CN114195589A - 一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，包括：氮肥、磷肥、钾肥和酸浸处理后的电厂干灰；其中，所述复合肥中N含量为15‑20wt％、P2O5含量为10‑15wt％，K2O含量为10‑15wt％、有效Si含量至少为4wt％。本发明所述的基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，可以提供丰富的有效硅元素营养，并且适宜各类土壤使用，同时生产操作简单，易于推广。

Description

一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥及其制备方法
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，尤其涉及一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥及其制备方法。
背景技术
水稻是我国三大粮食之首，在我们粮食生产和消费中占主导地位，是国家粮食安全的基石。水稻是典型的喜硅作物，对硅的需求量多，有研究显示水稻充分吸硅后，植株更健壮、茎杆强度提高，增强水稻植株抗病抗虫能力，对水分及矿质养分的输送阻力明显降低。
虽然硅是组成地球的第二大元素，但事实上，土壤中的全硅含量约为31％，其中99％左右属结晶态和无定形态，主要以石英和次生粘土矿物存在，不能作为植物体所吸收的养分。只有土壤溶液中的微量单硅酸[正硅酸，Si(OH)4]能被植物吸收利用，这部分即为有效硅。据勘查，我国60％耕地缺硅，我国长江流域70％的土壤缺硅。因此，施用硅肥成为我国土壤补硅以及喜硅作物生长的必然措施。
科学家们研究发现秸秆发电燃烧后会产生3-20％的电厂干灰，这些秸秆电厂干灰如不能得到及时处理，就会带来巨大的环保压力，使生物质发电厂无法实现正产生产，不能实现物质的两性循环。目前，秸秆燃烧发电的电厂干灰中含量最多的元素为K，其次为P，还含有多种中微量元素，这其中SiO2的含量约为50％左右，因此利用化学方法活化草木灰中硅元素使其为农作物吸收，并实现工业化生产，对降低产品价格，促进产品推广，实现发电厂良性循环具有重要意义。
我们知道，如果将秸秆等电厂干灰直接作为肥料使用时，硅等元素养分并不能直接为植物吸收利用。传统从电厂干灰中提取硅的方法是以烧碱(氢氧化钠)为提取剂，并需经过焙烧才能实现。考虑扫秸秆电厂干灰本身就呈碱性，在碱性土壤中利用率低，当添加烧碱等提取剂后，无疑将进一步降低突然利用率；并且碱性价格昂贵，焙烧所耗能巨大，因此也大大增加了生产成本。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥及其制备方法，该复合肥可以提供丰富的有效硅元素营养，并且适宜各类土壤使用，同时生产操作简单，易于推广。
本发明提出的一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，包括：氮肥、磷肥、钾肥和酸浸处理后的电厂干灰；
其中，所述复合肥中N含量为15-20wt％、P2O5含量为10-15wt％、K2O含量为10-15wt％、有效Si含量至少为4wt％。
电厂干灰虽然富含硅元素营养，但是大部分硅元素养分是以二氧化硅形式存在，并不能被植物直接吸收利用，现有技术中利用烧碱和二氧化硅之间可以发生反应来实现对电厂干灰中硅养分进行提取，但由于电厂干灰本身具有碱性，在利用烧碱等提取时，无疑加剧了电厂干灰的碱性；虽然酸试剂可以对电厂干灰进行中和，但是考虑到酸试剂和二氧化硅之间并不发生反应，因此现有技术中一般酸浸处理后的电厂干灰的硅溶出效率并不高。
本发明中，通过在复合肥中加入酸浸处理后的电厂干灰，一方面使电厂灰中的碱性被中和，复合肥的整体pH值不会发生较大的变化，避免直接在复合肥中添加电厂干灰导致磷酸盐发生沉淀，同时促进作物根系的生长；另一方面，考虑到水稻对硅元素的较大需求，通过研究不同酸试剂对电厂干灰中硅元素的释放影响，并控制酸浸处理的工艺过程，使得电厂干灰中硅元素在酸浸处理后得到最大程度的释放，最终实现所述复合肥中有效硅的含量不低于4wt％，由此实现了对水稻的有效增产。
优选地，所述酸浸处理所用的酸试剂为无机酸；
优选地，所述无机酸包括硝酸，硝酸的浓度为15-25wt％。
在对电厂干灰进行酸试剂浸提处理时，不同酸的选择对电厂灰中硅的溶出影响是不同的。发明人发现，相对与有机酸，无机酸对电厂灰中硅元素的溶出效果相对较好，这可能是因为后者酸性较强的缘故；而且无机酸中，本发明创造性发现，硝酸对于电厂干灰中有效硅的提取效果最好，这可能是因为硝酸中硝酸根离子相对其他酸根负离子更容易对电厂灰中的硅元素进行解离。
优选地，所述无机酸还包括盐酸，盐酸的浓度为15-25wt％；
优选地，当所述无机酸为硝酸和盐酸混合物时，硝酸、盐酸的重量比不小于1:2。
