CN114728859A - 尿素硫酸钙颗粒及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

公开了尿素硫酸钙(UCS)肥料颗粒及其制备和使用方法。颗粒可包括尿素硫酸钙(UCS)加合物。制备方法可以包括制备包含UCS加合物的部分干燥的材料，以及通过将部分干燥的材料送入用于造粒的单独容器或在部分干燥的材料经储存后造粒的一种或两种以形成UCS肥料颗粒。

Description

尿素硫酸钙颗粒及其制备和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月03日提交的美国临时专利申请第62/910167号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

发明背景

A.技术领域

本发明一般地涉及尿素硫酸钙(UCS)肥料颗粒及其制备和使用方法。该颗粒可包括尿素硫酸钙(UCS)加合物。制备方法可以包括制备包含UCS加合物的部分干燥的材料，以及通过将部分干燥的材料送入用于造粒的单独容器或在部分干燥的材料经储存后造粒的一种或两种以形成UCS肥料颗粒。

B.背景技术

土壤营养素如氮、磷、钾和硫，以及微量元素如铁、锌、铜和镁，对于实现繁荣的农业和植物生长是有用的。在重复的种植周期中，土壤中这些营养素的量可能被耗尽，从而导致植物生长受到抑制和产量下降。为了抵消这种影响，已经开发出肥料来帮助替代耗尽的重要营养素。已开发出单一营养素肥料和多营养素肥料如共混肥料，以满足全球作物生产的各种需求。

含氮肥料用于支持健康的植物生长和光合作用。尿素(CH₄N₂O)是一种含氮化合物并广泛用作肥料中的氮源。然而，由于其在土壤中的快速水解和硝化作用，尿素中的氮会很快流失。此外，在含其他土壤营养素的共混肥料中使用尿素很困难，因为尿素会与肥料如有机肥料中的其他组分发生不良反应。这些反应会产生液化固体颗粒或干燥混合物产品的水，导致产品结块和损失，并增加这些不良反应发生的速率。参见Biskupski等人(EP2774907)；另见Achard等人(US 5409516)。此外，水的产生增加了在制备含尿素肥料的过程中必须除去的水量，使得这些共混肥料的制备变得困难并且更昂贵。参见Schwob(FR2684372)。

通过将尿素与硫酸钙结合为尿素硫酸钙加合物(UCS)或将尿素与磷酸岩和硫酸反应形成与过磷酸盐(磷酸二氢钙；Ca(H₂PO₄)₂)和/或磷酸氢钙(CaHPO₄)结合的尿素，减少了在肥料中使用尿素的一些问题(参见WO2001/042172、WO2019/016761、CN108530175、CN103086781、CN103086810、EP2774907、US2074880、US4283423、US5409516、GB1189398、Achard等人，Phosphorus and potassium 191(1994):27-33、Whittaker等人，Ind.Eng.Chem.1933,25,11,1280-1282、Malinowski等人，Polish Journal of ChemicalTechnology9,no.4(2007):111-114)。然而，对于UCS加合物，实现向UCS转化并同时造粒仍存在困难。例如，在用于制备UCS的浆料中高百分比水分的存在减少了UCS加合物的形成。然而，当浆料中可用的水分少于约20％时，泵送浆料可变得困难或不切实际。因此，制备具有高比例UCS的并且直接造粒的产品可能是不切实际的。

发明内容

已经发现解决了与基于尿素硫酸钙(UCS)加合物的肥料相关的至少一些问题。在一个方面，已发现允许容易地制备含有UCS加合物(4NH2CONH₂·CaSO4)的肥料的多步骤(例如，至少两个步骤)方法。该方法可包括将尿素和硫酸钙转化为UCS加合物的第一步。第二步可包括对UCS加合物造粒以形成肥料颗粒。转化为UCS加合物的第一步可以任选地包括储存期，在此期间UCS加合物转化可在造粒之前持续发生。该方法可用于制备稳定和高质量的产品，同时避免目前用于制备类似肥料的方法的至少一些上述困难。在本发明的方法中，不需要固液分离步骤，并且在转化过程中可以使用过量的水以避免粉尘形成并确保尿素在溶液中并且可与硫酸钙反应物一起转化。也可以添加蒸汽以通过增加反应物的热量来促进转化。将制备的UCS加合物干燥后所制备的UCS肥料颗粒产品可用作高氮含量肥料。当需要更高浓度的氮时，所述肥料组合物可以是有益的。

在本发明的一个方面，描述了UCS肥料颗粒。UCS肥料颗粒可以是通过本文公开的方法制备的任何含有UCS加合物的颗粒。UCS肥料颗粒可包括尿素硫酸钙(UCS)加合物。UCS加合物可以是CaSO4·4CO(NH2)₂。在一些情况下，颗粒含有超过55重量％、超过60重量％、超过65重量％、超过70重量％、超过75重量％、超过80重量％或超过85重量％的UCS加合物。颗粒可以含有小于0.6重量％的水、小于0.5重量％、小于0.4重量％、小于0.3重量％、小于0.2重量％、小于0.1重量％的水，或其中或其间的任何量或范围的水。

在一些情况下，颗粒可以具有大于水的密度(例如，大于1.0g/mL)。UCS肥料颗粒可包括一种或多于一种颗粒。此外，本发明的UCS肥料颗粒可以具有1毫米(mm)至5mm，优选约2mm至4mm的平均粒度。

本发明的UCS肥料颗粒还可以含有一种或多于一种添加剂。添加剂可以是肥料、微量营养素、次要营养素或有机试剂。添加剂可以是提供基于氮的肥料、基于磷的肥料、基于钾的肥料、基于尿素的肥料的肥料、化合物或组合物，提供氮磷钾(NPK)、磷酸二铵(DAP)、磷酸一铵(MAP)、普通过磷酸钙(SSP)、重过磷酸钙(TSP)、尿素、氯化钾、硫酸钾、硫酸镁、过磷酸盐、磷酸岩、钾碱、钾碱硫酸盐(SOP)、钾碱氯化物(MOP)、硫酸镁石、光卤石、菱镁矿、白云石、硼酸、硼(B)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)、硒(Se)、硅(Si)、游离钙(Ca)、镁(Mg)、元素硫(S)、印楝油、海藻提取物、生物促生剂、炭、来自焚烧动物废弃物或动物组织的灰烬的肥料，或其任何组合。

UCS肥料颗粒可以包括颗粒表面的包覆层。在一些情况下，包覆层可以包括植物营养素、尿素水解和/或硝化的抑制剂、减缓或增加颗粒降解速率的试剂、排斥水分和/或提供疏水层的试剂、降低或增加颗粒反应性的试剂、为植物提供另外的益处的试剂、增加颗粒稳定性和/或压碎强度的试剂、pH缓冲剂、干燥剂等或其任何组合。包覆层可以是商业可获得的包覆层、油、肥料、微量营养素、滑石、海藻和/或海藻提取物、蜡等。在一些情况下，包覆层可以含有表面活性剂。在一些情况下，包覆层含有蜡、表面活性剂和/或胺基化合物。

