CN1644568A - 控释复合肥养分释放模型及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明将氯化钾分别与浓硫酸和磷酸反应，并回收氯化氢，再将两生成物反应，过程中加入尿液得到硫酸钾与磷酸脲混合料浆，加入稳定剂、流动性能改善剂后，在熔融釜内与尿素和另一反应得到的磷铵混熔，依据作物不同生育阶段所需养分，按阶段配方调整NPK比例，并加入功能添加剂。然后分别以速效释放、骨架缓释、表面控释型组合成不同的释放机制，分别造粒、包膜，然后按各阶段周期，计算各阶段需肥量的比例，制备成控释复合肥。本方法采用尿素生产过程的中间产品，降低了能耗和成本并防止缩二脲的生成，优化了工艺。一次性施肥，释放周期可调，满足不同作物各生理阶段对营养成分的需求。可减少和消除失衡施肥造成的污染，有利生态环境的改善。

Description

控释复合肥养分释放模型及生产方法

技术领域

本发明涉及一种控释复合肥养分释放模型及生产方法。更具体地，本发明涉及的可调控缓释肥其养分的释放速度是采用不同释放机制，以速效释放、骨架缓释和表面控释为三种基本释放模型，以此三种模型，构成独立释放系统或组合释放系统，分别对各生育阶段配方肥料包膜，然后按各生育阶段所需养分比例混配，可控制营养在一定时间内，以一个相对作物所需养分的速度释放，而形成的颗粒状复合肥料。发明还涉及具有清洁生产、调节范围宽、操作弹性大的化学生产方法。

背景技术

据统计，在提高农作物的产量中，化肥对增产所起的作用占40％左右。然而，由于人类滥用化肥和不合理的施肥，已经影响了人类赖以生存的地球环境。大量资料显示，一些湖泊富营养化，造成地下水、饮用水中，硝酸盐、磷酸盐含量超标。特别是氮的过量施用，向大气迁移，对环境产生了多方面的危害。

向作物施加营养所获得的效果，取决于何时向生长媒介释放哪几种营养元素、释放多少量，以及作物、植物可否有效地获取养分。释放的营养成分不适合作物、植物的生育阶段对营养的需求，则难以获得种植作物所需目的。因此，需要提供一种可以在一定时间内，以一个相对作物所需养分的速度释放到生长媒介中的肥料。

确切意义的控制释放肥料是指那些养分释放速率能与作物需肥规律相一致，或基本一致的肥料，控制释放是肥料发展的必然方向。然而，现有的控释肥料一是成本高、二是释放机制难以实现与作物需肥相一致。

限于缓释/控释肥的工艺、包膜技术及成本等因素，目前，国内外还没有大型的工业化缓释/控释肥料装置，资料显示，国内外通常采用一种或多种常规成品肥料、微量元素，经物理混合同时或之后、添加缓释剂，制备缓释/控释肥料。至今，还没有主要营养成分通过化学方法，按不同作物的生育阶段对营养的需求配制营养成分，采用不同释放机制包膜的工业化生产装置。

美国专利6,663,686《Controlled release fertilizer and method for production thereof》，该专利公开了一种采用异氰酸酯与有机蜡反应的多羟基产物和蓖麻油组成的混合物，包裹植物营养元素颗粒(常规成品肥料)，制备控释肥的方法。

美国专利6,749,659《Controlled release rate fertilizers and methods of making same》，该专利公开了一种采用元素硫与粘土的混合物作为控释材料，与常规成品肥料：硫铵、尿素、磷酸铵、微量元素等调配成料浆，制备可控制肥料释放速率的肥料的方法。

中国专利申请CN1308042A公开了一种叶类蔬菜控释肥料的制造及使用方法，该方法采用尿素、磷铵、氯化钾、硫酸钾、硫酸钾镁、控释添加剂经物理混配，制备控释肥料的方法。

中国专利申请CN1281837A公开了一种采用聚合物和硫多层涂覆颗粒肥料表面，控制肥料释放的方法。

中国专利申请CN1473806A公开了一种包膜控释肥的制备方法，该方法根据保肥供肥的要求，在低温常压下，采用流化床将水溶性树脂溶液包裹在颗粒肥料表面，制备成包膜型控释肥料。

