CN109704883A

CN109704883A - 一种水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥及制备方法

Info

Publication number: CN109704883A
Application number: CN201910064020.8A
Authority: CN
Inventors: 李永双; 李德江
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-05-03

Abstract

一种水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥及制备方法，该水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥包括以下重量份原料制成：水溶性聚磷酸铵60‑70份、聚丙烯酸钾1‑3份、白炭黑1‑3份、磷石膏5‑10份、磁化粒子3‑5份，牛脂胺3‑5份。本发明以选铁尾矿砂配合肥料进行磁化处理，改善土壤环境，增强肥料肥效期，促进作物对营养的吸收，起到增产增收作用，而且还能资源利用、保护环境。

Description

一种水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥及制备方法

技术领域

本发明涉及复合肥料技术领域，具体涉及水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥及制备方法。

背景技术

我国化肥产量和使用量均是世界前列，但我国的肥料使用却存在很多问题：主要是肥料利用率低，肥料流失造成环境污染状况严重。其次是单施或偏施化肥带来严重的农田土壤养分破坏等问题。另外功能肥料相对较少。高养分保水型、缓释控释型肥料等功能性肥料的使用能有效提高肥料利用率、改善普通肥料带来的环境污染等。同时，随着磷化工产业、钢铁工矿产业的快速发展，产生了大量的工矿固体废弃物，如磷石膏、炼铁剩余的选铁尾矿、钢渣等的排出量有几亿吨。它们的大量堆积不仅占用有限的、宝贵的土地，还会严重污染生态环境。这些固体废弃物的处理成本剧增，也成为了环保难题。

水凝胶型磁化肥是指将遇水凝胶化材料、磁性载体与高养分基肥及微量元素等通过一定比例混合、造粒，经过磁场处理后使肥料保持一定的“剩磁”的新型复合肥料，具有保水缓释、肥料和磁学(包含土壤磁效应和生物磁效应)的三重功能。应用磷石膏、磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣等工矿固体废弃物复合成为磁性载体可生产磁化肥，通过发挥其缓释保水肥料与磁学的多重效应，增加作物产量和肥料利用率。研究表明：土壤作物系统是一个包含着各种离子转移合成、水分子迁移、酶及微生物作用的有机无机复合体系，磁场通过对体系中的电子传递、偶极子定向、酶及微生物中金属磁性的作用等而产生土壤及生物磁学效应。对土壤养分的释放，对土壤保水保肥、供水供肥能力同样有所提高。土壤在适宜外加磁场强度中，经过一定时间处理，可以调节改善土壤的理化性状。在磁化复合肥料的外加磁场影响下，对农作物种子发芽、生长、光合作用及干物质积累有良好作用，能增强作物的抗旱、涝性。

我国磁化农业发展起步较晚，我国部分地区利用地域产业优势进行了一些相关研究，如利用选铁尾矿经磁化后作土壤改良剂及磁化粉煤灰改土试验。专利CN102030594A公开了“硅钙铁钾生物磁化肥”，即通过硅酸盐矿物质、粉煤灰以及腐植酸等混合磁化而实现；专利CN1088565A公开的“磁化肥即磁性复混肥”，是利用粉煤灰为原料，加入多元添加剂，经粉状或颗粒状磁化机磁化而成。也有一些利用磁化载体与复合肥料混合进行造粒后磁化而成颗粒状的磁化复合肥料，如专利CN1203215A公开的“六元磁化肥”，是氮磷钾等营养元素为主体成分，配以不同组分的水煤灰、黄铁黄泥、高岭土及微量元素，混合造粒后进行磁化制成颗粒状磁化专用肥。公开号CN1113904A公开的“颗粒磁化肥生产方法”，是在粉状磷化肥中加入钙镁磷肥和硫酸氮磷浆采用颗粒复合肥生产工艺流程制造而成。

将遇水触变型水凝胶材料加入复合肥中达到其养分的缓释保水吸水效果，再进行磁化处理，制成高养分保水缓释磁化肥，不仅可以发挥其氮磷钾等养分元素的缓控释效果，提高肥料利用率，还能更有效长久的发挥磁化复合肥料中的“剩磁”作用，使土壤的理化性状和养分状况等得到更好的改善。缓释磁化复合肥料的意义在于一方面为可以减少磷石膏等固体废弃物对周围环境的污染，另一方面也改善了农田土壤养分状况和促进了肥料行业发展水平，对推动农业发展有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥及其制备方法，以高分子聚丙烯酸钾作为保水吸水凝胶，以磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣等工矿固体废弃物复合高养分聚磷酸铵进行磁化处理，改善土壤环境，增强肥料肥效期，促进作物对营养的吸收，起到增产增收作用，而且还能资源利用、保护环境。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其组分包括水溶性聚磷酸铵、聚丙烯酸钾、白炭黑、磷石膏、磁化粒子，牛脂胺。