在本发明的又一方面，描述了制备含有UCS加合物的UCS肥料颗粒的方法。该方法可以包括(a)在足以形成含有UCS加合物的含水浆料的条件下组合尿素、硫酸钙和水，和(b)从含水浆料中除去至少一部分水以形成含有UCS加合物的部分干燥的材料。一方面，含有UCS加合物的部分干燥的材料可以用作肥料。一方面，含有UCS加合物的部分干燥的材料可以储存，然后用作肥料或被进一步加工以制备随后可用作肥料的颗粒。储存步骤可以包括不加热或不混合含有UCS加合物的部分干燥的材料。储存可包括储存1分钟至几个月，或其中的任何范围或时间。在一些方面，一旦产生了含有UCS加合物的部分干燥的材料，它或储存的UCS加合物可以通过造粒步骤进一步加工以制备UCS肥料颗粒。造粒步骤可以包括(c)将部分干燥的材料进料至造粒机中以形成UCS肥料颗粒。在一些情况下，(a)在与(c)中使用的造粒机不同的容器中进行。在一些情况下，当部分干燥的材料在被送入造粒机以形成UCS肥料颗粒之前经储存时，(a)在与(c)中使用的相同的造粒容器中进行。在一些非限制性情况下，可以使用实施例中使用的设备和方法。

(a)中加入的水量可以是提供比溶解尿素所需的最低限度更多的水的量。在一些情况下，水溶液的水含量为10重量％、11重量％、12重量％、13重量％、14重量％、15重量％、16重量％、17重量％、18重量％、19重量％、20重量％或大于20重量％。加入(a)中的尿素与硫酸钙的比率可以是1:2至3:1。在一些情况下，该比率为1.2:1至2.7:1、1.3:1至2.6:1、1.35:1至2.6，或其中的任何范围或比率。(a)中反应物的温度可以升高至55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或高于100℃，或其中或其间任何温度或温度范围。在一些情况下，反应物和/或含有反应物的容器被蒸汽加热。

在(b)中可以通过在用于(a)的相同容器或不同容器中部分干燥含水浆料来除去一部分水。用于部分干燥含水浆料和制备部分干燥材料的容器可以是干燥器。在一些情况下，含水浆料的部分干燥通过使含水浆料或用于部分干燥含水浆料的容器与蒸汽接触而发生。含水浆料可在35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或高于100℃或其中或其间任何温度或温度范围的温度下干燥。在(b)中制备的部分干燥的材料中的水的量可以是11重量％、10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％、2重量％、1重量％、0.8重量％、0.6重量％或其中或其间任何数或范围的数。部分干燥的材料中UCS加合物的量可以超过40重量％、超过45重量％、超过50重量％、超过55重量％、超过60重量％、超过65重量％、超过70重量％、超过75重量％、超过80重量％或超过85重量％，或其中或其间任何量或的范围。

在(c)之前，部分干燥的材料可以任选地经储存(例如，进行一段时间的不加热或不混合)。储存可以在用于制备含水浆料、制备部分干燥的材料的同一容器中和/或在造粒机中进行。储存可以在与用于制备含水浆料、制备部分干燥的材料的容器和/或造粒机不同的容器中进行。部分干燥的材料可以储存任何时间，例如1分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、8小时、12小时、16小时、1天、2天、5天、1周、2周、3周、4周、1个月、2个月、3个月、4个月或长于4个月，或其中或其间任何时间或范围的时间。在任选的储存期间，部分干燥的材料可以冷却。在一些情况下，部分干燥的材料可以在储存期间冷却至环境温度、室温、-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃，或其中或其间任何温度或范围的温度。在任选的储存期间，UCS加合物的形成可以在部分干燥的材料中继续发生。在一些情况下，部分干燥的材料在造粒前储存约2周。在一些情况下，部分干燥的材料在造粒前储存2周或短于2周。在一些情况下，部分干燥的材料在造粒前储存至少1天。在一些情况下，部分干燥的材料在造粒前储存1天至2周。

步骤(c)中使用的造粒机可以是转鼓造粒机、搅拌机、盘式造粒机等。用于制备UCS肥料颗粒的造粒机可以包括干燥器，或者干燥器可以在造粒后使用。在一些情况下，部分干燥的材料或经造粒的部分干燥的材料的干燥通过使部分干燥的材料或用于干燥部分干燥的材料的容器与蒸汽接触而发生。部分干燥的材料或经造粒的部分干燥的材料可以在35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或高于100℃或其中或其间任何温度或范围的温度下干燥。(c)中制备的UCS肥料颗粒中的水的量可以小于0.6重量％、0.5重量％、0.4重量％、0.3重量％、0.2重量％、0.1重量％或更低，或其中或其间任何量或范围的量。UCS肥料颗粒中UCS加合物的量可以是40重量％、超过40重量％、超过45重量％、超过50重量％、超过55重量％、超过60重量％、超过65重量％、超过70重量％、超过75重量％、超过80重量％、超过85重量％，或其中或其间任何量或范围的量。在某些方面，在部分干燥的材料的造粒过程中，可以将氨和硫酸添加至步骤(c)中使用的造粒机中。氨和硫酸可以在造粒机内形成硫酸铵并发热，并有助于部分干燥的材料的造粒，以及提高形成的UCS肥料颗粒的硬度。在一些方面，硫酸可以是70重量％至98重量％的硫酸溶液。氨和硫酸可以以使得形成的硫酸铵的重量可以是被造粒的部分干燥的材料重量的1重量％至5重量％的量加入，例如，每100克部分干燥的材料形成1至5克硫酸铵。在某些方面，可以在部分干燥的材料的造粒过程中将另外的造粒助剂添加到造粒机中以促进造粒，提高形成的UCS肥料颗粒的硬度并降低造粒过程中的粉尘形成。造粒助剂可以是任何合适的的造粒助剂，包括但不限于表面活性剂。

在一些方面，部分干燥的材料的任选的储存可能导致在部分干燥的材料中形成团块。在一些方面，在将部分干燥的材料造粒之前，可以例如通过破碎来使团块破碎。破碎的部分干燥的材料可以造粒以制备UCS肥料颗粒。在一些特定方面，在造粒之前可以将团块破碎至小于2mm的尺寸。团块可以通过本领域已知的任何合适的方法破碎，其包括但不限于将材料机械铲进料至团块破碎机中。