中国专利申请CN1506337A公开了一种控释肥料，该方法是将尿素、磷铵、氯化钾、微量元素、三聚氰胺的固体副产物等经过物理方法配制后挤压造粒，制备成控释肥料。

中国专利申请2003.5.14CN1417172A公开了一种新型控释肥料及制备方法，描述了采用尿素、碳铵、磷酸二铵、硫酸铵/或硝酸铵喷浆造粒后包膜的控释肥料制备方法。

上述缓释/控释肥料的生产方法，其主要养分均采用常规成品肥料、微量元素，依赖物理方法混配，在混配同时或之后，添加缓释剂制备缓释/控释肥料。上述方法的主要缺陷在于：采用常规成品肥料经物理混配加工，杂质成分复杂，难于控制，且生产成本高。或肥料配方及其释放机制，没有依据作物的各生育阶段需肥特性供给营养元素。通常采用一种配方进行包膜处理，这样可以实现缓慢释放，但难以实现养分释放速与作物需肥规律相一致或基本一致的控制释放的目的。更没有考虑一些作物在前期、中期或后期需要大量快速的吸取养分的生理特性。因此，上述肥料均难以实现一次性施肥。

中国专利申请CN1035725C公开了一种硫酸钾型三元复合肥的生产方法，该方法是将氯化钾与浓硫酸反应制取硫酸氢钾后，用热水稀释硫酸氢钾，然后与稀磷酸混合，再用气氨中和，最后将中和制得的料浆法进行浓缩、喷浆、造粒干燥。

中国专利申请CN1130322C公开了一种高浓度颗粒状尿基氮钾复合肥料的制造方法，该方法是将尿素合成中的熔融尿素与氯化钾或硫酸钾在115～135℃熔融，磷酸盐作为造粒返料加入，组成氮磷钾复合肥。

中国专利申请CN1264691A公开了一种熔融尿素(尿液)喷浆造粒制取尿基复合肥的生产方法，该方法是将尿素生产过程中的尿液或固体尿素熔融制备料浆，加入钾盐和水配制成熔融料浆，再将熔融料浆喷洒在粉体磷酸盐上造粒，制备尿基复合肥。

上述硫基法、尿基法生产的复合肥料均不具备缓释/控释功能，且在生产高浓度复合肥时，受其自身工艺限制，养分调节范围窄，难以生产依据作物生理所需营养元素的高浓度配方。硫基法产品中氮以硫酸铵为主，因此在生产高浓度肥料时，均难实现配方中添加促进作物生长的微量元素和其它功能性成分。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种大型工业化可调控缓释复合肥养分释放模型及生产方法，主要营养成分是采用化学方法获得，其工艺具备调节范围宽、操作弹性大、以实现提高缓释/控释肥料产品质量、降低能耗和成本的清洁生产方法。

本发明的另一个目的是提供的可调控缓释肥料，其养分的释放速度是采用不同释放机制，以速效释放型、骨架缓释型和表面控释型为三种基本释放模型，以此三种模型，构成独立释放系统或组合释放系统，分别对各生育阶段配方肥料包膜，控制营养在一定时间内，以一个相对作物所需养分的速度释放，而形成的颗粒状复合肥料。如：由速效型与表面控释型组合为中期速效释放型、后期速效释放型；由骨架缓释型与表面控释型组合为在某一时间内定期释放等等。采用上述方法制备的缓释/控释肥料，一次性施肥，释放周期可调，满足不同作物各生理阶段对营养成份的需求。经三年大田试验及元素示踪结果表明：其肥料利用率达到60％以上，可减少和消除失衡施肥造成的污染，有利生态环境的改善。

本发明更进一步的目的是提供一种在生产高浓度的复合肥时，通过反应或熔融的原料，以高氮、高磷、高钾型原料为主，以利于氮磷钾比例可在较大范围内易于调整，以及有空间添加作物所需的中量、微量元素、功能性添加剂。

本发明的基本原理是：

1、依据不同作物各生育阶段所需营养元素，以化学方法获得主要营养成分后，添加中量、微量元素、促进剂、功能性添加剂、缓释/控释剂。不同作物各生育阶段的划分是根据作物吸收养分的特性确定，此方面的数据在各种作物专业栽培手册中均可以获得。肥料配方分段的主要因素有：