具体而言，上述水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥按重量份数计包括以下各组分：水溶性聚磷酸铵60-70份、聚丙烯酸钾1-3份、白炭黑1-3份、磷石膏5-10份、磁化粒子3-5份，牛脂胺3-5份。

更进一步，水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥按重量份数计包括以下各组分优选为：水溶性聚磷酸铵65份、聚丙烯酸钾2份、白炭黑2份、磷石膏8份、磁化粒子4份，牛脂胺3份。

所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的水溶性聚磷酸铵为浓缩湿法磷酸和氨气在管式反应器中制得，聚合度n＝5-15。

所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的聚丙烯酸钾为分子量500-900万，钾含量(以K₂O干基计)15-20％。

所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的磁化粒子为磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣中的一种或多种组合物。

其中，水溶性聚磷酸铵是一种低N高P的聚磷酸盐，磷养分含量高，pH值近中性，作物使用安全系数高；溶解度大，结晶温度较低，生产使用方便；对金属离子有螯合作用，可防止溶液中金属杂质形成沉淀，在液体肥料中添加微量元素，有利于制成高浓度高品质的肥料。磷素不易被土壤中的铁、钙等金属离子固定，反而可与土壤中的无效微量元素形成可溶性络合物而被植物吸收利用。在土壤中虽然不被植物直接吸收，但可以在土壤中缓慢水解成正磷酸盐，然后被植物利用，是一种缓溶性长效肥料。本发明使用水溶性聚磷酸铵在配制过程中可以螯合磷石膏基磁化粒子中的金属微量元素，形成可以供植物吸收的螯合物，达到增效增产作用。

其中，聚丙烯酸钾原主要用于钻井液，是一种应用广、较理想的井壁稳定剂，具有抑制泥页岩及钻屑分散作用，兼有降失水、改善流型和增加润滑等性能。本发明巧妙的将组分应用到肥料中，利用聚丙烯酸钾吸收、聚集并保留水分这一特性，以保持植物和农作物有丰富的水分在恶劣环境下生长。聚丙烯酸钾能吸收超过自身500倍以上的水和水中的养分并储存于土壤中，形成水凝胶，缓慢释放植物所需的养分和水分，可以节省化肥用量30％到50％。同时因聚丙烯酸钾本身含有大量的钾养分，可以肥沃土壤，增加农作物10％-30％的产量。本发明将聚丙烯酸钾干基混配到肥料中，当肥料施用到土壤中后，迅速吸水形成水凝胶，锁住养分，达到缓释保水保肥效果。

其中，白炭黑和牛脂胺配合使用，使肥料在制造成型、运输贮存过程中不易结块硬化，提高肥料的稳定性。同时在施用到土壤中后，白炭黑可以缓慢释放可供植物吸收硅元素，牛脂胺提供微量的活性因子，达到增产保肥效果。

其中，采用磷化工废弃物磷石膏作为磁化材料基料，磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣作为磁化因子，不仅减少了工矿废弃物，减轻了环保压力，同时通过本发明的螯合磁化，为植物提供了大量可供植物吸收的微量元素，调节土壤养分平衡。本发明应用磷石膏、磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣等工矿固体废弃物复合成为磁性载体可生产磁化肥，通过发挥其缓释保水肥料与磁学的多重效应，增加作物产量和肥料利用率。土壤作物系统是一个包含着各种离子转移合成、水分子迁移、酶及微生物作用的有机无机复合体系，磁场通过对体系中的电子传递、偶极子定向、酶及微生物中金属磁性的作用等而产生土壤及生物磁学效应。对土壤养分的释放，对土壤保水保肥、供水供肥能力同样有所提高。土壤在适宜外加磁场强度中，经过一定时间处理，可以调节改善土壤的理化性状。在磁化复合肥料的外加磁场影响下，对农作物种子发芽、生长、光合作用及干物质积累有良好作用，能增强作物的抗旱、涝性。

