CN1380879A - 含硫肥料组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种含有多个颗粒的肥料组合物,其中这些颗粒的特征是多个硫片晶包埋在肥料部分中;和一种制备该组合物的方法,其中首先用硫喷雾,然后用含有肥料或其前体的浆液喷雾含肥料的颗粒,然后硬化。

Description

含硫肥料组合物及其制备方法
                             背景
本申请要求2000年5月17日提交的临时申请号60/204,970的优先权，该专利申请的内容在此引入以供参考。
本发明涉及对土壤传送硫以支持作物生长。
当氧化成硫酸盐形式时，硫是作物生长的必要养分。为了提供适合用于土壤的形式的硫，通常将硫与颗粒状肥料如磷酸盐、硝酸盐、尿素和/或碳酸钾松散混合形成物理混合物。然后将该混合物用各种方法，如撒播或条播施给土壤，以提供给土壤硫和其他在颗粒肥料中存在的养分。
这种混合的一个问题是它们在加工和运输过程中随着颗粒沉降经历颗粒偏析，导致在接近松散混合物底部处颗粒较小，和集中粉末。因此，在整个混合物中硫不均匀分布，导致当对土壤施用混合物时硫剂量不均匀。例如，一些处理区域可能接受到太多硫，而其他区域可能接受太少硫。因此，需要一种将硫均匀传送给土壤的载体。
为了不同目的还将硫掺入肥料组合物。特别是，已用硫制造缓释肥料组合物，它作为一层相当厚的外涂层或壳，牢固的锚定于肥料颗粒表面。在这些组合物中，目的是为了使下面的肥料能缓慢释放入土壤，而不是为了将硫传送给土壤，随后氧化并让作物利用。
发明概述
本发明提供了一种将硫传送给土壤，并避免与松散混合的组合物有关的硫不均匀分布问题的载体。特别是，本发明的特征是一种具有多个颗粒的组合物，其中这些颗粒含有肥料部分和包埋在肥料部分内的多个分散硫片晶。
本文所用的“分散硫片晶”指不连续的薄硫片晶，它可以基本上是平面的或基本上是曲面的。例如，片晶可以是局部球形的。这些片晶与在缓释肥料组合物中存在的较厚的硫涂层和壳相反，后者基本上覆盖了下面的肥料部分表面。
合适肥料部分的例子包括磷酸盐(如磷酸单铵盐、磷酸氢铵、单过磷酸钙、三元过磷酸钙等)、硝酸盐、尿素、碳酸钾及其组合。颗粒还可含有一种或多种硫酸盐(如硫酸钙、硫酸镁、硫酸铵及其组合)、一种或多种微量营养(如锌、锰、铁、铜、硼、氯、钴、钠、钼及其组合)、和/或一种或多种次级养分(如钙、镁及其组合)。颗粒的总元素营养含量优选不大于20％重量，更优选不大于10％重量，甚至更优选不大于5％重量。
加到土壤后，硫片晶和肥料部分的成分被释放到土壤中，通过土壤微生物作用氧化成硫酸盐形式。形成厚度不大于100微米，优选不大于10微米的片晶来促进氧化。因为组合物中的各颗粒含有硫片晶，即使颗粒经历沉降也避免了硫施用不均匀的问题。而且，由于将硫片晶包埋在肥料部分中，而不是单独将硫作为肥料颗粒最外表面牢固锚定的涂层，颗粒提供了同时传送硫和肥料部分的便利载体。
根据一种方法制备了肥料组合物，该方法包括首先用元素硫，然后用含有肥料或其前体的浆液喷雾多个含肥料的颗粒，硬化后得到含硫颗粒。硬化过程可采用多种形式，视浆液组成而定。例如，当浆液含有磷酸单铵盐或磷酸氢铵肥料前体时，硬化步骤包括用氨喷射含硫颗粒，然后干燥颗粒，形成硫片晶包埋在磷酸二氢铵或磷酸氢铵肥料中的颗粒。另一方面，当浆液含有单过磷酸钙、三元过磷酸钙、尿素或碳酸钾时，氨喷射不是必需的，可简单的通过干燥硬化颗粒。
肥料浆液通常是熔化的组合物。如果浆液首先沉积，然后硫沉积，或如果硫和浆液同时沉积，硫沉积在熔化浆液顶部的区域将易于从颗粒上成片剥落。首先用硫然后用肥料浆液喷雾颗粒避免了这个问题。熔化浆液沉积在硫片晶上，但与下面的肥料颗粒的粘附比与硫片晶的粘附更强。因此，肥料和硫片晶都留在适当的位置，可以在合适的时间释放入土壤。
在附图和下文描述中列出了本发明的一个或多个实施例的细节。从描述和附图以及权利要求可明白本发明的其他特征、目的和优点。
附图
图1是示意图，显示了制备含硫的肥料组合物的一种方法实施例。
发明详述
参见图1，该图显示制备肥料组合物的连续方法，该肥料组合物的特征是具有包埋在肥料部分中的分散硫片晶的颗粒，其中肥料部分是磷酸二氢铵(“MAP”)、磷酸氢铵(“DAP”)或其组合。如图1所示，含有MAP或DAP肥料颗粒(或其组合)的旋转粒化鼓式反应器10旋转形成肥料颗粒的滚床。反应器10还含有从带式进料器11喂入反应器的固态硫酸盐(如硫酸钙、硫酸镁、硫酸铵或其组合)。当终产物施用于土壤时，这些掺入终产物的硫酸盐立即可用作作物硫营养。相反，片晶中的元素硫必须首先被土壤微生物氧化成硫酸盐形式，然后才能用作作物硫养分。