其一，不同作物各生育期内所需主要营养元素(氮磷钾)的比例——确定肥料配方；

其二，各生育阶段的周期——确定释放周期与何时开始释放、何时结束释放；

其三，种植作物的的产量——确定该生育阶段各种营养元素的量。

为降低成本，减少操作，当几个生育阶段主要养分比例接近时可将其合并。几种主要作物不同生育期吸收氮磷钾的比例及其肥料配方分段见表1

主要作物不同生育期吸收氮、磷、钾的比例

作物	生育期	吸收百分比(占全生育期％)			肥料配方分段
						N	P2O5	K2O
		冬小麦	出苗-越冬	14.78					9.07	6.95	-
越冬-返青	2.17				2.04	3.41	返青拔节期
			返青-拔节	23.64				17.78	29.75
拔节-孕穗	17.40				25.74	36.08				孕穗扬花期
			孕穗-扬花	13.98			37.91	23.81
扬花-乳熟	20.31				-	-			乳熟完熟期
			乳熟-完熟	7.72			7.46	-
玉米	幼苗期				5.00	5.00				5.00	通用配方
		孕穗期	38.00	18.00			22.00	孕穗期
	扬花期				20.00	21.00			37.00	高钾配方
		乳熟期	11.00	35.00			15.00	高磷配方
	完熟期				26.00	21.00			21.00	同孕穗期
		水稻	秧苗期	0.50			0.26	0.40			秧田不采用
返青期	8.52				5.23	5.62			返青期
			分蘖期	22.14			9.61	16.27		分蘖期
圆秆期	44.40				54.03	55.2
			抽穗期	12.31			19.66	16.92	抽穗期
成熟期	12.63				11.47	5.99				结实期
			棉花	出苗-真叶			0.78	0.59	0.21		现蕾期
真叶-现蕾	9.96	5.21			1.90
				现蕾-开花		52.76	28.80	17.29	开花期
开花-成熟	36.50	65.40			80.60					成熟期

由表1可知，不同作物各生育阶段所需的营养成分是有较大区别的，为实现养分释放速率与作物需肥规律相一致或基本一致的目的，本发明采用不同释放机制，用功能高分子材料及添加剂，分别对各生育阶段配方肥料包膜，然后，按作物各生长阶段的周期，计算各阶段需肥量的比例，将各阶段包膜后的颗粒混配，制备成一次性施肥的可调控缓释复合肥。控制营养成分的速度释放。一次性施肥，释放周期可调，满足不同作物各生理阶段对营养成份的需求。

本发明的释放机制，与国内外现有的缓释/控释技术相比，具有成本低，操作简单，可实现真正意义上的控制释放，即养分释放速率与作物需肥规律相一致或基本一致的目的。采用本发明的骨架包膜与表面包膜的释放机制(或方法)，已有的缓释/控释包膜材料，选择范围宽，并可调控释放速度与周期。本发明人2001年受巴陵分公司委托进行“超级杂交稻专用复合肥缓释、控释技术研究”，经过三年大田试验及元素示踪方法，获得缓释/控释的预期结果，肥料利用率达到65％以上，并获得单季807kg/亩的成果。实践证明：本发明的释放机制是行之有效的控制释放方法。发明专利CN03124577.3，CN03124578.1中已描述了其包膜材料制备方法与肥料配方。

2、利用尿素较易与直链有机化合物生成络合物的特点，在尿素中加入复合直链有机化合物作为“媒介”，改善尿素与肥料中其它成分共熔条件，降低混合料浆熔融温度，防止缩二脲的生成、节约能源。其中直链脂肪酸自身可以与尿素形成低熔点的络合物，又可以作为尿素与无机盐络合的“桥梁”，并可以对无机盐表面处理，改善其共熔性能。本发明配制的熔融络合促进剂，应用于本工艺中，其熔融温度可调，共熔料浆可多次熔融——凝固。

3、要使复合肥生产中各种原料(硫酸氢钾、硫酸钾、氯化钾、尿素、磷铵、微量元素等)共熔，采用现有的方法，很难获得满足工艺条件的共熔参数。本发明依据表面处理技术改善物料性能和(或)改善工艺条件。用于本发明表面处理技术的有：偶联剂、熔融络合促进剂、稳定剂、催化剂、表面处理剂。

4、速效释放型是依据作物根系吸收特点和土壤特性，在肥料中加入可促使肥料形成根系易吸收的离子态，并降低土壤、根系胶质阻力，实现作物速效吸收养分的目的；速效释放型，应用于作物的快速返青时，在肥料造粒前添加养分吸收促进剂即可；当需制备中期或后期速效型释放肥料时，在肥料粉体时加入养分吸收促进剂，并造粒后，进行表面包膜作为表面控释型处理，在预定期内，表面包膜溶胀、崩裂或生物降解后，内部肥料即实施速效释放；可作为速效释放型的材料主要有：阴离子、阳离子表面活性剂、两面表面活性剂等。