本发明中，在选择硝酸作为酸浸处理的酸试剂基础上，将硝酸复配盐酸使用，并控制二者的配比，可以进一步提升对电厂灰中有效硅的提取。
优选地，所述酸浸处理具体包括：将电厂干灰与酸试剂混合，60-80℃下加热搅拌反应形成匀浆后，即得到所述酸浸处理后的电厂干灰；
优选地，所述电厂干灰为秸秆电厂干灰，其包括：SiO2含量为40-60wt％，，SiO2晶形为无定形，BET比表面积20-80m2/g。
秸秆电厂干灰是秸秆和树皮等生物质作为生物质燃料，在700-800℃下在循环流化床锅炉中燃烧所产生的固体废弃物；一般秸秆燃烧发电的电厂干灰中含有Si、Al、Ca、Fe、Mg、P等元素，除了Si，Ca、Fe、P也都是植物生长所必需的营养元素。
优选地，所述氮肥为尿素、氯化铵、磷酸一铵或磷酸二铵中的至少一种；所述磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、钙镁磷肥或过磷酸钙中的至少一种；所述钾肥为硫酸钾或氯化钾中的至少一种。
优选地，所述复合肥中，氮肥、磷肥、钾肥和酸浸处理后的电厂干灰的重量比为1:0.5-1:0.5-1:0.3-0.6。
根据土壤供肥性能、水稻需肥规律和肥料效应，通过控制氮磷钾和电厂干灰的适宜配比，可以避免施肥盲目性，达到科学、合理的施肥。
优选地，所述复合肥还包括微量元素肥、防结剂或保水保肥剂中的至少一种。
本发明还提出了一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥的制备方法，包括如下步骤：
S1、将电厂干灰与酸试剂混合，加热搅拌反应形成匀浆后，得到酸浸处理后的电厂干灰；
S2、将氮肥、磷肥、钾肥送入造粒机中造粒，造粒过程中喷入所述酸浸处理后的电厂干灰，烘干后，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥。
本发明所述复合肥制备时，以匀浆化的电厂干灰作为作为覆膜材料进行造粒，所得肥料不仅成球率高，而且实现了发电厂废弃物的高效利用和处理。
优选地，所述电厂干灰与酸试剂的质量比为1-5:1。
优选地，所述烘干温度为90-110℃，烘干时间为7-15min。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过无机酸使电厂干灰中的硅元素得以活化，从而能够提高水稻作物对于复合肥的养分利用率；所得复合肥不仅能够适应水稻对硅元素的养分需求，而且整体活性高，肥效强。
(2)本发明通过无机酸处理后的电厂干灰，pH值下降至中性，当用于肥料中时，所得肥料可以适用于各类土壤，避免影响作物根系生长。
(3)本发明将无机酸处理后的电厂干灰对肥料进行造粒加工，不仅便于包装和施用，而且有助于秸秆发电厂灰渣的农肥化和商品化。
(4)相比普通肥料，本发明所述水稻专用富硅复合肥在同样用量条件下，每亩增产可达到30％以上。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其是采用下述方法制备得到：
将80重量份的秸秆发电厂干灰球磨后烘干，过筛去除其中团结的大块，得到粉粒；将粉粒导入混合罐中，加入25重量份的硝酸溶液(浓度为20wt％)和55重量份的水，再通入蒸汽保持物料温度为70℃，搅拌反应直至形成匀浆状物质；
将890份的氯基15-15-15复合肥(200重量份的尿素、100重量份的氯化铵、340重量份的磷酸一铵、250重量份的氯化钾)与5重量份的防结剂(北京科普基业精细化工科技有限公司生产)加入造粒机中，旋转造粒过程中将所述匀浆状物质通过喷浆的形式喷入造粒机中，在转盘转速为50rpm下混合造粒20min，之后在100℃下烘干10min，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥。
实施例2
一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其是采用下述方法制备得到：
将80重量份的秸秆发电厂干灰球磨后烘干，过筛去除其中团结的大块，得到粉粒；将粉粒导入混合罐中，加入15重量份的硝酸溶液(浓度为20wt％)、15重量份的盐酸溶液(浓度为20wt％)和50重量份的水，再通入蒸汽保持物料温度为60℃，搅拌反应直至形成匀浆状物质；
将890份的氯基15-15-15复合肥(200重量份的尿素、100重量份的氯化铵、340重量份的磷酸一铵、250重量份的氯化钾)与5重量份的防结剂(北京科普基业精细化工科技有限公司生产)加入造粒机中，旋转造粒过程中将所述匀浆状物质通过喷浆的形式喷入造粒机中，在转盘转速为50rpm下混合造粒20min，之后在110℃下烘干7min，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥。
实施例3
一种水稻专用富硅复合肥，其是采用下述方法制备得到：