随着反应器10的旋转，首先用熔化形式的元素硫低压喷雾反应器内含物，在肥料颗粒表面形成硫薄片晶。由于肥料颗粒未熔化，硫片晶不从颗粒上剥落。选择硫片晶不完全覆盖肥料颗粒表面的喷雾条件，包括喷雾压力和喷雾时间，以促使随后喷雾的浆液粘附于下面的肥料颗粒上。
手工将硫元素加到管式熔化器12中，制备熔化的硫喷雾，其中用通到熔化器12的蒸汽熔化硫。熔化的硫储存在收集槽14中，也对其提供蒸汽直到需要，然后它通过泵16被泵送到反应器10中，雾化形成喷雾。用返流环管18通过将过量熔化硫返回给收集槽14测量传送给反应器10的熔化硫量。
硫片晶形成后，通过在预中和器22中混合氨气(来自罐20)和磷酸，然后将浆液送到反应器10，对其雾化形成喷雾，制备了熔化浆液，用浆液喷雾仍在旋转的含有片晶的肥料颗粒。浆液是肥料前体，它在用氨喷射后转化成MAP、DAP或其组合。它对未被硫片晶占据的肥料颗粒表面部分粘附很强，并延伸到(不强烈粘附于)硫片晶上。根据氨喷射后肥料的所需厚度选择浆液喷雾条件(包括喷雾压力和喷雾时间)。
如上所述，一旦浆液喷雾完成，对有涂层的颗粒进行氨喷射，将浆液转化为MAP、DAP或其组合。供有来自罐26的氨的床下氨喷射器24用于该目的。选择氨浓度以实现氮-磷比约1.0(就MAP而言)或约2.0(就DAP而言)，在该比例时形成不溶性肥料颗粒并从溶液中沉淀出来。最终得到一种颗粒，其中硫片晶包埋在MAP、DAP或其组合内。
氨喷射后，在加热的干燥鼓28中干燥如此形成的颗粒，用通过鼓风机27从天然气燃烧炉29提供的热量除去水分和任何其他挥发物质。干燥后，通过传送带30将颗粒排入颗粒筛分器32，该筛分器装有一个或多个颗粒筛分。颗粒筛分器32从产物流中分离出相对于预定目标粒径过大或过小的颗粒。过大的颗粒被加到带式进料器34中，然后喂入辊式破碎机36。辊式破碎机36渐渐磨碎过大的颗粒使其粒径变小，须注意将粉末形成减至最少。然后通过回收传送系统38和回收提升机40回收磨碎的颗粒，并通过带式进料器循环42喂回反应器10，在反应器中它们与其他硫酸盐混合，经历另一循环接触硫喷雾，然后浆液喷雾直到获得理想的粒径。颗粒筛分器32也将过小的颗粒提供给回收传送系统38，在该系统中它们与过大的颗粒一起，形成反应器10的原料。
分离过大和过小的颗粒后，将得到的产物流(含有满足预定目标粒径的颗粒)通过产物提升机44送到产物分流器46，该分流器将这些颗粒的一部分循环到反应器10中，将其余颗粒送入冷却鼓48。然后收集冷却颗粒，并储存在收集器50中。冷却过程中放出的任何挥发物以及干燥鼓28和反应器10放出的挥发物被送入涤气器52，它们在那里被处理并排到大气中。
根据上述方法形成的颗粒的特征是具有MAP或DAP肥料部分(或其组合)和包埋在肥料部分中的硫薄片晶。片晶厚度优选小于100微米，更优选小于10微米，以促进施用到土壤中后硫的氧化。总元素硫含量优选不大于约20％重量，更优选不大于约10％重量，甚至更优选不大于约5％重量。
就还含有硫酸盐(如硫酸钙、硫酸镁、硫酸铵或其组合)的颗粒而言，根据给定的作物和/或作物区域的农业需要选择硫酸盐的硫与颗粒中元素硫的重量比。通常硫酸盐的硫与元素硫之比的范围约在1∶9到7∶3之内是合适的，特别有用的是约1∶1的比例。
选择颗粒的总体大小，使得在施给土壤后最佳释放养分。通常粒径范围是约2-4毫米。
图1中所述的方法说明了一个实施例，其中肥料部分是MAP、DAP或其组合。然而，还可用其他肥料，包括例如其他磷酸盐(如单过磷酸钙、三元过磷酸钙或其组合)、硝酸盐、尿素、碳酸钾及其组合。不是所有这些肥料都需要喷射氨。例如，就单过磷酸钙、三元过磷酸钙、尿素和碳酸钾而言，不需要氨喷射来将浆液转变成肥料，也不需要预中和器。而是将含有肥料的浆液加到反应器10中的颗粒上，然后在干燥鼓28中干燥，形成产物。
另外，图1说明了旋转粒化鼓形式的反应器的用途。然而，还可使用其他反应器，包括例如流化床反应器。
图1也说明制造含硫肥料颗粒的连续方法。然而还可以用间歇方法。
图1所示的过程进一步说明，通过加入固态硫酸盐将硫酸盐掺入颗粒。然而，硫酸盐掺入可通过不同途径实现。例如，可通过使溶解在磷酸进料中的硫酸与合适的阳离子反应，原位产生硫酸盐。
可在颗粒中加入其他成分。例子包括微量营养(如锌、锰、铁、铜、钼、硼、氯、钴、钠及其组合)和次级养分(如钙、镁及其组合)。可以元素形式或以盐形式(如硫酸盐、硝酸盐、卤化物等)提供微量营养和次级养分。
还可能在颗粒形成后对颗粒施涂一层或多层包囊涂层。合适的包囊涂层的例子是本领域已知的，包括例如聚合涂层，它在施用到土壤后随时间降解。
已描述了一些本发明的实施例。但是，应理解在不违背本发明的精神和范围的条件下可进行许多修改。因此，其他实施例在所附权利要求的范围内。