骨架缓释型是在粉体肥料中加入高分子缓释材料，控制该配方养分在此生育阶段的周期内释放，即控制养分的释放周期；可作为骨架缓释型的材料有：水溶性高分子材料，如丙烯酸类、聚乙烯醇类、甲壳素、羧甲基纤维素等；此类高分子的基本特征是：在未聚合或固化前为水溶性，在一定温度下，聚合或固化后为水难溶或不溶，但可溶胀、生物降解、光降解的膜；适合肥料的缓释/控释材料选择的基本原则是：成本低廉、操作简便、安全、可降解(不会造成污染)，释放周期调整灵活(一般控制浓度即可)。

表面控释型是在颗粒肥料表面涂膜，控制肥料何时释放，即控制各阶段肥料在什么时候释放；当需制备中期或后期骨架缓释型肥料时，在肥料粉体时加入骨架型缓释剂，并造粒后，进行外包膜作为表面控释型处理，在预定期内，表面包膜溶胀、崩裂或生物降解后，内部肥料即实施在预定周期内释放；可作为表面控释型包膜材料：丙烯酸及聚丙烯酸类、聚乙烯类、等其它高分子乳液，包膜材料的降解周期，主要依据高分子材料玻璃化温度、链段松弛力等特性选取，预定释放前受土壤中微生物降解的影响小，依据水的渗入速度控制，产生溶胀，膨胀涨裂，控制膜内养分的定期释放。

根据作物的生理特性，各生育阶段配方和释放肥料，各种作物的生长生理阶段的划分，一般按照作物各生育阶段周期内所需要的营养元素、作物吸收养分的特点、环境因素(日照、气候等)、周期时间、单位面积的产量、肥料利用率、土壤性质(主要有酸碱、微生物)等因素，计算和调节肥料中有效成份。

肥料主要营养元素依据作物生长需要调节范围宽，可满足不同作物，不同生理周期对营养元素的需求，其中氮、磷、钾可调节范围：N＝10～25％、P₂O₅＝10～25％、K₂O＝10～20％，特别适合高浓度复合肥的生产。

5、KHSO₄与KH₂PO₄反应生成硫酸钾和磷酸的过程，因两者平衡常数的差小，反应不完全，溶液中仍存在多种离子。采用络合剂选择性地与磷酸络合，使得该反应进行较为完全。

反应生成的磷酸脲对作物生长具有显著促进作用，其效果优于尿素等其它氮肥，磷酸脲的作用有以下几方面：①直接提高了肥料中有效磷的含量；②能够造成酸性环境，并中和过剩的氨；③磷和氮元素相互协同，使两种元素的有效利用率都得到提高；④磷酸脲能促进作物生理代谢和对氮、磷、钙的吸收和利用。

本发明的方法如下：

硫酸钾、磷酸脲与磷铵的制备(生产方法)

主要原料：浓硫酸(98％H₂SO₄)、磷酸(50％P₂O₅)、氯化钾(60％K₂O)、尿素生产中的熔融尿素或尿液、氨(99％NH₃)，按以下反应制备硫酸钾与磷酸脲混合料浆。

                    

                    

                    

                    

本发明采用氯化钾粉体(60～80目)与浓硫酸反应时，加入促进剂生成“微晶”硫酸氢钾，生成硫酸氢钾溶液泵入复分解槽，与磷酸和氯化钾反应生成的磷酸二氢钾溶液反应，得到硫酸钾和磷酸混合料浆，再加入硫酸钾稳定剂，上述两反应过程释放的氯化氢经水吸收制备成盐酸(31％HCl)；

向硫酸钾与磷酸混合溶液中连续加入计量的尿液或熔融尿素，得到含水约5～15％的硫酸钾与磷酸脲的混合料浆，然后加入复合稳定剂；

按以下反应制备磷铵：

                

此反应是在环流反应器内进行，与管式反应器相比，环流反应器可更方便、有效地控制中和度，调节磷酸一铵与磷酸二铵的比例。

硫酸钾、磷铵、尿素和微量元素共熔料浆的制备(生产方法)