在造粒机中形成UCS肥料颗粒可以包括将另外的尿素、另外的硫酸钙、另外的UCS加合物、另外的水和水溶液，和/或一种或多于一种添加剂，添加至颗粒中或包覆颗粒。在一些情况下，可以以蒸汽的形式添加另外的水。在一些情况下，水溶液可以是洗涤液。洗涤液可以是酸性的，含有氨，和/或含有氮、磷和/或钾源。在一些情况下，洗涤液是用于洗涤或已经用于洗涤干燥器空气中和/或减少来自肥料例如UCS肥料颗粒和/或氮(N)、磷(P)和/或钾(K)肥(例如，NP、NK或NPK)制备中的灰尘颗粒的洗涤液。添加剂可以是肥料、微量营养素、次要营养素或有机试剂。添加剂可以是提供基于氮的肥料、基于磷的肥料、基于钾的肥料、基于尿素的肥料的肥料、化合物或组合物，提供氮磷钾(NPK)、磷酸二铵(DAP)、磷酸一铵(MAP)、普通过磷酸钙(SSP)、重过磷酸钙(TSP)、尿素、氯化钾、硫酸钾、硫酸镁、过磷酸盐、磷酸岩、钾碱、钾碱硫酸盐(SOP)、钾碱氯化物(MOP)、硫酸镁石、光卤石、菱镁矿、白云石、硼酸、硼(B)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、锌(Zn)、硒(Se)、硅(Si)、游离钙(Ca)、镁(Mg)、元素硫(S)、印楝油、海藻提取物、生物促生剂、炭、来自焚烧动物废弃物或动物组织的灰烬的肥料，或其任何组合。

在一些方面，形成UCS肥料颗粒的过程可以包括在UCS肥料颗粒的表面上添加包覆层。在一些情况下，包覆层可以包括植物营养素、尿素水解和/或硝化的抑制剂、减缓或增加颗粒降解速率的试剂、排斥水分和/或提供疏水层的试剂、降低或增加颗粒反应性的试剂、为植物提供另外的益处的试剂、增加颗粒稳定性和/或压碎强度的试剂、pH缓冲剂、干燥剂等或其任何组合。包覆层的非限制性实例包括商业可获得的包覆层、油、肥料、微量营养素、滑石、海藻和/或海藻提取物、蜡等。在一些情况下，包覆层可以含有表面活性剂。在一些情况下，包覆层含有蜡、表面活性剂和/或胺基化合物。可以在颗粒干燥之前、在颗粒干燥期间或在颗粒干燥之后将包覆层施加至颗粒上。包覆层可以通过喷雾、倾倒、混合、共混等方式施加到颗粒上。可以使用流化床喷雾器或涂布机、液体喷雾混合器、转鼓或转盘、卸料点喷涂、桨式混合器等。

在某些方面，UCS肥料颗粒可以在对颗粒进行包覆之前冷却，例如冷却至环境温度附近(例如环境温度-5℃至环境温度+5℃)。本领域已知的合适的冷却器可用于冷却UCS肥料颗粒，例如流化床冷却器或转鼓冷却器。在一些方面，UCS肥料颗粒可以用空气冷却。在一些方面，用于冷却的空气可以在进入冷却器之前进行处理，例如除湿。可以对空气进行除湿，以避免被冷却的UCS肥料颗粒吸收水分。在一些方面，冷却器中使用的空气可以被调节至低于UCS产品的临界相对湿度(CRH)的相对湿度，例如，对于包含27重量％的氮的UCS为60％至65％，对于包含33重量％的氮的UCS为55％至60％。

在本发明的另一个方面，描述了施肥方法。方法可以包括将多个本发明的UCS肥料颗粒施用于土壤、作物或土壤和作物的组合的一部分。在一些实施方案中，土壤至少部分或完全浸没在水中(例如稻田作物)并且颗粒沉入水中以接触土壤。

在本发明的上下文中还公开了共混或复合肥料组合物，其包括与其他肥料、微量营养素、次要营养素或有机试剂混合的多个本发明的UCS肥料颗粒。肥料可以是颗粒形式的(例如，尿素、磷酸一铵(MAP)、磷酸二铵(DAP)、钾碱氯化物(MOP)和/或钾碱硫酸盐(SOP))。优选地，UCS颗粒和另外的肥料彼此相容(例如，可以彼此接触而不发生化学反应)。除了UCS肥料颗粒外，共混或复合肥料可以包含基于氮的肥料、基于磷的肥料、基于钾的肥料、基于尿素的肥料、提供氮、磷和钾(NPK)、磷酸二铵(DAP)、磷酸一铵(MAP)、普通过磷酸钙(SSP)、重过磷酸钙(TSP)、尿素、氯化钾、硫酸钾、硫酸镁、过磷酸盐、磷酸岩、钾碱、钾碱硫酸盐(SOP)、钾碱氯化物(MOP)、硫酸镁石、光卤石、菱镁矿、白云石、硼酸、B、Cu、Fe、Mn、Mo、Zn、Se、Si、Ca、Mg、S、印楝油、海藻提取物、生物促生剂、炭、来自焚烧动物废弃物或动物组织的灰烬等的肥料，或其任何组合。

以下包括本说明书中使用的各种术语和短语的定义。

术语“肥料”定义为施用于土壤或植物组织以提供一种或多于一种植物生长必需或有益的植物营养素和/或增加或促进植物生长的刺激物或增强剂的材料。肥料的非限制性实例包括具有尿素、硝酸铵、硝酸铵钙、尿素硫酸钙加合物、一种或多于一种过磷酸钙、二元NP肥料、二元NK肥料、二元PK肥料、NPK肥料、钼、锌、铜、硼、钴和/或铁中的一种或多于一种的材料。在一些方面，肥料包括增强植物生长和/或增强植物接受肥料益处的能力的试剂，例如但不限于生物促生剂、脲酶抑制剂和硝化抑制剂。

术语“微量营养素”定义为用于植物正常生长和发育的痕量的化学元素或物质。微量营养素的非限制性实例包括B、Cu、Fe、Mn、Mo、Zn、Se和Si或其化合物。

术语“次要营养素”定义为用于植物生长的适量的化学元素或物质，并且与N、P和K相比不太可能限制作物生长。次要营养素的非限制性实例包括Ca、Mg和S。

术语“有机试剂”定义为由生物体产生的或作为其一部分的物质。适用于肥料的有机试剂的非限制性实例包括印楝油、海藻提取物、生物促生剂、炭、来自焚烧动物废弃物或动物组织的灰烬和硅藻土。

术语“颗粒”可以包括固体材料。颗粒可具有多种不同的形状，其非限制性示例包括球形、圆盘形(puck)、椭圆形、棒形、长方形或随机形状。

术语“约”或“大约”定义为本领域普通技术人员所理解的接近于。在一个非限制性实施方案中，这些术语定义为包括偏差在10％以内，优选偏差在5％以内，更优选偏差在1％以内，最优选偏差在0.5％以内的范围。

术语“重量％”、“体积％”或“摩尔％”分别指基于包含所述组分的材料的总重量、总体积或总摩尔数，所述组分的重量百分比、体积百分比或摩尔百分比。在一个非限制性实例中，100克材料中的10克组分是10重量％的组分。

术语“基本上”及其变体定义为包括包含偏差在10％以内、偏差在5％以内、偏差在1％以内或偏差在0.5％以内的范围。

当在权利要求书和/或说明书中使用时，术语“抑制”或“减少”或“防止”或“避免”或这些术语的任何变体包括任何可测量的减少或完全抑制，以实现希望的结果。

当在说明书和/或权利要求书中使用时，术语“有效”是指足以实现希望的、期望的或预期的结果。

当在权利要求书或说明书中与术语“包含”、“包括”、“含有”或“具有”中的任何一个结合使用时，要素前无数量词可以表示“一个”，也可以表示“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”。