将80重量份的秸秆发电厂干灰球磨后烘干，过筛去除其中团结的大块，得到粉粒；将粉粒导入混合罐中，加入10重量份的硝酸溶液(浓度为20wt％)、15重量份的盐酸溶液(浓度为20wt％)和55重量份的水，再通入蒸汽保持物料温度为80℃，搅拌反应直至形成匀浆状物质；
将890份的氯基15-15-15复合肥(200重量份的尿素、100重量份的氯化铵、340重量份的磷酸一铵、250重量份的氯化钾)与5重量份的防结剂(北京科普基业精细化工科技有限公司生产)加入造粒机中，旋转造粒过程中将所述匀浆状物质通过喷浆的形式喷入造粒机中，在转盘转速为50rpm下混合造粒20min，之后在90℃下烘干15min，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥。
实施例4
将80重量份的秸秆发电厂干灰球磨后烘干，过筛去除其中团结的大块，得到粉粒；将粉粒导入混合罐中，加入5重量份的硝酸溶液(浓度为20wt％)、20重量份的盐酸溶液(浓度为20wt％)和55重量份的水，再通入蒸汽保持物料温度为70℃，搅拌反应直至形成匀浆状物质；
将890份的氯基15-15-15复合肥(200重量份的尿素、100重量份的氯化铵、340重量份的磷酸一铵、250重量份的氯化钾)与5重量份的防结剂(北京科普基业精细化工科技有限公司生产)加入造粒机中，旋转造粒过程中将所述匀浆状物质通过喷浆的形式喷入造粒机中，在转盘转速为50rpm下混合造粒20min，之后在100℃下烘干10min，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥。
对比例1
一种基于电厂干灰的水稻专用复合肥，其是采用下述方法制备得到：
将80重量份的秸秆发电厂干灰球磨后烘干，过筛去除其中团结的大块，得到粉粒；
将所述粉粒与890份的氯基15-15-15复合肥(200重量份的尿素、100重量份的氯化铵、340重量份的磷酸一铵、250重量份的氯化钾)以及5重量份的防结剂(北京科普基业精细化工科技有限公司生产)加入造粒机中，在转盘转速为50rpm下混合造粒20min，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥。
对比例2
一种基于电厂干灰的水稻专用复合肥，其是采用下述方法制备得到：
将80重量份的秸秆发电厂干灰球磨后烘干，过筛去除其中团结的大块，得到粉粒；将粉粒导入混合罐中，加入25重量份的乙酸溶液(浓度为20wt％)和55重量份的水，再通入蒸汽保持物料温度为70℃，搅拌反应直至形成匀浆状物质；
将890份的氯基15-15-15复合肥(200重量份的尿素、100重量份的氯化铵、340重量份的磷酸一铵、250重量份的氯化钾)与5重量份的防结剂(北京科普基业精细化工科技有限公司生产)加入造粒机中，旋转造粒过程中将所述匀浆状物质通过喷浆的形式喷入造粒机中，在转盘转速为50rpm下混合造粒20min，之后在100℃下烘干10min，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用复合肥。
对比例3
一种基于电厂干灰的水稻专用复合肥，其是采用下述方法制备得到：
将80重量份的秸秆发电厂干灰球磨后烘干，过筛去除其中团结的大块，得到粉粒；将粉粒导入混合罐中，加入25重量份的盐酸溶液(浓度为20wt％)和55重量份的水，再通入蒸汽保持物料温度为70℃，搅拌反应直至形成匀浆状物质；
将890份的氯基15-15-15复合肥(200重量份的尿素、100重量份的氯化铵、340重量份的磷酸一铵、250重量份的氯化钾)与5重量份的防结剂(北京科普基业精细化工科技有限公司生产)加入造粒机中，旋转造粒过程中将所述匀浆状物质通过喷浆的形式喷入造粒机中，在转盘转速为50rpm下混合造粒20min，之后在100℃下烘干10min，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用复合肥。
对实施例和对比例所述水稻专用复合肥中有效硅的含量进行测定。检测方法参照：NYT 2272-2012土壤调理剂钙、镁、硅含量的测定，测试结果如下表1所示：
表1实施例和对比例中所述水稻专用复合肥中有效硅的含量
Figure BDA0003438845990000091
对实施例和对比例所述水稻专用复合肥的施肥效果进行测试：
试验地点位于宣城市旌德县田园牧歌水稻种植合作社，田块基础设施配套，灌溉排水能力较好。试验田土壤为潴育型水稻土，土体无明显障碍层，地势平坦，肥力中等。供试田块耕层土壤理化性状：有机质21.6g/kg，全氮1.24g/kg，有效磷7.3mg/kg，速效钾44.3mg/kg，pH 5.6。供试作物为水稻品种为两优8106。
试验设8个处理，3次重复，包括常规施肥(氯基15-15-15复合肥)，实施例和对比例所述水稻专用复合肥，各处理具体施肥量如下表2所示。