将添加有稳定剂的硫酸钾与磷酸脲混合料浆泵入共熔络合反应釜，与釜内添加有络合促进剂，来自尿素装置的熔融尿素或尿液(也可加入固体尿素熔融)、以及另一反应得到的磷铵混合共熔，得到硫酸钾、磷酸脲、磷铵与尿素、以及部分尿素络合物的共熔料浆(此混合熔融体可反复熔融、凝固)。将配方的中量、微量元素、流动性能改善剂加入到混合共熔体内，搅拌均匀，形成流动性良好的、较为稳定的熔融混合体(此混合熔融体可反复熔融、凝固)，共熔料浆NPK和功能添加剂组份比例，是依据作物生理特性，按不同生育阶段所需养分，分别配制成不同生育期配方；

分阶段配方肥料的制备(生产方法)

划分配方阶段：依据作物生理特性，按不同生长阶段需肥特性确定营养成份，添加中量、微量元素和功能性添加剂。通过化学方法和混配分别制备各阶段肥料。然后按不同释放机制，添加速效释放型养分吸收促进剂、骨架缓释型包膜溶液。

依据作物生理特性，按比例将合成混熔的熔融料浆分别造粒，造粒可以采用喷浆造粒机、圆盘造粒机、流化床造粒设备、以及熔融造粒设备。

后期释放的颗粒肥料造粒后，在包膜机内进行外包膜(表面控释型包膜)。然后将各阶段颗粒肥料按一定比例混合后计量包装，得到一次性施肥的可调控缓释肥料。

发明优点：

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、可直接利用尿素生产过程中的尿液或熔融尿素，以及液氨，减少了投资，降低了能耗和生产成本。主要原料由化学方法获得，提高了产品质量。操作环境好，三废综合利用完全，属清洁生产工艺。

2、加入的流动性能改善剂，络合促进剂，使混合熔融料浆具有较为稳定性能。可有效的防止管道堵塞，可实现料浆多次熔融——凝固。

3、添加的钾稳定剂可有效的防止氨化中和过程硫酸钾转换为硫酸铵，铵稳定剂可有效的并可降低产品氨(氮)的损失。

4、解决了熔融尿素与钾盐、磷酸盐共熔性能差的难题。对多物料低共熔点的特性可在较大范围内调整料浆的浓度。当生产对氯不敏感作物用肥料时，可直接将熔融尿素、氯化钾以及络合促进剂熔融混合后，再与磷铵共熔，形成氮、磷、钾混合料浆。

5、共熔料浆含水份含量低，可直接将熔融料浆造粒，无需干燥过程，节省了能耗。

6、产品规格调整灵活，生产高浓度配方时，仍可添加中量、微量元素和功能性添加剂。生产的氮、磷、钾颗粒状二元或三元复合肥，产品颗粒表面光滑、圆润，不易结块。

7、依据不同作物的生理特性，可方便的调节包膜材料的浓度，控制释放周期，一次性施肥节省费用和劳动力。采用本发明控制释放机制，经三年的大田试验和元素示踪结果显示，肥料利用率＞65％。

8、采用环流反应器进行氨中和反应，中和度可在较大范围内调节。薄层反应釜可有效地解决磷酸与氯化钾反应时生成的氯化氢的逸出，确保产品中氯含量符合国家标准。

附图说明

附图1是本发明硫酸钾、磷酸脲工艺流程方框图。

附图2是本发明氯化钾、磷铵工艺流程方框图

附图3是本发明氨化中和环流反应器。

图3中：A-磷酸料浆；B-气态氨；C-中和料浆；d-加热或冷却介质入口；e-加热或冷却介质出口；1.喷射泵；2.环流管；3.夹套换热器；4.列管换热器；5.电动调节阀；6.安全装置接口；7、8、9分别为温度、压力、PH传感器。

具体实施方式

下面通过对本发明具体实施例的详细描述进一步阐述本发明，但实施例不是对本发明的限制。

实施例一

将98％硫酸165kg置于300L带夹套加热和搅拌的反应釜中，预热至约85℃，边搅拌边加入粉体氯化钾(K₂O≥60％)125kg，反应过程中，用水射泵循环抽吸反应过程产生的氯化氢，维持反应温度115～125℃，反应60～90min，得到硫酸氢钾料液。

将50％磷酸317kg，置于500L带夹套加热和搅拌的薄层反应釜中，边搅拌边加入粉体氯化钾(K₂O≥60％)125kg，反应过程中，用水射泵循环抽吸反应过程产生的氯化氢，维持反应温度95～125℃，压力-0.6～-0.8Mpa，反应60min，得到含水5～8％的磷酸二氢钾料液。