词语“包含”、“具有”、“包括”或“含有”是包容性的或开放式的，并且不排除其它的、未列举的要素或方法步骤。

本发明的UCS肥料颗粒和生产UCS肥料颗粒的方法可以“包括”、“基本上组成为”或“组成为”在整个说明书中公开的特定成分、组分、组合物、步骤等。关于过渡相“基本上组成为”，在一个非限制性方面，本发明的UCS肥料颗粒的基本和新颖特征是UCS颗粒中存在尿素硫酸钙(UCS)加合物。此外，在一些情况下，生产UCS肥料颗粒的方法可以包括多步骤方法，该方法可以包括形成UCS加合物并从反应物/产物材料中除去一部分水以形成部分干燥的材料，然后将部分干燥的材料造粒以形成UCS肥料颗粒。

在本发明的上下文中，至少提供了以下23个方面。方面1涉及一种制备尿素硫酸钙(UCS)肥料颗粒的方法，该方法包括：(a)在足以形成包含UCS加合物的含水浆料的条件下组合尿素、硫酸钙和水；(b)从含水浆料中除去至少一部分水以形成包含UCS加合物的部分干燥的材料，并且任选地储存部分干燥的材料；(c)将部分干燥的材料送入造粒机中以形成UCS肥料颗粒。方面2涉及方面1的方法，其中步骤(a)在与步骤(c)的造粒机不同的容器中进行。方面3涉及方面1至2中任一项的方法，其中部分干燥的材料包含10重量％至0.6重量％的水。方面4涉及方面1至3中任一项的方法，其中形成的UCS肥料颗粒包含0.5重量％或少于0.5重量％的水。方面5涉及方面1至4中任一项的方法，其中步骤(b)包括将来自步骤(a)的含水浆料进料至干燥器中以形成部分干燥的材料。方面6涉及方面1至5中任一项的方法，其中形成的含水浆料包含大于10重量％至25重量％的水。方面7涉及方面1至6中任一项的方法，其中步骤(b)包括使含水浆料与蒸汽接触以加热含水浆料。方面8涉及方面1至7中任一项的方法，其中步骤(c)包括使部分干燥的材料与蒸汽接触以加热部分干燥的材料。方面9涉及方面1至8中任一项的方法，其中在造粒机中形成UCS肥料颗粒还包括将部分干燥的材料与另外的尿素、硫酸钙和/或另外的UCS加合物组合。方面10涉及方面1至9中任一项的方法，其中在造粒机中形成UCS肥料颗粒还包括使部分干燥的材料与洗涤液接触。方面11涉及方面1至10中任一项的方法，其中方法还包括包覆UCS肥料颗粒的至少一部分。方面12涉及方面11的方法，其中UCS肥料颗粒用基于植物和/或基于动物的油包覆。方面13涉及方面11或12的方法，其包括在包覆UCS肥料颗粒之前用空气冷却UCS肥料颗粒。方面14涉及方面1至13中任一项的方法，其中步骤(b)包括在将部分干燥的材料进料至造粒机中之前，将部分干燥的材料储存1天至2周。方面15涉及方面1至14中任一项的方法，其中步骤(a)中组合的尿素与硫酸钙的重量比为1:1至3:1。方面16涉及方面1至15中任一项的方法，其中形成的UCS肥料颗粒包含40重量％至90重量％的UCS加合物。方面17涉及方面16的方法，其中形成的UCS肥料颗粒包含60重量％至90重量％的UCS加合物。方面18涉及方面1至17中任一项的方法，其还包括将UCS肥料颗粒与至少一种另外的肥料组合以形成共混肥料和/或复合肥料。方面19涉及方面1至18中任一项的方法，其包括在步骤(c)之前储存部分干燥的材料，以及粉碎在部分干燥的材料中形成的团块的至少一部分。方面20涉及方面1至19中任一项的方法，其包括在步骤(c)期间将氨和硫酸进料至造粒机以形成硫酸铵并向部分干燥的材料提供热量。方面21涉及通过方面1至20中任一项的方法形成的尿素硫酸钙(UCS)肥料颗粒。方面22涉及方面21的肥料颗粒，其包含在共混肥料或复合肥料中。方面23涉及施肥方法，该方法包括将如方面21至22中任一项的UCS肥料颗粒、包含UCS肥料颗粒的共混肥料或包含UCS肥料颗粒的复合肥料或其任意组合施用于土壤、作物或土壤和作物的一部分。

附图说明

受益于以下详细描述并参考附图，本发明的优点对于本领域技术人员可以变得明显。

图1A至图1C：图1A是可用于制备本发明的UCS肥料颗粒的系统的非限制性示意图，其中尿素、硫酸钙和水可用作起始材料；图1B是可以使用的系统的非限制性示意图，其中在造粒之前包括任选的储存步骤；图1C是可以使用的系统的非限制性示意图，其中可以将任选的包覆添加至颗粒中；图1D是可以使用的系统的非限制性示意图，其中在造粒之前包括任选的储存步骤和团块破碎；图1E是可以使用的系统的非限制性示意图，其中可以在造粒之后添加任选的冷却单元和颗粒包覆机。

尽管本发明易于进行各种修改和替代形式，但其具体实施方案通过附图举例说明的方式示出。附图可能不是按比例绘制的。

具体实施方式

公开了一种含有UCS加合物的肥料和制备UCS肥料颗粒的方法。UCS肥料颗粒可以在多步骤方法(例如，两步)中制备。第一步可以包括将尿素和硫酸钙转化为UCS加合物。第二步可包括将UCS加合物造粒以形成肥料颗粒。转化为UCS加合物的第一步可以任选地包括储存期，在此期间UCS加合物转化可在造粒之前持续发生。这种多步骤方法可以制备稳定和高质量的产品，同时避免单步转化/造粒方法所需的实现和维持适当条件的困难。

本发明的UCS肥料颗粒可以通过以下非限制性反应制备：

CaSO₄.2H₂O+4CO(NH₂)₂→CaSO₄.4CO(NH₂)₂+2H₂O

本发明的这些和其他非限制性方面在以下部分中进一步详细讨论。

A.制备UCS肥料颗粒的过程

本发明的UCS颗粒可以使用造粒系统制备，例如但不限于图1A、图1B或图1C所分别示出的造粒系统100、200和/或300，或其组合。造粒系统可以是能够处理浆料的连续过程或间歇过程。造粒系统可以包括混合区101，所述混合区101是第一容器120或位于第一容器120内。混合区101可以位于连续搅拌的釜式反应器中。在混合区101中，尿素110(例如新鲜尿素颗粒、尿素熔体或尿素溶液)、水111和硫酸钙112(处于任何水合或非水合状态，例如石膏、无水石膏、硫酸钙半水合物和二水合硫酸钙可以在混合区101(例如，连续搅拌的釜式反应器)中组合以形成含水浆料。在一些情况下，含水浆料的水含量为10重量％至50重量％、10重量％至25重量％、12重量％至25重量％、12重量％至20重量％、12重量％至16重量％或14重量％至20重量％，或其中的任何范围。混合(例如，搅拌器转速为40RPM至60RPM)可用于促进UCS加合物的形成和/或减少形成所需的热量。第一容器120可包括可旋转部分、可旋转内部容器和/或振动部分。在一些情况下，可旋转部分和/或可旋转内部容器可以包含内部刮板和/或被旋转以引起反应物(尿素110和硫酸钙112)的运动。任选地，硫酸钙可以在混合区101中或在添加至混合区101之前转化为适合于UCS颗粒形成的二水合硫酸钙(石膏)。