本发明还提供了一种上述水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥的制备方法：

(1)将磷石膏和磁化粒子投入雷蒙机中粉化成50-100目粉末，烘干的得到磷石膏基磁化材料备用。

(2)将水溶性聚磷酸铵熔融，然后加入剩余原料以及步骤(1)所得磷石膏基磁化材料进行混合熔融；

(3)将步骤(2)熔融混合料利用塔式造粒工艺进行造粒；

(4)将造粒后的颗粒肥料通过可调式永磁磁化处理机进行磁场处理，所用的磁场强度为2000-5000Oe，磁化时间15-30秒；

(5)将磁化后的物料干燥冷却后，按规格进行计量包装，得产品。

本发明的有益效果在于：本发明的有益效果为：

1、利用高分子聚丙烯酸钾遇水凝胶的特性，使肥料施用后保水保肥缓释。

2、利用磷石膏、磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣等工矿固体废弃物作为磁性载体，避免大量磷石膏、磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣的堆积而造成对环境的污染，而且还合理的进行了资源综合利用。

3、采用具有螯合功能的水溶性聚磷酸铵作为基肥，使磷石膏和矿砂中微量元素变成可供植物吸收的金属螯合物，使得有效养分易于被作物吸收。

4、磁化复合肥料具有磁效应和缓控效应，肥料中“剩磁”的作用，使土壤中的磁性增加，减缓肥料养分流失，降解土壤酸化板结，改善土壤微团粒结构，降低土壤容重，提高土壤透水、透气性，降低土壤粘性抗压强度和水解性酸度，而且使土壤的氨化细菌和硝化细菌的活性提升。

具体实施方式

实施例1

水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥按重量份数计包括以下各组分：水溶性聚磷酸铵65份、聚丙烯酸钾2份、白炭黑2份、磷石膏8份、磁铁矿尾渣4份，牛脂胺3份。

本实施例中的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥的制备方法为：

(1)将磷石膏和磁铁矿尾渣投入雷蒙机中粉化成80目粉末，烘干的得到磷石膏基磁化材料备用。

(3)将步骤(2)熔融混合料利用塔式造粒工艺进行造粒；

(4)将造粒后的颗粒肥料通过可调式永磁磁化处理机进行磁场处理，所用的磁场强度为3000Oe，磁化时间20秒；

实施例2

水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥按重量份数计包括以下各组分：水溶性聚磷酸铵70份、聚丙烯酸钾1份、白炭黑3份、磷石膏5份、铁矿选矿尾渣3份，牛脂胺5份。

本实施例中的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥的制备方法为：

(1)将磷石膏和铁矿选矿尾渣投入雷蒙机中粉化成100目粉末，烘干的得到磷石膏基磁化材料备用。

(3)将步骤(2)熔融混合料利用塔式造粒工艺进行造粒；

(4)将造粒后的颗粒肥料通过可调式永磁磁化处理机进行磁场处理，所用的磁场强度为2000Oe，磁化时间30秒；

实施例3

水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥按重量份数计包括以下各组分：水溶性聚磷酸铵60份、聚丙烯酸钾3份、白炭黑3份、磷石膏5份、铁矿选矿尾渣1份、钢渣3份，牛脂胺3-5份。

本实施例中的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥的制备方法为：

(1)将磷石膏和铁矿选矿尾渣、钢渣投入雷蒙机中粉化成50目粉末，烘干的得到磷石膏基磁化材料备用。

(3)将步骤(2)熔融混合料利用塔式造粒工艺进行造粒；

(4)将造粒后的颗粒肥料通过可调式永磁磁化处理机进行磁场处理，所用的磁场强度为5000Oe，磁化时间15秒；

为了验证本发明的有益效果，进行如下实验：采用本发明实施例1所得产品进行实验。供试土壤为普通红壤，性能指标为：有机质含量7.9g/kg,总氮0.37g/kg,速效氮51.3mg/kg，总磷0.25g/kg，总钾15.7g/kg。

(1)土壤持水性能测试

将5kg风干土与本发明实施例1所得产品混合均匀按1.2g/cm³容重装入盆中，按土干重的1％、2％加入本发明实施例1所得产品，空白对照实验1为纯土干重，不添加本发明产品及其他产品，对照实验2和3分别为添加养分15-15-15的复合肥按土干重的1％、2％。施入本发明实施例1所得产品及对照复合肥后混匀、插入水分张力计，加水使之达到饱和含水率。并用称重法测定对应的土壤含水率；在自然条件下，土壤水分不断蒸发，当土壤水吸力达到80kPa时，测定土壤的含水率，计算出两者间土壤含水量差值，此值为土壤中作物最易利用的水分含量。