将反应得到的硫酸氢钾与磷酸二氢钾各217kg放入500L的反应釜中，在60～80℃下，反应45～60min，反应过程中连续加入计量的熔融尿素96kg，生成硫酸钾和磷酸脲的混合料浆，加入稳定剂，

将环流反应器反应得到的磷铵21.5kg，加入铵稳定剂后，与上述混合料浆一并泵入1200L熔融络合反应釜。然后，与反应釜内添加有络合促进剂的熔融尿素(200kg)混合共熔，在络合促进剂的作用下部分生成尿素络合物的半透明混合料浆，再加入料浆流动性能改善剂(25kg)、微量元素78kg、功能添加剂114kg。制备成含N∶P₂O₅∶K₂O＝15∶15∶15，含水约5～8％的混合熔融料浆。

若生产速效释放型肥料则在上述料浆中添加养分吸收促进剂，然后造粒。

若生产继速效肥料之后的控释肥料时，即在上述料浆中添加骨架型包膜溶液，然后造粒。

若生产中期或后期(即经过一定时间后再释放)的控释肥料时，在上述料浆中添加骨架型包膜溶液，经造粒、筛分，然后进行外包膜、干燥。

将速效型、缓释型、中期和后期生产的颗粒肥料分别检验、计量、混合、包装，得到一次性施肥的缓释/控释复合肥。

实施例二(高氮型N∶P₂O₅∶K₂O＝25∶10∶10)

将98％硫酸111kg置于300L带夹套加热和搅拌的反应釜中，预热至约85℃，边搅拌边加入粉体氯化钾(K₂O≥60％)84kg，反应过程中，用水射泵循环抽吸反应过程产生的氯化氢，维持反应温度115～125℃，反应60～90分钟，得到硫酸氢钾料液。

将50％磷酸213kg，置于300L带夹套加热和搅拌的薄层反应釜中，边搅拌边加入粉体氯化钾(K₂O≥60％)84kg，反应过程中，用水射泵循环抽吸反应过程产生的氯化氢，维持反应温度95～110℃，压力-0.6～-0.8Mpa，反应60分钟，得到含水5～8％的磷酸二氢钾料液。

将反应得到的硫酸氢钾与磷酸二氢钾放入500L的反应釜中，在60～80℃下，反应45～60min，反应过程中连续加入计量的熔融尿素65kg，生成硫酸钾和磷酸脲的混合料浆，加入稳定剂。将环流反应器反应得到的磷铵14kg，加入铵稳定剂后，与上述混合料浆一并泵入1200L熔融络合反应釜。然后，与反应釜内添加有络合促进剂的熔融尿素(460kg)混合共熔，在络合促进剂的作用下部分生成尿素络合物的半透明混合料浆，再加入料浆流动性能改善剂(10kg)、微量元素78kg、功能添加剂65kg。制备成含N∶P₂O₅∶K₂O＝25∶10∶10，含水约5～8％的混合熔融料浆。然后添加40kg骨架型缓释剂，搅拌均匀后造粒后，得到符合GB15063-2001标准的氮磷钾总养分为45％的控释复合肥1000kg。释放周期为55～65天。

实施例三(高钾型N∶P₂O₅∶K₂O＝15∶10∶20)

将50％磷酸280kg，置于200L带夹套加热和搅拌的薄层反应釜中，边搅拌边加入熔融尿素86kg，维持反应温度95～110℃，反应40分钟，得到含水8～15％的磷酸脲。

将粉体氯化钾(K₂O≥60％)334kg加入到1200L熔融络合反应釜，与反应釜内添加有络合促进剂的熔融尿素(241kg)混合共熔，然后将上述反应得到的磷酸脲泵入，在络合促进剂的作用下部分生成尿素络合物的半透明混合料浆，再加入料浆流动性能改善剂(15kg)、微量元素107kg、功能添加剂94kg。制备成含N∶P₂O₅∶K₂O＝15∶10∶20，含水约5～8％的混合熔融料浆。然后添加40kg骨架型缓释剂，搅拌均匀后造粒、筛分，将筛分后的颗粒在涂膜机内进行表面涂膜，经干燥后得到符合GB15063-2001标准的氮磷钾总养分为45％的控释复合肥950kg。表面控释膜于30～40天内溶胀、崩裂后，由骨架型膜材料控制释放周期为55～65天。