小区面积20m2，随机区组排列。磷肥、钾肥全部作为基肥施用，氮肥基追(基肥:分蘖肥(插秧后10天):穗肥(抽穗前，即：圆秆期))比例5:3:2。每个小区之间设埂，防止窜水窜肥。各处理单排单灌，防止串灌串排，试验田周围设置1m保护行。栽插密度为259914穴/hm2，除施肥外，其他管理措施相同。
表2各处理具体施肥量
Figure BDA0003438845990000101
对每小区进行实测产，记录稻谷重量(四周边行、空秆、病虫变异株除外)，每小区选取具有代表性5穴植株进行考种，记录株高、穗长、穗粒数和千粒重。各处理水稻产量与产量结构如下表3所示：
表3各处理水稻产量与产量结构
Figure BDA0003438845990000102
Figure BDA0003438845990000111
由表3可知，实施例相对对比例所述复合肥在施肥中增产率高达16％；同时有效穗数和千粒重均有不同程度的提高。
表4各处理经济效益分析
产量kg/hm<sup>2</sup> 肥料投入/元 产值/元 利润/元
常规施肥 6971.8 1500 16730 15230
实施例1 9385.0 1800 22524 20725
实施例2 9529.7 1770 22870 21100
实施例3 9326.9 1750 22384 20634
实施例4 9223.5 1720 22135 20415
对比例1 8175.9 1600 19622 18022
对比例2 8248.6 2200 19800 17600
对比例3 8230.3 1700 19753 18053
由表4可知，实施例水稻经济效益较常规施肥增加高达5500元/hm2；比常对比例增加3500元/hm2。实施例经济效益增加显著。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其特征在于，所述复合肥包括：氮肥、磷肥、钾肥和酸浸处理后的电厂干灰；
其中，所述复合肥中N含量为15-20wt％、P2O5含量为10-15wt％、K2O含量为10-15wt％、有效Si含量至少为4wt％。
2.根据权利要求1所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其特征在于，所述酸浸处理所用酸试剂为无机酸；
优选地，所述无机酸包括硝酸，硝酸的浓度为15-25wt％。
3.根据权利要求2所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其特征在于，所述无机酸还包括盐酸，盐酸的浓度为15-25wt％；
优选地，当所述无机酸为硝酸和盐酸混合物时，硝酸、盐酸的重量比不小于1:2。
4.根据权利要求1-3任一项所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其特征在于，所述酸浸处理具体包括：将电厂干灰与酸试剂混合，60-80℃下加热搅拌反应形成匀浆后，即得到所述酸浸处理后的电厂干灰；
优选地，所述电厂干灰为秸秆电厂干灰，其包括：SiO2含量为40-60wt％，，SiO2晶形为无定形，BET比表面积20-80m2/g。
5.根据权利要求1-4任一项所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其特征在于，所述氮肥为尿素、氯化铵、磷酸一铵或磷酸二铵中的至少一种；所述磷肥为磷酸一铵、磷酸二铵、钙镁磷肥或过磷酸钙中的至少一种；所述钾肥为硫酸钾或氯化钾中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其特征在于，所述复合肥中，氮肥、磷肥、钾肥和酸浸处理后的电厂干灰的重量比为1:0.5-1:0.5-1:0.3-0.6。
7.根据权利要求1-6任一项所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥，其特征在于，所述复合肥还包括微量元素肥、防结剂或保水保肥剂中的至少一种。
8.一种权利要求1-7任一项所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将电厂干灰与酸试剂混合，加热搅拌反应形成匀浆后，得到酸浸处理后的电厂干灰；
S2、将氮肥、磷肥、钾肥送入造粒机中造粒，造粒过程中喷入所述酸浸处理后的电厂干灰，烘干后，即得到所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥。
9.根据权利要求8所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥的制备方法，其特征在于，所述电厂干灰与酸试剂的质量比为1-5:1。
10.根据权利要求8或9所述基于电厂干灰的水稻专用富硅复合肥的制备方法，其特征在于，所述烘干温度为90-110℃，烘干时间为7-15min。
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