CN108530226A - 一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥 - Google Patents

一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其成分为磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：x(NH4)3H(SO4)2•yKHSO4•zH3PO4；化学式中x、y、z代表不同的质量分数；其原料包括浓硫酸、液氨或硫酸铵、磷酸一铵或磷酸二铵、以及硫酸钾或氯化钾；本发明的强酸性复合肥可以使当季磷肥、钾肥的利用率提高3至5倍，因此此项发明如果普及将节省70%以上的磷资源和50%以上的钾资源，可以替代现有的各种复合肥、水溶肥并且可以大幅度降低肥料生产成本。

Description

一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥
技术领域
本发明涉及农业用化肥技术领域，尤其涉及一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥。
背景技术
磷是植物生长发育不可缺少的营养元素，是植物的重要组成部分。人们为保证作物的生长需要，大多通过施用水溶性磷肥为植物提供有效的磷以满足作物生长的需要。但磷酸盐肥料化学性质活泼，施入后很快与土壤中的Ca2+、Mg2+等结合，形成难溶的磷酸盐。据科学测算，世界绝大部分土壤中总磷并不缺，其含量：磷（以P2Ｏ5计）一般为0.1～0.2%，但是这些磷元素99%以无效磷的形式存在于磷酸三钙和硅酸盐等矿物中，土壤中缺少可被植物直接吸收利用的有效磷、是世界范围内普遍存在的问题，而且随着人口增长对粮食需求的不断增加以及由此引起的危机，还将会不断加重，为此如何提高磷肥利用率，减少含有磷的化肥的使用量已成为科学研究的重要课题。
人们在提高磷肥利用率的研究方面，采用了多种方法，如在发掘植物自身潜力，提高对土壤中的难溶态磷的吸收利用，以及采用解磷生物菌肥将难溶态磷转化为植物可吸收利用的形态，提高土壤中有效磷的含量，增加作物产量，但一直效果不佳。
磷肥的利用率与氮肥、钾肥比较起来低得多。在我国不论是大田试验或盆栽，其中包括用放射性同位素的试验结果都表明，磷肥的利用率大体在10～25%的范围。根据各省试验结果的统计，水稻的磷肥利用率变化幅度为8～20%，平均为14%；小麦为6～26%，平均为10%；玉米10～23%，平均为13%。
磷肥利用率低的主要原因有两点：第一个原因是由于磷肥在土壤中的固定，不论水溶性、枸溶性和难溶性磷肥都存在这个问题；第二个原因是磷在土壤中的运动很弱，这个原因实际上是第一个原因的结果。
提高磷、钾肥利用率是世界科技难题，目前为止世界上还没有一种技术能使磷、钾肥利用率同时提高1倍以上的方法。
专利申请号为201710938956 .X、名称为一种酸性复合肥的制备方法的发明专利，其公开的酸性复合肥原料中含有浓硫酸和硫酸铵，但是该专利文件中以浓硫酸和硫酸铵为原料制备氢铵矾的过程包括混合反应、降温结晶、固液分离和制备晶体的工艺，因为其工艺流程长，成本很高，不利于大规模生产，更不能将磷钾肥的利用率同时提高3-5倍。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于，
其成分为磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：
x (NH4)3H(SO4)2 • y KHSO4 • zH3PO4；
化学式中x、y、z代表不同的质量分数；
其原料包括浓硫酸、液氨或硫酸铵、磷酸一铵或磷酸二铵、以及硫酸钾或氯化钾。
所述原料的质量比为：
浓硫酸8%-40%；
硫酸铵50%-80%；
磷酸一铵或磷酸二铵8%-25%；
硫酸钾或氯化钾5-25%。
优选地，所述原料的质量比为：
浓硫酸15%-35%；
硫酸铵50%-75%；
磷酸一铵或磷酸二铵12%-20%；
硫酸钾或氯化钾7%-15%。
优选地，所述原料的质量比为：
浓硫酸16%-25%；
硫酸铵60%-70%；
磷酸一铵11%-14%；
硫酸钾或氯化钾8%-10%。
所述原料的质量比为：
浓硫酸50%-70%；
液氨15%-20%；
磷酸一铵8%-14%；
硫酸钾或氯化钾6-20%。
所述可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥的氮含量为12%-18%；磷含量为4%-12%；钾含量为3-15%；硫含量为18%-25%。
所述可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥的250分之一水溶液为PH值为1.9-2.1，其熔点温度为155-165℃；所述可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥中磷的形态全部以磷酸形态存在，而不存在任何磷酸盐化合物。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
节本：可以使当季磷肥的利用率提高5倍以上、钾肥利用率提高3倍以上，因此此项发明如果普及将节省70%以上的磷资源和50%以上的钾资源；
同时可以替代现有的各种复合肥，可以大幅度降低肥料生产成本。
减肥：可以1:1替代国内外氮、磷、钾含量60%以上+TE的各种高端水溶肥，且肥效突出，可以实现25大于60的效果。
增效：在水稻、玉米、小麦上示范,较其它各种含量的氮、磷、钾复合肥、养分减少一半，1:1替代的情况下都可以取得增产10%-30%的效果；在蔬菜，水果上应用，较国内外各种高端水溶肥同样可以增产10%以上的效果，并且可以明显的改善果菜的品质。
适应范围广泛：不仅在碱性土壤肥效突出，在PH5.5的酸性土壤中使用同样可以取得极佳的肥效，强酸性复合肥适应的PH范围为PH5.5-PH8.5。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例1