Claims (48)

1.一种含有多个颗粒的肥料组合物，其特征在于，所述颗粒含有：
(a)肥料部分；和
(b)包埋在所述肥料部分中的多个分散硫片晶。
2.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述片晶的厚度不大于约100微米。
3.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述片晶的厚度不大于约10微米。
4.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述肥料部分选自磷酸盐、硝酸盐、尿素、碳酸钾及其组合。
5.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述肥料部分选自磷酸一铵盐、磷酸氢铵、单过磷酸钙、三元过磷酸钙及其组合。
6.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述肥料部分含有磷酸二氢铵。
7.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述肥料部分含有磷酸氢铵。
8.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述肥料部分含有单过磷酸钙。
9.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述肥料部分含有三元过磷酸钙。
10.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述颗粒的总元素硫含量不大于约20％重量。
11.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述颗粒的总元素硫含量不大于约10％重量。
12.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述颗粒的总元素硫含量不大于约5％重量。
13.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述颗粒还含有硫酸盐。
14.如权利要求13所述的肥料组合物，其特征在于，所述硫酸盐选自硫酸钙、硫酸镁、硫酸铵及其组合。
15.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述颗粒还含有微量营养，选自锌、锰、铁、铜、钼、硼、氯、钴、钠及其组合。
16.如权利要求1所述的肥料组合物，其特征在于，所述颗粒还含有次级养分，选自钙、镁及其组合。
17.一种制备肥料组合物的方法，其特征在于，该方法包括：
(a)用(a)元素硫，然后用(b)含有肥料或其前体的浆液喷雾第一含有肥料的多个颗粒；和
(b)硬化步骤(a)的产物，形成第二多个颗粒，所述颗粒含有(i)肥料部分和(ii)包埋在所述肥料部分内的多个分散硫片晶。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二多个颗粒含有选自磷酸盐、硝酸盐、尿素、碳酸钾及其组合的肥料部分。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二多个颗粒含有选自磷酸二氢铵、磷酸氢铵、单过磷酸钙、三元过磷酸钙及其组合的肥料部分。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述浆液含有磷酸二氢铵前体，所述硬化步骤包括用氨喷射步骤(A)的产物，并干燥氨喷射过的产物，形成含有肥料部分的所述第二多个颗粒，所述肥料部分含有磷酸二氢铵。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述浆液含有磷酸氢铵前体，所述硬化步骤包括用氨喷射步骤(A)的产物，并干燥氨喷射过的产物，形成含有肥料部分的所述第二多个颗粒，所述肥料部分含有磷酸氢铵。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述浆液含有单过磷酸钙，所述硬化步骤包括干燥步骤(A)的产物，形成含有肥料部分的所述第二多个颗粒，所述肥料部分含有单过磷酸钙。