表1持水性能对照测试

从表1可以看到:施用本发明实施例1所得产品的能明显提高土壤的饱和含水率和作物最易利用的水分含量，如2％处理的饱和含水率达到75.9％,作物易利用的水分含量达到48.3％，分别比空白对照处理增加52.7％和98％，而对照2和对照3相对于空白对照无显著差异。本实验数据表明在灌溉水或降雨充分的情况下，土壤使用保水剂后能明显提高土壤的饱和含水率和作物最易利用的水分含量。

(2)发芽率试验

将5kg风干土与保水剂混合均匀按1.2g/cm³容重装入盆中，按土干重的1％、2％加入本发明实施例1所得产品，空白对照实验1为纯土干重，不添加本发明产品及其他产品，对照实验2和3分别为添加养分15-15-15的复合肥按土干重的1％、2％。施入本发明实施例1所得产品及对照复合肥后混匀，等量灌溉1升水。每盆中播入100粒玉米种子。恒温25℃培养7天后测定玉米发芽率及芽长、根长、株重等生物量指标。(每组试验的玉米芽指标取平均值)

表2发芽率对照测试

序号	平均根长/cm	平均芽长/cm	平均株重/g	发芽率/％
					对照1	3.56	1.52	0.33	89
对照2	5.12	2.37	0.43	88
					对照3	5.37	2.64	0.48	90
本发明1％	6.52	2.94	0.59	89
					本发明2％	6.98	3.11	0.67	91

通过表2得出，本发明实施例1产品的施用对玉米的发芽率影响极小，差异不显著。但本发明实施例1产品施用对作物的根长、芽长、植株的重量都有显著的作用。

(3)冬小麦产量大田试验

取同等类型土壤各一亩地施底肥，对照1不施任何肥料，对照2采用惯用施肥方式，施市售养分氮磷钾15-15-15的小麦专用肥50kg/亩，本发明水凝胶聚磷酸铵基磁化肥50kg/亩，重复试验地块3次。其他处理方法一致。

表3冬小麦产量大田试验

序号	重复1亩产/kg	重复2亩产/kg	重复3亩产/kg	平均亩产/kg
					对照1	179	207	194	193
对照2	564	593	582	580
					本发明实施例1	689	703	715	702

由表3可知施加冬小麦种植用水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥的试验区平均亩产最高，平均亩产702公斤，惯用施肥的试验区平均亩产580公斤，不施肥试验区平均亩产只有193公斤，所以施加水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥后比惯用施肥亩增产122公斤，增产率为17.4％，比不施肥处理的亩产增产509公斤，增产率为72.5％。可以看出施加本发明的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥具有显著的增产效果。

最后需要说明的是，上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥包括以下原料组成：水溶性聚磷酸铵、聚丙烯酸钾、白炭黑、磷石膏、磁化粒子，牛脂胺。

2.根据权利要求1所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥按重量份数计包括以下各组分：水溶性聚磷酸铵60-70份、聚丙烯酸钾1-3份、白炭黑1-3份、磷石膏5-10份、磁化粒子3-5份，牛脂胺3-5份。

3.根据权利要求2所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥按重量份数计包括以下各组分优选为：水溶性聚磷酸铵65份、聚丙烯酸钾2份、白炭黑2份、磷石膏8份、磁化粒子4份，牛脂胺3份。

4.根据权利要求1所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的水溶性聚磷酸铵为浓缩湿法磷酸和氨气在管式反应器中制得，聚合度n=5-15。

5.根据权利要求1所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的聚丙烯酸钾为分子量 500-900万，钾含量（以K₂O干基计）15-20 %。

6.根据权利要求1所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥，其特征在于：所述的磁化粒子为磁铁矿尾渣、铁矿选矿尾渣、钢渣中的一种或多种组合物。

7.如权利要求1-6所述的水凝胶型聚磷酸铵基磁化肥的制备方法，其特征在于：所述制备方法为：

（1）将磷石膏和磁化粒子投入雷蒙机中粉化成50-100目粉末，烘干的得到磷石膏基磁化材料备用；

（2）将水溶性聚磷酸铵熔融，然后加入剩余原料以及步骤（1）所得磷石膏基磁化材料进行混合熔融；

（3）将步骤（2）熔融混合料利用塔式造粒工艺进行造粒；

（4）将造粒后的颗粒肥料通过可调式永磁磁化处理机进行磁场处理，所用的磁场强度为2000-5000Oe，磁化时间15-30秒；

（5）将磁化后的物料干燥冷却后，按规格进行计量包装，得产品。