尿素溶解是一个吸热过程。任选地，混合区101的温度可升高以1)增加加合物的形成，2)减少所需的水111的量，和/或3)降低含水浆料的黏度。可以通过任何合适或已知的方式提供热量。在一些情况下，使用蒸汽113。蒸汽的任选的使用可以抑制从周围环境吸收热量并因此在没有另外的能量的情况下降低混合区101中的温度要求。通过蒸汽注入，尿素可以快速溶解，同时周围的材料保持在高温，所述高温可以优选地为约60℃至100℃或其中的任何范围或值。

不希望受理论束缚，据信尿素可以在溶液中(部分或完全溶解)将尿素与硫酸钙中的水交换，从而形成UCS加合物。可以在混合区中使用过量的水以增加形成的UCS加合物的速率和/或量。可以在混合区101中或在任何其他时间将另外的活性或非活性成分添加到含水浆料中。

或者，尿素可以溶解在水溶液中，硫酸钙112可以形成浆料，或者它们的任何组合可以在进入混合区101之前在预混合区(未示出)中进行，或者可以在添加任何一种或多于一种其他成分之前或期间在混合区101中预混合。进入混合区101的全部或部分水111可以进入尿素110溶液、硫酸钙112浆料、蒸汽113和/或与其任何其他成分的组合中。

同样作为替代方案，在混合区101中产生的含有UCS加合物的含水浆料可以离开混合区101并进入第二混合区(未示出)，在该第二混合区中可以将另外的反应物、活性成分或非活性成分添加到含水浆料中。

尽管在图中示出，但任选地，浆料可以离开混合区101并进入稳定区102，在稳定区102中成分可以继续混合和/或反应，和/或添加UCS再循环116、尿素110、硫酸钙112或添加剂(未示出)。在一些实施方案中，UCS再循环116、尿素110、硫酸钙112或添加剂可添加至任一区域以帮助保持混合物的一致性，或为UCS肥料颗粒115、浆料或部分干燥的材料114提供有益的性质。

材料离开或进入稳定区102、混合区101或第二混合区的状态可以是浆料，其通常含有超过10重量％的水。在某些情况下，浆料可能倾向于黏在稳定区102、混合区101、第二混合区或干燥器或干燥区103的表面上。可以使用振动或敲打将UCS从这些表面除去。

将浆料部分干燥可以产生晶体桥以使UCS加合物能够结晶并且可以使含有UCS加合物的材料更易于运输、处理和/或储存。通过进入干燥器或干燥区103，可以在造粒之前将浆料部分干燥。在一些情况下，干燥器或干燥区103可以是第一容器120的一部分或功能，或者可以是独立的(未示出)。干燥区103可以是混合区101和/或稳定区102(未示出)的一部分。可通过任何合适或已知的方式提供用于干燥的热量。在一些实施方案中，干燥区103可以由蒸汽113(未示出)加热，例如在蒸汽夹套干燥器中。在离开干燥器或干燥区103和/或第一容器120之前，可以将浆料干燥以形成具有10重量％至0.6重量％的水的部分干燥的材料114。

任选地，部分干燥的材料114可以在造粒之前储存(图1B)。在储存期间，在一些情况下，部分干燥的材料114不被连续混合或不被主动加热至高于室温的温度(例如，部分干燥的材料114可以放在位于储存设施中的容器中)。部分干燥的材料114可以储存在储存区206中。储存区可以是第一容器120(未示出)的一部分或可以与第一容器120分开。储存器206可以是混合区101、稳定区102和/或干燥器或干燥区103(未示出)的一部分，而这些区不混合或不主动加热部分干燥的材料114。

在干燥器或干燥区103中干燥或经储存后的部分干燥的材料114可以在造粒区104中造粒以形成部分干燥的材料的颗粒，或造粒并进一步干燥以形成固体UCS肥料颗粒115。造粒区104可以位于造粒机121中，或者如果部分干燥的材料在造粒之前经储存，可以位位于第一容器120中。造粒区104可以与第一容器120分开。造粒区104可以是与混合区101、稳定区102、干燥器或干燥区103和/或储存区206不同的区域或容器。在一些情况下，如果部分干燥的材料114在造粒之前经储存，则储存区206、混合区101、稳定区102和/或干燥器或干燥区103可以是造粒区104的一部分。造粒区104可包括可旋转部分、可旋转内部容器和/或振动部分。在一些情况下，可旋转部分和/或可旋转内部容器可以包含内部刮板和/或被旋转以引起部分干燥的材料114的运动。造粒区104可以是转鼓造粒机、搅拌机、盘式造粒机等，或可以是转鼓造粒机、搅拌机、盘式造粒机等的一部分。在某些方面，在部分干燥的材料114造粒期间，氨118和硫酸119可以添加至造粒区104(图1D)。氨118和硫酸119可以在造粒区104中形成硫酸铵并产生热量，并且可以帮助部分干燥的材料114造粒并提高UCS肥料颗粒115的硬度。在一些方面，硫酸119可以是70重量％至98重量％的硫酸溶液。氨118和硫酸119可以以使得形成的硫酸铵的重量可以是部分干燥的材料114重量的1重量％至5重量％的量加入，例如，每100克部分干燥的材料114形成1至5克。在某些方面，可以在部分干燥的材料114的造粒过程中将另外的造粒助剂122添加至造粒区104(图1D)以促进造粒，提高UCS肥料颗粒115的硬度，并降低造粒过程中的粉尘形成。在一些方面，造粒助剂122可以是表面活性剂。

在一些方面，在储存区206中部分干燥的材料114的任选的储存可能导致在部分干燥的材料中形成团块。在一些方面，可以在将部分干燥的材料114造粒之前例如通过压碎将团块破碎，并且可以将破碎的部分干燥的材料造粒以制备UCS肥料颗粒115。在一些特定方面，在部分干燥的材料114中形成的团块可以在造粒之前破碎至小于2mm的尺寸。在某些方面，团块可以在团块破碎机209中破碎(图1D)。

任选地，水或水溶液117，例如蒸汽和/或洗涤液，可以在造粒区104中与部分干燥的材料114组合，以促进部分干燥的材料114的造粒。UCS再循环116(示出)、尿素110、硫酸钙112或添加剂(未示出)可以添加至造粒区104中的材料中。