实施例四(控释肥料配制方法)

制备棉花成熟期控释肥料，成熟期的周期约为45～60天，从现蕾期到开花期开始约75～80天。成熟期氮磷钾分别占棉花生长所需养分的36.5％、65.4％和80.6％，其N∶P₂O₅∶K₂O＝1∶1.79∶2.21，然后按单位作物产量或单位面积施肥量计算此阶段所需氮磷钾数量，再依据作物和土壤特性配制中量、微量元素，结合光照(累积温度)以及土壤微生物加入功能添加剂。将此阶段配方肥料采用骨架包膜(即将缓释剂加入肥料粉体后造粒，以骨架包膜的方式，控制肥料在45～60天内基本释放完毕)，然后将经过骨架包膜的颗粒肥料，进行外包膜，其目的是控制所包裹的肥料在前期(约60天)不释放，即控制外包膜在约45～60天后崩裂、溶胀，或生物降解，然后由骨架包膜控制在45～60天内释放后期配方的养分。

Claims (9)

1、控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于以氯化钾、硫酸、磷酸、以及尿素生产过程中的氨、尿液、熔融尿素为主要原料，在上述原料反应过程添加稳定剂、络合促进剂、料浆流动性能改善剂等，依据作物不同生育阶段所需养分，按各阶段配方分别调整NPK比例，再在各阶段配方中加入微量元素、作物生长调节剂等，然后分别以速效释放、骨架缓释、表面控释释放模型组合成不同的释放机制，分别造粒包膜后，按作物各生长阶段的周期，计算各阶段需肥量的比例，将各阶段包膜后的颗粒混配，制备成一次性施肥的可调控缓释复合肥，该释放模型及生产方法包括下列步骤：

(1)氯化钾粉体与98％浓硫酸反应时，加入促进剂，使其生成“微晶”硫酸氢钾，然后将硫酸氢钾与磷酸和氯化钾反应得到的磷酸二氢钾溶液反应，在反应过程中逐步加入计量尿液或熔融尿素，得到硫酸钾和磷酸脲混合溶液，再加入硫酸钾稳定剂和复合稳定剂，上述反应过程释放的氯化氢经水吸收制备成31％盐酸；

(2)将添加有稳定剂的硫酸钾与磷酸脲混合料浆泵入熔融络合反应釜，与釜内添加有熔融络合促进剂，来自尿素生产过程的熔融尿素或尿液混合共熔后，得到硫酸钾、磷酸脲与尿素的熔融混合物和部分尿素络合物的共熔料浆，若作物在该生育阶段需高磷养分时，还可以加入另一反应得到的磷铵，更准确的调整NPK比例，然后依据作物生理特性，将配方的微量元素、流动性能改善剂加入到混合共熔体内，搅拌均匀，形成流动性良好、较为稳定的、并可反复熔融、凝固熔融混合体；

(3)若生产对氯元素不敏感作物的控释肥料时，按作物各生育阶段所需养分，分阶段配方，可直接将粉碎的氯化钾、反应得到的磷酸脲和磷铵、熔融尿素或尿液在熔融络合釜内共熔，得到不同生育阶段所需养分的共熔料浆。

(4)依据作物生理特性，按不同生长阶段的周期确定营养成份，速效释放型肥料配方主要依据土壤性质与作物根系吸收特性加入促进根系吸收的添加剂、在缓释型肥料配方中加入骨架缓释型包膜材料；

(5)依据作物生理特性，计算各阶段养分比例，然后分阶段将熔融料浆分别造粒，造粒可以采用喷浆造粒机、圆盘造粒机、流化床造粒设备、熔融造粒设备。

(6)在后期释放的肥料是在添加速效促进剂、或经骨架型包膜后的颗粒表面包膜，进行表面控释型处理。

(7)最后将各阶段(速效型、骨架缓释型、表面控释型)颗粒肥料，依据作物各生育周期，计算各配方阶段需肥量的比例，然后，混配各阶段包膜后的颗粒，制备成一次性施肥的控释复合肥。

2、根据权利要求1所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于控释肥料的不同释放机制由速效释放、骨架缓释和表面控释，构成三种基本释放模型，依据作物各生育阶段对养分的需求，以此三种基本释放模型，可构成独立释放系统或组合释放系统，按此释放机制生产的肥料，可实现一次性施肥，养分释放速率能与作物需肥规律相一致或基本一致，其肥料利用率达到60％以上。