一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，生产方法采用搅拌混合法，具体为：
采用以下重量的各原料：
浓硫酸170公斤，浓硫酸的浓度为98%；
硫酸铵550公斤，硫酸铵的含量为21%；
磷酸一铵230公斤，磷酸一铵的含量为55%；
氯化钾50公斤，氯化钾的含量为60%；
将上述原料加入混合搅拌机中搅拌，搅拌时间30min-60min，搅拌均匀后将干粉造粒，得到一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥。
此可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥的氮含量为14.13%；磷含量为10.12%；钾含量为3%；硫含量为20.2%。其氮、磷、钾的总含量为27.25%，其250分之一水溶液PH值约为1.99。其主要化学成分包括磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：
x (NH4)3H(SO4)2 • y KHSO4 • zH3PO4；化学式中x、y、z代表不同的质量分数。
实施例2：
一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，生产方法采用滚筒造粒法，具体为：
采用以下重量的各原料：
浓硫酸140公斤，浓硫酸的浓度为98%；
硫酸铵640公斤，硫酸铵的氮含量为21%；
磷酸一铵140公斤，磷酸一铵的养分含量为55%；
硫酸钾80公斤，硫酸钾的含量为50%；
将上述原料中的硫酸铵、磷酸一铵、硫酸钾连续加入到滚筒造粒机中并连续喷入重量份的浓硫酸，经过滚筒滚动造粒，冷却包装得到一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥。
此可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥的氮含量为14.98%；磷含量为6.16%；钾含量为4%；硫含量为21.48%。其氮、磷、钾的总含量为25.14%，其250分之一水溶液PH值约为2.0。其主要化学成分包括磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：
x (NH4)3H(SO4)2 • y KHSO4 • zH3PO4；化学式中x、y、z代表不同的质量分数。
实施例3：
一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，生产方法采用氨酸法造粒，以生产1吨为例，具体为：
采用以下重量的各原料：
浓硫酸615公斤，浓硫酸的浓度为98%；
液氨165公斤，液氨的浓度为80%；
磷酸一铵140公斤，磷酸一铵的含量为55%；
硫酸钾80公斤，硫酸钾的含量为50%；
将上述浓硫酸、磷酸一铵和硫酸钾加入反应釜中，获得浓硫酸、磷酸与浓硫酸氢铵及硫酸氢钾的混酸混合物，将该混酸混合物与液氨在管式反应器反应，将反应物料喷入造粒机中造粒得到一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥。
此可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥的氮含量为15.07%；磷含量为6.16；钾含量为4%；硫含量为21.15%。其氮、磷、钾的总含量25.23%，其250分之一水溶液PH值约为2.01。其主要化学成分包括磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：
x (NH4)3H(SO4)2 • y KHSO4 • zH3PO4；化学式中x、y、z代表不同的质量分数。
实施例4：
一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，生产方法采用高塔法，以生产1吨为例，具体为：
采用以下重量的各原料：
浓硫酸140公斤，浓硫酸的浓度为98%；
硫酸铵600公斤，硫酸铵的含量为21%；
磷酸一铵140公斤，磷酸一铵的含量为55%；
硫酸钾120公斤，硫酸钾的含量为50%；
在反应釜中加入浓浓硫酸并将温度预热至100-120℃，在搅拌过程中加入磷酸一铵，随着反应温度不断升高陆续加入硫酸铵、硫酸钾至反应釜中搅拌反应。由于反应为放热反应，物料温度一般可以升至160度以上（强酸性肥料的熔融温度约为155度）并形成流动性好的熔融物料，将熔融物料输送至高塔进行造粒，得到可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥。
此可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥的氮含量为14.15%；磷含量为6.16%；钾含量为6%；硫含量为21.48%。其氮、磷、钾的总含量为26.31%，其250分之一水溶液PH值约为2.0。其主要化学成分包括磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：
x (NH4)3H(SO4)2 • y KHSO4 • zH3PO4；化学式中x、y、z代表不同的质量分数。
上述各实施例的化学反应原理为：浓硫酸加入混合物料首先与磷酸一铵反应生成磷酸（强酸制弱酸）与浓硫酸氢铵，生成的浓硫酸氢铵继续与磷酸一铵反应生成硫酸铵与磷酸，当磷酸一铵完全分解为磷酸和硫酸铵后剩余的浓硫酸继续与硫酸钾和硫酸铵反应生成浓硫酸氢铵和硫酸氢钾。随着反应温度的升高，浓硫酸氢铵与硫酸铵反应生成氢铵矾，反应完成后的强酸性肥料的主要化学成分包括磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：