进一步干燥部分干燥的材料114或造粒的部分干燥的材料可以使团聚形成固体USC肥料颗粒115。进一步干燥可以在进一步干燥区105中进行，其可以是干燥器和/或造粒机121或第一容器120的一部分或功能。在一些实施方案中，部分干燥的材料114被造粒并同时进一步干燥，例如在旋转干燥器中。另外的干燥区105可以是与混合区101、稳定区102、干燥器或干燥区103、储存区206和/或造粒区104不同的区域或容器。进一步的干燥区105可以是混合区101、稳定区102、干燥器或干燥区103、储存区206和/或造粒区104的一部分。在一些实施方案中，进一步干燥区105可以通过蒸汽113(未示出)加热，例如在蒸汽夹套造粒机中。UCS肥料颗粒115的形成可以在材料的进一步干燥期间发生或继续。进一步干燥区105的操作温度也可用于调节UCS再循环116重新进入造粒系统的温度。80℃至90℃，优选85℃至88℃或其中的任何值或范围的进一步干燥区出口温度(如由出口气体测量的)可以实现连续操作。在一些非限制性情况下，如果出口温度升至高于90℃至95℃，则组合物可能熔化，在进一步的干燥区105内产生熔融物质。

任选地，UCS肥料颗粒115的表面可以被包覆以形成包覆的UCS肥料颗粒319。任选的包覆材料318可以被引入包覆区307(图1C)。包覆区可以在颗粒包覆机322中。包覆区307可以是与混合区101、稳定区102、干燥器或干燥区103、储存区206、造粒区104和/或进一步干燥区105不同的区域或容器。包覆区307可以是混合区101、稳定区102、干燥器或干燥区103、储存区206、造粒区104和/或进一步干燥区105的一部分。在一些实施方案中，包覆材料318可以通过喷雾器分布至UCS肥料颗粒115上。

通过加热包覆的UCS肥料颗粒319，包覆层可以任选地在UCS肥料颗粒115上干燥。包覆层可以在包覆干燥区308中干燥。包覆干燥区308可以是颗粒包覆机322、造粒机121或第一容器120的一部分。包覆干燥区308可以是与包覆区307、混合区101、稳定区102、干燥器或干燥区103、储存区206、造粒区104和/或进一步干燥区105不同的区域或容器。包覆干燥区308可以是包覆区307、混合区101、稳定区102、干燥器或干燥区103、储存区206、造粒区104和/或进一步干燥区105的一部分。在一些实施方案中，包覆干燥区308可以由蒸汽113(未示出)加热，例如在蒸汽夹套颗粒包覆机中。

在某些方面，UCS肥料颗粒115可以在对颗粒进行包覆以形成包覆的UCS肥料颗粒319之前冷却。来自区域105的肥料颗粒115可以在冷却区311中通过空气320冷却，冷却后的UCS肥料颗粒115可以在颗粒包覆机322中进行包覆(图1E)。在某些方面，冷却区311中的UCS肥料颗粒可以被冷却至大约环境温度(例如环境温度-5℃至环境温度+5℃)。在某些方面，冷却区311可以是流化床冷却器或转鼓冷却器。在一些方面，空气320可以是除湿空气以避免水分被在冷却区311中冷却的UCS肥料颗粒115吸收。在一些方面，空气320可以是经调节的空气，其相对湿度被调节至低于UCS颗粒115的临界相对湿度(CRH)，例如对于包含27重量％的氮的UCS为60％至65％，对于包含33重量％的氮的UCS为55％至60％。

B.UCS肥料颗粒

在某些情况下，制备的UCS肥料颗粒可以含有少量水分。颗粒的游离水分的含量可以小于0.6重量％、小于0.5重量％或0.25重量％至小于0.6重量％。在一些情况下，游离水含量为0.5重量％、0.4重量％、0.3重量％、0.2重量％、0.1重量％或0重量％。

颗粒可以包括一种或多于一种颗粒。颗粒的第一部分可以是UCS加合物。在某些非限制性方面，颗粒的第一部分可具有1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、6微米、7微米、8微米、9微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米或900微米或其间的任何尺寸。在一些实施方案中，颗粒可以是细长颗粒或可以是基本上球形的颗粒或其他形状，或这些形状的组合。形状的非限制性实例包括球形、圆盘形、椭圆形、棒形、长方形或随机形状。

UCS颗粒可具有1kgf/颗粒、2kgf/颗粒、3kgf/颗粒、4kgf/颗粒、5kgf/颗粒、6kgf/颗粒、7kgf/颗粒、8kgf/颗粒、9kgf/颗粒、10kgf/颗粒或大于10kgf/颗粒，或介于其间的任何量的压碎强度，优选2kgf/颗粒至5kgf/颗粒。

UCS颗粒在某些情况下可以在UCS颗粒的表面上包含包覆层。在一些情况下，包覆层可以包括植物营养素、尿素水解和/或硝化的抑制剂、减缓或增加颗粒降解速率的试剂、排斥水分和/或提供疏水层的试剂、降低或增加颗粒反应性的试剂、为植物提供额外益处的试剂、增加颗粒稳定性和/或压碎强度的试剂、pH缓冲剂、干燥剂等或其任何组合。包覆层可以是商业可获得的包覆层、油、肥料、微量营养素、滑石、海藻和/或海藻提取物、蜡等。在一些情况下，包覆层可以含有表面活性剂。在一些情况下，包覆层含有蜡、表面活性剂和/或胺基化合物。

C.共混或复合肥料组合物

本发明的UCS肥料颗粒还可以包含在包含其他肥料如其他肥料颗粒的共混或复合肥料组合物中。可以根据某些类型的土壤、气候或其他生长条件的特殊需要选择另外的肥料，以最大限度地提高UCS颗粒在促进植物生长和作物产量方面的功效。其它肥料颗粒可以是尿素、普通过磷酸钙(SSP)、重过磷酸钙(TSP)、硫酸铵、磷酸一铵(MAP)、磷酸二铵(DAP)、钾碱氯化物(MOP)和/或钾碱硫酸盐(SOP)等的颗粒。

D.UCS肥料颗粒的使用方法

本发明的UCS肥料颗粒可用于增加土壤中氮含量和促进植物生长的方法中。所述方法可以包括向土壤施用有效量的包含本发明的UCS肥料颗粒的组合物。该方法可以包括增加作物、树木、观赏植物等的生长和产量，例如棕榈、椰子、稻米、小麦、玉米、大麦、燕麦和大豆。该方法可以包括将本发明的UCS肥料颗粒施用于土壤、生物体、液体载体、液体溶剂等中的至少一种。