3、根据权利要求1和2所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于速效释放型是依据作物根系吸收特点和土壤特性，在肥料中加入可促使肥料形成根系易吸收的离子态，并降低土壤、根系胶质阻力，实现作物速效吸收养分的目的；

速效型是在粉体或料浆肥料中添加养分吸收促进剂后造粒；制备中期或后期速效型释放肥料时，在前述速效释放的基础上进行表面包膜，表面控释膜在预定期内溶胀、崩裂或生物降解后，内部肥料即实施速效释放；可作为速效释放型的材料主要有：生物表面活性剂、阴离子、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、调理剂等。

4、根据权利要求1和2所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于：

骨架缓释型是在粉体肥料中加入功能缓释材料，控制该配方养分在此生育阶段的周期内释放，即控制养分的释放周期；可作为骨架缓释型的材料有：水溶性高分子材料，如丙烯酸类、聚乙烯醇类、甲壳素、羧甲基纤维素等；

表面控释型是在颗粒肥料表面涂膜，控制肥料何时释放，即在预定期内，表面包膜溶胀、崩裂或生物降解后，内部肥料即实施在预定周期内释放；包膜材料的降解周期，主要控制功能材料玻璃化温度、链段松弛力等特性，依据水的渗入而产生溶胀，膨胀涨裂的周期，控制膜内养分的定期释放，也可依据微生物初始降解周期确定，但受土壤微生物菌群等因素制约，其释放周期准确性欠佳，可作为表面控释型包膜材料主要有：丙烯酸及聚丙烯酸类、聚乙烯醇类、聚乙烯类等其它高分子水溶液或乳液。

5、根据权利要求1和2所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于依据作物的生理特性，按不同生长阶段确定营养成份，然后按各阶段周期计算各配方阶段需肥量的比例，各种作物的生长阶段的划分，一般按照作物各生育阶段周期内所需要的营养元素、作物吸收养分的特点、环境因素(日照、气候等)、周期时间、单位面积的产量、肥料利用率、土壤性质(主要有酸碱、微生物)等因素，计算和调节肥料中有效成份。

6、根据权利要求1所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于磷酸二氢钾的制备方法是采用50％P₂O₅磷酸与氯化钾反应，反应是在配置有循环水射泵的连续薄层反应釜内进行，反应温度为105～125℃，反应时间30～60min，反应压力-0.4～-0.8Mpa，反应过程生成的氯化氢用水吸收，制备成31％的盐酸，其薄层反应釜是依据溶液上方蒸汽分压原理设计，与其它反应釜相比，具有易于将反应生成的氯化氢移出的特点。

7、根据权利要求1所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于硫酸氢钾与磷酸二氢钾的反应，其反应温度为60～85℃，反应时间30～60min，反应过程中连续加入尿液或熔融尿素，反应生成硫酸钾和磷酸脲(磷酸脲对作物生长具有显著促进作用，其效果优于尿素等其它氮肥)，反应后添加硫酸钾稳定剂——三聚磷酸钠，其添加量为硫酸钾0.1～0.5％；复合稳定剂为：铵稳定剂和磷化合物稳定剂，铵稳定剂由30％十五烷基磺酰氯和70％双氰铵组成，磷化合物稳定剂为硬脂酸钙，其添加量为磷酸脲的0.1～0.5％。

8、根据权利要求1所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于磷铵反应是在具有进料喷射泵、环流管、夹套换热器、列管换热器、料浆进口、氨气进口、中和料浆出口、回流调节阀构成、安全装置、温度、压力、PH等传感器组成的特殊的环流反应器内进行。

9、根据权利要求1所述的控释复合肥养分释放模型及生产方法，其特征在于生产对氯元素不敏感作物的控释肥料时，可直接将氯化钾、反应得到的磷酸脲和磷铵、熔融尿素或尿液在熔融络合釜内共熔，过程中加入络合促进剂和流动性能改善剂，熔融络合促进剂为直链有机化合物，可以作为熔融络合促进剂的有：硬脂酸、硬脂酸盐、液体石蜡、蓖麻油、白油、桐油、植物油、机油等直链有机化合物，最佳的是熔点为-10～+60℃直链有机化合物，其添加量为熔融料重量的0.1～3％，上述物质既是熔融络合促进剂，也是流动性能改善剂。

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