x(NH4)3H(SO4)2 •yKHSO4 •zH3PO4；化学式中x、y、z代表不同的质量分数。
反应原理中涉及的化学反应式包括：
反应原理中涉及的化学反应式包括：
化学反应式1
浓硫酸与磷酸一铵反应化学式：H2SO4（浓硫酸）+2（NH4）H2PO4（磷酸一铵）=（NH4）2SO4(硫酸铵）+2H3PO4（磷酸）。
化学反应式2
浓硫酸与硫酸铵的化学反应式：H2SO4（浓硫酸）+（NH4）2SO4（硫酸铵）=2（NH4)HSO4(浓硫酸氢铵）。
化学反应式3
浓硫酸氢铵与硫酸铵反应化学式：（NH4)HSO4(浓硫酸氢铵）+（NH4）2SO4(硫酸铵）=(NH4)3H(SO4)2（氢铵矾）。
化学反应式4
硫酸钾与浓硫酸的化学反应式：K2SO4(硫酸钾）+H2SO4（浓硫酸）=2KHSO4（硫酸氢钾）。
化学反应式5
浓硫酸与氯化钾的化学反应式：H2SO4+KCL=KHSO4（硫酸氢钾）+HCL（盐酸）。
化学反应式6
磷酸与硫酸氢钾和氢铵矾的加合反应：H3PO4（磷酸）+KHSO4（硫酸氢钾）+(NH4)3H(SO4)2（氢铵矾）=(NH4)3H(SO4)2 •KHSO4 •H3PO4。
分解磷酸一铵过程中浓硫酸的消耗：因为浓硫酸的分子量与磷酸的分子量同，分子量同为98，从上述化学反应式1中可以看出1份重量份的浓硫酸可以置换出2份重量份的磷酸，由于磷酸P2O5含量为72.4%，所以1份浓硫酸可以置换出2X0.724=1.448份的P2O5。由于各配方中使用的浓硫酸的量超过分解磷酸一铵的量的3-4倍，足可以将磷酸一铵及磷酸一铵中的不溶物如：磷酸镁、磷酸铁、磷酸铝等全部分解为可溶性的浓硫酸盐，因此产品中不含有任何磷酸盐化合物。
一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥的实验数据如下所述：
2016年-2017年做了一组本技术方案中实施例1生产的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥与其它3种复合肥的冬小麦肥效对比实验，实验报告结果如下：
实验材料1
实施例6生产的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其养肥的氮、磷、钾含量百分比为：15-6-4，养分总含量25%。
实验材料2
普通酸性肥料，其养肥的氮、磷、钾含量百分比为：16-20-6，养分总含量42%。
实验材料3
防丸壮复合肥，其养肥的氮、磷、钾含量百分比为：16-20-6，养分总含量42%。
实验材料4
普通小麦肥，其养肥的氮、磷、钾含量百分比为：16-20-6，养分总含量42%。
实验方法：上述四种肥料全部50公斤/亩做底肥，不追肥。实验在同一地块进行，实验面积每种肥料1亩，重复一次，实验用地8亩。
实验结果分析：各处理产量在380公斤-520公斤之间，实验材料1与实验材料2-4相比产量差异明显，实验材料1的可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥较普通酸性肥料相比增产12.3%，较防丸壮复合肥相比增产27%，较普通小麦肥增产28.51%。
从实验材料1的养分含量可以看出：其养分含量，氮14%；磷5%；钾3%。氮、磷、钾总含量仅有25%。但是与其它三种含量42%的氮、磷、钾复合肥肥效对比，在养分含量减少近一半的情况下还能够大幅度提高产量，可见这种肥料的利用率之高。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明的目的技术方案，都属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于，
其成分为磷酸和氢铵矾和硫酸氢钾的加合物，其化学式为：
x (NH4)3H(SO4)2 • y KHSO4 • zH3PO4；
化学式中x、y、z代表不同的质量分数；
其原料包括浓硫酸、液氨或硫酸铵、磷酸一铵或磷酸二铵、以及硫酸钾或氯化钾。
2.根据权利要求1所述的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于：所述原料的质量比为：
浓硫酸8%-40%；
硫酸铵50%-80%；
磷酸一铵或磷酸二铵8%-25%；
硫酸钾或氯化钾5-25%。
3.根据权利要求2所述的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于：所述原料的质量比为：
浓硫酸15%-35%；
硫酸铵50%-75%；
磷酸一铵或磷酸二铵12%-20%；
硫酸钾或氯化钾7%-15%。
4.根据权利要求2所述的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于：所述原料的质量比为：
浓硫酸16%-25%；
硫酸铵60%-70%；
磷酸一铵11%-14%；
硫酸钾或氯化钾8%-10%。
5.根据权利要求1所述的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于：所述原料的质量比为：
浓硫酸50%-70%；
液氨15%-20%；
磷酸一铵8%-14%；
硫酸钾或氯化钾6-20%。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于：所述强酸性复合肥的氮含量为12%-18%；磷含量为3%-12%；钾含量为3-10%；硫含量为18%-25%。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种可以使磷钾利用率提高3至5倍的强酸性复合肥，其特征在于：所述强酸性复合肥的250分之一水溶液为PH值为1.9-2.1，其熔点温度为155-160℃。
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