23.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述浆液含有三元过磷酸钙，所述硬化步骤包括干燥步骤(A)的产物，形成含有肥料部分的所述第二多个颗粒，所述肥料部分含有三元过磷酸钙。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一多个颗粒、所述浆液或两者还含有硫酸盐。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述硫酸盐选自硫酸钙、硫酸镁、硫酸铵及其组合。
26.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一多个颗粒、所述浆液或两者还含有微量营养，所述微量营养选自锌、锰、铁、铜、钼、硼、氯、钴、钠及其组合。
27.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一多个颗粒、所述浆液或两者还含有次级养分，所述次级养分选自钙、镁及其组合。
28.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述片晶的厚度不大于约100微米。
29.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述片晶的厚度不大于10微米。
30.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二多个颗粒的总元素硫含量不大于约20％重量。
31.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二多个颗粒的总元素硫含量不大于约10％重量。
32.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二多个颗粒的总元素硫含量不大于约5％重量。
33.一种将硫传送给土壤，包括用含有多个颗粒的肥料组合物处理土壤的方法，其特征在于，所述颗粒含有(a)肥料部分和(b)包埋在所述肥料部分中的多个分散硫片晶。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述片晶的厚度不大于约100微米。
35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述片晶的厚度不大于约10微米。
36.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述肥料部分选自磷酸盐、硝酸盐、尿素、碳酸钾及其组合。
37.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述肥料部分选自磷酸二氢铵、磷酸氢铵、单过磷酸钙、三元过磷酸钙及其组合。
38.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述肥料部分含有磷酸二氢铵。
39.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述肥料部分含有磷酸氢铵。
40.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述肥料部分含有单过磷酸钙。
41.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述肥料部分含有三元过磷酸钙。
42.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述颗粒的总元素硫含量不大于约20％重量。
43.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述颗粒的总元素硫含量不大于约10％重量。
44.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述颗粒的总元素硫含量不大于约5％重量。
45.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述颗粒还含有硫酸盐。
46.如权利要求45所述的方法，其特征在于，所述硫酸盐选自硫酸钙、硫酸镁、硫酸铵及其组合。
47.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述颗粒还含有微量营养，选自锌、锰、铁、铜、钼、硼、氯、钴、钠及其组合。
48.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述颗粒还含有次级养分，选自钙、镁及其组合。
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