可受益于本发明肥料的植物的非限制性实例包括藤本植物、树木、灌木、茎秆植物、蕨类植物等。植物可包括果园作物、藤本植物、观赏植物、粮食作物、木材和收获植物。植物可以包括裸子植物、被子植物和/或蕨类植物。裸子植物可以包括南木杉科、柏科、松科、罗汉松科、木犀科、金松科、红豆杉科、苏铁科和银杏科的植物。被子植物可包括来自槭树科、龙舌兰科、漆树科、番荔枝科、夹竹桃科、冬青科、五加科、棕榈科、阿福花科、菊科、小檗科、桦木科、紫葳科、木棉科、紫草科、橄榄科、黄杨科、白樟科、大麻科、白花菜科、忍冬科、番木瓜科、木麻黄科、卫矛科、连香树科、可可李科、藤黄科、使君子科、山茱萸科、鞣木科、澳楸科、柿科、胡颓子科、杜鹃花科、大戟科、豆科、壳斗科、茶藨子科、金缕梅科、七叶树科、八角科、胡桃科、樟科、玉蕊科、千屈菜科、木兰科、金虎尾科、锦葵科、野牡丹科、楝科、桑科、辣木科、文定果科、苦槛蓝科、杨梅科、紫金牛科、桃金娘科、南青冈科、紫茉莉科、珙桐科、铁青树科、木犀科、酢浆草科、露兜树科、罂粟科、叶下珠科、海桐花科、悬铃木科、禾本科、蓼科、山龙眼科、安石榴科、鼠李科、红树科、蔷薇科、茜草科、芸香科、杨柳科、无患子科、山榄科、苦木科、茄科、省沽油科、梧桐科、鹤望兰科、安息香科、海人树科、山矾科、柽柳科、山茶科、假轮叶科、瑞香科、椴树科、榆科、马鞭草科和/或葡萄科。

包含本发明的UCS肥料颗粒的组合物的有效性可以通过在将肥料组合物施用于土壤后的不同时间测量土壤中的氮量来确定。应当理解，不同的土壤具有不同的特性，会影响土壤中氮的稳定性。通过在相同条件下在相同土壤中进行并排(side by side)比较，肥料组合物的有效性也可以直接与其他肥料组合物进行比较。

在一个方面，本发明的UCS肥料颗粒可以具有大于水的密度。这可以使颗粒沉入水中而不是漂浮。这在旨在施用于至少部分或完全浸没在水中的作物的情况下尤其有益。这种作物的一个非限制性实例是稻，因为稻田中的地面通常浸没在水中。因此，可以将UCS颗粒施用于此类作物，使得颗粒均匀分布在浸没在水下的地面上。相比之下，密度小于水的颗粒倾向于留在水面中或水面上，这可能导致颗粒被冲走和/或颗粒聚结，这两种情况都不会使颗粒均匀分布到淹没在水下的地面上。

D.组合物

UCS颗粒可单独使用或与其他肥料活性物质和微量营养素结合使用。其他肥料活性物质和微量营养素可以在造粒过程开始时或任何后期阶段与任何成分一起添加。

另外的添加剂的非限制性实例可以是微量营养素、主要营养素和次要营养素。微量营养素是无机或有机金属化合物例如硼、铜、铁、氯化物、锰、钼、镍或锌的植物可接受形式。主要营养素是可以向植物输送氮、磷和/或钾的物质。含氮的主要营养素可包括尿素、硝酸铵、硫酸铵、磷酸二铵、磷酸一铵、尿素-甲醛或其组合。次要营养素是可以向植物输送钙、镁和/或硫的物质。次要营养素可包括石灰、石膏、过磷酸盐或它们的组合。例如，在一些情况下，UCS颗粒可包含硫酸钙、硫酸钾、硫酸镁或其组合。

在一个方面，UCS颗粒可包含一种或多于一种抑制剂。抑制剂可以是脲酶抑制剂或硝化抑制剂或其组合。在一个方面，UCS颗粒可包含脲酶抑制剂和硝化抑制剂。在一个方面，抑制剂可以是脲酶抑制剂。合适的脲酶抑制剂包括但不限于N-(正丁基)硫代磷酸三酰胺(NBTPT)和苯基磷酰二胺(PPDA)。在一个方面，UCS肥料颗粒可包含NBTPT或PPDA，或其组合。在另一个方面，抑制剂可以是硝化抑制剂。合适的硝化抑制剂包括但不限于3,4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)、双氰胺(DCD)、硫脲(TU)、2-氯-6-(三氯甲基)-吡啶(氯草定)、美国OHP公司以商品名

出售的5-乙氧基-3-三氯甲基-1,2,4-噻二唑、2-氨基-4-氯-6-甲基嘧啶(AM)、2-巯基苯并噻唑(MBT)或2-对氨基苯磺酰胺噻唑(ST)及其任何组合。在一个方面，硝化抑制剂可以包括DMPP、DCD、TU、氯草定、5-乙氧基-3-三氯甲基-1,2,4-噻二唑、AM、MBT或ST，或其组合。在一个方面，UCS肥料颗粒可包含NBTPT、DMPP、TU、DCD、PPDA、氯草定、5-乙氧基-3-三氯甲基-1,2,4-噻二唑、AM、MBT或ST或其组合。

实施例

本发明将通过具体的实施例进行更详细地描述。以下实施例仅用于说明目的提供，并不旨在以任何方式限制本发明。本领域技术人员将容易识别可以改变或修改以产生基本相同结果的各种非关键参数。

实施例1

(制备UCS肥料颗粒的方法)

制备本发明的UCS肥料颗粒的方法通过使用在图1A、图1B和图1C以及在本发明的具体实施方式的A部分中描述的系统进行或可以进行。出人意料地发现，当以两步法制备UCS肥料颗粒时(例如，将尿素和硫酸钙转化为UCS加合物的步骤与造粒步骤分开)，制备的产品更稳定、质量更高，同时避免了单步转化/造粒方法所需的实现并保持适当条件的困难。

在不同条件下制备了10批含有27重量％氮的UCS肥料颗粒，以确定UCS加合物的转化率。使用的尿素与石膏的重量比为1.38:1。尿素由85重量％的尿素溶液提供。表1概述了测试的各种条件和UCS加合物的转化率。样品5和10在混合反应物后不储存，并立即在60RPM下造粒。所有其他样品在混合反应物之后和在使用造粒盘(60RPM)将样品研磨和造粒之前，在烘箱中储存过夜以进行干燥。所有造粒产品在造粒后立即在烘箱中储存24小时，并在测试UCS的转化率之前，在40℃的烘箱中进一步干燥一周。UCS的转化率是使用Malinowski等人，硫酸钙和尿素加合物的制备方法，Pol.J.Chem.Tech.2007；9(4):111–114中概述的方法确定的。

表1

观察到，使用两步法成功制备了UCS加合物和UCS肥料颗粒，同时避免了单步转化/造粒方法所需的在实现和维持适当条件方面的困难。此外，观察到，加合物转化率高于60％的颗粒在长期储存中保持稳定，转化率高于40％的颗粒将充分造粒以提供坚固的产品。

实施例2

(UCS肥料颗粒的更大规模制备方法)

可以按如下步骤进行用于制备具有27重量％的氮(N)、7.8重量％的硫(S)和9.5重量％的钙(Ca)的UCS肥料颗粒的更大规模方法。

步骤1：

连续引入587千克/公吨最终UCS产品(MT-UCS)/小时的固体尿素颗粒、423千克/MT-UCS/小时的无水石膏、522千克/MT-UCS/小时的石膏和224千克/MT-UCS/小时的过量的水(以液体或蒸汽的形式)至转鼓造粒机以形成浆料。

