸铵镁包裹材料对尿素的控释效果明显。氨氮释放量随着pH和释放时间的增加有所增加，但增加不明显，表明pH和释放时间没有明显改变水体中氨氮的含量。

图5为以本实施例制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥为唯一肥料种植蔬菜，以小试试验考察磷酸铵镁包裹材料在种植过程中的控释效果。结果表明，磷酸铵镁包裹材料能明显延长尿素的释放，氮、磷等营养元素的释放周期超过20天。采用不同种植方式(R0：不施任何肥料；R1：肥包肥(即磷酸铵镁-尿素缓释肥)作基肥一次性施用；R2：基肥不施肥包肥，7天后追施肥包肥；R3：基肥施普通磷酸铵镁肥(1g/框)，7天后追施N15标记的肥包肥；R4：基肥施普通尿素(1g/框)，7天后追施N15标记的肥包肥；R5：基肥施尿素(1g/框)，7天后追施N15标记的肥包肥)。结果表明，在施肥前几天，不同施肥方式的氨氮含量没有明显影响，种植时间延长，不同施肥方式条件下，土壤中氨氮的含量出现明显变化，以肥包肥和尿素作为基肥的土壤中氨氮含量高于其他施肥方式，当施肥时间超过20天时，土壤中氨氮含量仍超过施肥前的氨氮含量，表明缓释肥仍在释放营养元素，同时与蔬菜种植时间有一定关系，在初期，由于移植原因导致蔬菜初期摄取营养不多，缓释肥释放过量，随着蔬菜生长，所摄取的营养增加，土壤中氮元素维持在一个平衡水平。

实施例2

原料：磷酸铵镁2000g，改性淀粉200g，尿素1000g。

一种磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，包括以下步骤：

1)将2000g磷酸铵镁和200g改性淀粉分别研磨成100μm、20μm的小颗粒，混合均匀；

2)取步骤1)中混合物的10％，置于圆盘造粒机中；

3)采用雾化方法将水喷洒在转动的磷酸铵镁和改性淀粉颗粒上；

4)向步骤3)所述磷酸铵镁和改性淀粉物料中缓慢加入研磨成100μm小颗粒的150g(即尿素总量的15％)尿素；

5)喷水造粒；

6)当物料转化为1mm左右的颗粒后，以缓慢加入方式重复步骤2)至步骤5)，其中每次加入的磷酸铵镁和改性淀粉混合物的量为8％，每次加入的尿素颗粒的量为尿素总量的8％，最后一次分别加入13％尿素颗粒和10％磷酸铵镁和改性淀粉混合物；

7)稳定造粒至完成造粒。

于30℃下将磷酸铵镁-尿素缓释肥颗粒晾干备用。

本实施例的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥及其制备方法，相对于实施例1提高磷酸铵镁包裹材料的比例，磷酸铵镁:尿素为2:1,，考察磷酸盐的水溶出率。从图6中可以看到，提高磷酸铵镁包裹材料的含量，磷酸盐的释放规律没有变化，表明磷酸盐的释放量与磷酸铵镁缓释肥的添加量没有明显的正相关性。

实施例3

原料：磷酸铵镁3000g，改性淀粉240g，尿素1000g。

一种磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，包括以下步骤：

1)将3000g磷酸铵镁和240g改性淀粉分别研磨成200μm、50μm的小颗粒，混合均匀；

2)取步骤1)中混合物的8％，置于圆盘造粒机中；

3)采用雾化方法将水喷洒在转动的磷酸铵镁和改性淀粉颗粒上；

4)向步骤3)所述磷酸铵镁和改性淀粉物料中缓慢加入研磨成200μm小颗粒的140g(即尿素总量的14％)尿素；

5)喷水造粒；

6)当物料转化为1mm左右的颗粒后，以缓慢加入方式重复步骤2)至步骤5)，其中每次加入的磷酸铵镁和改性淀粉混合物的量为5％，每次加入的尿素颗粒的量为尿素总量的5％，最后一次分别加入6％的尿素颗粒和7％的磷酸铵镁和改性淀粉混合物、；

7)稳定造粒至完成造粒。

于40℃下将磷酸铵镁-尿素缓释肥颗粒晾干备用。

本实施例的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥及其制备方法，继续提高磷酸铵镁包裹材料的含量，磷酸盐的释放速率仍没有明显变化。当磷酸铵镁:尿素重量比提高至3:1时，从图7可以看出，磷酸盐释放量没有明显变化。

图8为实施例1～3制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥，在不同pH值、不同释放时间条件下对总氨(TN)和氨氮(NH₄ ⁺)控释效果。通过总氮和氨氮的释放曲线表明，磷酸铵镁包裹材料对尿素的快速释放起到明显的控释作用。在低pH值和高pH值条件下，总氮和氨氮含量稍有上升，而中性pH条件下氮含量相对较低，这是由于在低pH值条件下，磷酸铵镁溶解度增大，磷酸铵镁溶解于水中，而高pH值条件下，缓释肥释放加快，导致水体中氮含量增加。

Claims (10)

1.一种磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将磷酸铵镁和改性淀粉研磨成小颗粒，混合均匀形成磷酸铵镁和改性淀粉混合物；

2)取步骤1)中混合物，置于圆盘造粒机中；

3)采用雾化方法将水喷洒在转动的磷酸铵镁和改性淀粉颗粒上；

4)向步骤3)所述磷酸铵镁和改性淀粉物料中缓慢加入研磨成小颗粒的尿素；

5)喷水造粒；

6)当物料转化为1mm左右的颗粒后，以缓慢加入方式反复重复步骤2)至步骤5)；

7)稳定造粒至完成。

2.根据权利要求1所述的磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的混合物为磷酸铵镁和改性淀粉总混合物质量的5～10％。

3.根据权利要求2所述的磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，其特征在于，步骤4)所述尿素占总尿素质量的10～15％。

4.根据权利要求3所述的磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，其特征在于，所述步骤6)中最后一次加入的是磷酸铵镁和改性淀粉混合物，且其加入量为磷酸铵镁和改性淀粉混合物总量的5～10％。

5.根据权利要求1所述的磷酸铵镁-尿素缓释肥的制备方法，其特征在于，步骤1)所述磷酸铵镁颗粒尺寸为1～200μm，改定淀粉颗粒尺寸为1～50μm，步骤4)所述尿素颗粒尺寸为1～200μm。

6.一种权利要求1～5中任意一项所述方法制备的磷酸铵镁-尿素缓释肥，其特征在于，由磷酸铵镁作为包裹材料，所述磷酸铵镁颗粒与尿素以层层包裹形式通过改性淀粉粘结剂包裹尿素，并造粒得到磷酸铵镁-尿素缓释肥。

7.根据权利要求6所述的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥，其特征在于，所述磷酸铵镁与尿素的重量比为(1～3):1。

8.根据权利要求7所述的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥，其特征在于，改性淀粉粘结剂的添加量为磷酸铵镁质量的5～10％。

9.根据权利要求6所述的一种磷酸铵镁-尿素缓释肥，其特征在于，所述磷酸铵镁颗粒尺寸为1～200μm，所述尿素颗粒尺寸为1～200μm。

10.一种如权利要求6所述的磷酸铵镁-尿素缓释肥的应用，其特征在于，所述缓释肥N、P营养元素的释放的pH为5～9，盐度为1～9mg/L。