在加热至60℃的同时混合尿素/石膏浆料，以在存在过量水的情况下促进转化。过量水的目的是避免尿素粉尘的形成并确保尿素在溶液中并且完全可用于与石膏一起转化。转鼓造粒机可以以正常速度(例如，5RPM至10RPM)运行以混合/转化尿素/石膏，但不造粒。也可以添加蒸汽以通过加热混合物来促进转化。可以添加过量的水以使转鼓的水含量达到20重量％并获得塑性稠度。在转鼓中的停留时间取决于原料的进料速度。

将湿混合物从转鼓造粒机连续溢出至干燥器，目的是将转化的UCS干燥至水含量低于约10重量％但高于0.5重量％。造粒机溜槽振动器和干燥锤可用于从溜槽壁和干燥器外壳上除去UCS混合物。干燥的目的可以是在干燥器滚筒的出口处形成可控的半干燥的UCS“碎屑”。UCS“碎屑”一旦离开干燥器，就可以排放至储存器中。可对材料进行取样并检查营养素(N、S、Ca)、水含量、尿素加合物转化率等。

步骤2：

UCS“碎屑”的库存可以以单独的操作进行造粒。目的可以是利用造粒机蒸汽和洗涤液(例如129kg/MT-UCS/hr)对UCS进行造粒。如果发现UCS产品的营养素水平略微偏离规格，则可以通过将新鲜尿素/石膏以固体添加至UCS造粒中来实现对营养素含量的微小调整。

使用旋转干燥器将UCS颗粒干燥至小于0.5重量％的水，并筛分以获得所需尺寸。冷却至环境温度+5℃和环境温度-5℃之间，并用油包覆。

在该实施例中，要制备20MT/小时的UCS浆料，预计反应容器中需要以下的量：8.8MT/小时的尿素、7.8MT/小时的石膏和3.4MT/小时的过量水。预计反应容器中12.6分钟的停留时间会产生所需的UCS加合物。

实施例3

(UCS肥料颗粒的表征)

氮含量的化学分析可以通过AOAC官方方法993.13.1996(AOAC International)中描述的燃烧技术测定肥料中的总氮。钙含量可以通过ISO 10084,1992(国际标准组织)中描述的原子吸收光谱法测定钙。硫含量可以通过ISO 10084,1992(国际标准组织)中描述的重量硫酸钡法测定。

成分的纯度可以通过NMR、HPLC和LCMS分析进行交叉检查。

可以使用标准筛分测试方法确定粒度。预计这些颗粒能够以肥料应用所需的任何尺寸制备，例如直径为5毫米至5厘米的球形颗粒。

压碎强度可以通过商业压缩测试仪(Chatillon Compression Tester)来确定。2mm至4mm的直径的单个颗粒可以放置在安装的平坦(不锈钢)表面上，并通过连接至压缩测试仪的平端杆(不锈钢)施加压力。安装在压缩测试仪中的仪表可以测量使颗粒破裂所需的压力(以千克为单位)。至少可以测试25个颗粒，这些测量值的平均值可以作为压碎强度。(参考：方法#IFDC S-115，确定肥料物理特性的手册，IFDC 1993)。制剂将预期具有可接受的压碎强度(>2kgf/颗粒)。

可以在不同的土壤和/或水中测量土壤和/或水中的稳定性、释放速率、氮挥发和氮转化(硝化)，并与市场上的其他肥料和产品进行比较。可使用代表更广泛的土壤类型的土壤测量肥料的特性。Greenville土壤和Crowley土壤就是这样两种具有代表性的土壤。其他土壤也可用于本文所述的实验。

氮挥发可以测定为，氨挥发造成的氮损失相较于施氮量的百分比，或氨挥发造成的氮损失的绝对质量。

可以确定对作物的益处并将其与其他肥料和市场上的产品进行比较。可以测试的作物的非限制性性质包括生长速率、根质量、头部大小、果实大小、颗粒大小和质量、植物数量、果实或谷粒数量、成熟日期、耐旱性、耐热和耐冷性、产量等。

本发明的UCS肥料颗粒的表面和横截面形态可以使用扫描电子显微镜(SEM)获得。这些形态研究可用于确定本发明的经包覆或未包覆UCS肥料的性质。

实施例4

(相容性)

本发明的稳定UCS颗粒相对于尿素具有增加的稳定性并且相对于其他UCS颗粒具有降低的生产成本，使本发明的UPCS颗粒单独和在共混或复合肥料中成为有吸引力的肥料产品。预期UCS颗粒将与大范围的典型肥料原料例如DAP、MAP、尿素、MOP和SOP等相容，并且比尿素更相容。因此，UCS颗粒可用于提供一系列氮硫(NS)、氮磷硫(NPS)和氮磷钾硫(NPKS)等级。

Claims (20)

1.一种制备尿素硫酸钙(UCS)肥料颗粒的方法，所述方法包括：

(a)在足以形成包含UCS加合物的含水浆料的条件下组合尿素、硫酸钙和水；

(b)从含水浆料中除去至少一部分水以形成包含UCS加合物的部分干燥的材料，并且任选地储存所述部分干燥的材料；和

(c)将所述部分干燥的材料进料至造粒机中以形成UCS肥料颗粒。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)在与步骤(c)的造粒机不同的容器中进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其中部分干燥的材料包含10重量％至0.6重量％的水。

4.根据权利要求1所述的方法，其中形成的UCS肥料颗粒包含0.5重量％或少于0.5重量％的水。

5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括将来自步骤(a)的含水浆料进料至干燥器中以形成部分干燥的材料。

6.根据权利要求1所述的方法，其中形成的含水浆料包含大于10重量％至25重量％的水。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括使含水浆料与蒸汽接触以加热含水浆料。

8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括使部分干燥的材料与蒸汽接触以加热部分干燥的材料。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在造粒机中形成UCS肥料颗粒还包括将部分干燥的材料与另外的尿素、硫酸钙和/或另外的UCS加合物组合。

10.根据权利要求1所述的方法，其中在造粒机中形成UCS肥料颗粒还包括使部分干燥的材料与洗涤液接触。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括包覆UCS肥料颗粒的至少一部分。

12.根据权利要求11所述的方法，其中UCS肥料颗粒用基于植物和/或基于动物的油包覆。

13.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括在将部分干燥的材料进料至造粒机中之前，将部分干燥的材料储存1天至2周。

14.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(a)中组合的尿素与硫酸钙的重量比为1:1至3:1。

15.根据权利要求1所述的方法，其中形成的UCS肥料颗粒包含40重量％至90重量％的UCS加合物。

16.根据权利要求15所述的方法，其中形成的UCS肥料颗粒包含60重量％至90重量％的UCS加合物。

17.根据权利要求1所述的方法，其还包括将UCS肥料颗粒与至少一种另外的肥料组合以形成共混肥料和/或复合肥料。

18.一种尿素硫酸钙(UCS)肥料颗粒，其通过权利要求1所述的方法形成。

19.根据权利要求18所述的UCS肥料颗粒，其包含在共混肥料或复合肥料中。

20.一种施肥方法，所述方法包括将根据权利要求18所述的UCS肥料颗粒施用于土壤、作物或土壤和作物的一部分。

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