一种磷酸镁铵缓释肥及其制备方法

1.一种磷酸镁铵缓释肥的制备方法，其特征在于，将原料1、原料2混合反应5-60min，再与原料3混合反应，或将原料1、原料3混合反应5-60min，再加入原料2进行混合反应，用碱性物质调节反应体系pH为 8~11，反应液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重量比为
2+ + 3-
Mg ：NH4 ：PO4 =1.35~2.0：1.00：5.28~5.54，反应10~300min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得到磷酸镁铵缓释肥，滤液中氨氮含量小于50mg/L，磷含量小于10mg/L，其中，原料1为同时含有稀土离子、镁离子和铵离子，且由一种或几种废水组成，原料2为含钾、铁、钙、锌、钛、硫离子中的至少一种离子的一种或几种废水，原料3为含磷酸根离子的废水。
2.根据权利要求1所述的一种磷酸镁铵缓释肥的制备方法，其特征在于，原料1中稀土离子以REO计的含量为5~2000mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种磷酸镁铵缓释肥的制备方法，其特征在于，原料3含磷酸根离子的废水含有磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸、磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种磷酸镁铵缓释肥的制备方法，其特征在于，原料3含磷酸根离子的废水含有磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种磷酸镁铵缓释肥的制备方法，其特征在于，所述碱性物质为含钠、镁、铵、钾至少一种的碱性化合物和冶炼过程中的碱性废水中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种磷酸镁铵缓释肥的制备方法，其特征在于，所述碱性物质为含氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵及冶炼过程中的碱性废水中的一种或几种的混合物。

一种磷酸镁铵缓释肥及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于废水处理及肥料制备技术领域，特别涉及一种磷酸镁铵缓释肥及其制备方法。\n背景技术\n[0002] 近年来，随着人口的激增、耕地的减少，粮食供需矛盾不断加剧，使得农业生产对肥料的依赖日益加强，这一切凸显了化肥在农业生产中的重要地位。然而，目前我国农业生产中的一个显著矛盾是化肥投入高但利用率偏低，这也成为制约我国农业发展的重要因素之一。我国现在使用的大多数化肥都是水溶性的，如钾肥、铁肥、锌肥和钛肥等，这些化肥施入土壤后，养分容易流失、分解或被固定，使养分利用率降低。更为重要的是，肥料的损耗不仅造成不可再生能源和资源的巨大浪费以及随之而来的经济上的重大损失，而且给我们实现粮食安全保障带来直接困难，给人类的生存环境造成巨大危害，如水体污染、温室效应等等。资源的耗竭和养分在环境中的过量累积都将使农业发展和环境保护承受较为严重的风险，因此，如何提高化肥的利用率，减少大气和环境污染，成了摆在我们面前的一项艰巨任务。\n[0003] 稀土工业废水对环境的影响越来越受到关注。包头矿酸法冶炼工艺过程中产生大+ 2-\n量含硫酸铵、硫酸镁废水，水质指标为：pH值为6.5～7.0，NH4 为5～10g/L，SO4 为10～\n2+\n40g/L，Mg 为5～15g/L；稀土萃取分离工艺皂化过程产生大量氯化铵废水，水质指标为：\n+ -\npH值为4.0～5.0，NH4 为50～75g/L，Cl 为100～150g/L；单一稀土产品碳铵沉淀产生+ -\n的氯化铵废水，水质指标为：pH值为6.5～7.0，NH4 为20～40g/L，Cl 为40～80mg/L；\n稀土非皂化萃取分离过程中产生大量含氯化镁废水以及包头混合型稀土精矿、独居石、磷钇矿碱法冶炼过程中产生大量含磷酸根废水等。稀土冶炼分离废水中含有大量氨氮、磷、镁以及微量铁和稀土离子，对环境及地下水造成严重污染，如何综合处理稀土冶炼废水，回收利用有价值资源，保护生态环境，是行业急待解决的重要问题。目前，高浓度的氨氮废水，一般采用蒸发浓缩结晶回收，得到纯度较高的氯化铵或硫酸铵产品，但回收率较低，回收成本高。低浓度的氨氮废水，铵盐浓度低，且成分复杂，回收利用难度大、成本很高。\n[0004] 我国稀土资源丰富，对稀土农用、稀土环境化学生态效应及稀土农用安全毒理卫生学评价等进行了深入研究。结果表明，稀土不但对环境友好，无毒无害，而且具有较好的调节植物生长、增强植物抗旱、抗病性及增加产量等作用。随着稀土在农业上的推广应用，提高农用稀土的利用效率显得非常必要。\n发明内容\n[0005] 稀土、钾、铁、钙、锌、钛和硫等有价元素经磷酸镁铵沉淀包裹后化学性质稳定，能被植物缓慢吸收，不会造成过量稀土、氨氮、磷等有益元素流失影响环境。因此可利用含铵、镁的废水与含磷、铁、稀土、钾等有价元素的废水进行混合沉淀反应等来处理工业废水，制备磷酸镁铵缓释肥，既可以回收低浓度的氨氮废水，又可以提高稀土、氮、磷、镁、铁、钾等有价元素的利用效率，即在沉淀磷酸镁铵的过程中将废水中所含的稀土、钾、铁、钙等有益元素沉淀出来，使磷酸镁铵缓施肥对植物的作用效果更好、更全面，达到控制环境污染和废物利用的双重目的。\n[0006] 大量试验研究结果表明，pH是磷酸镁铵沉淀反应的主要影响因素，影响着磷酸根的存在形式继而影响反应进行的程度。由图1可以看出，pH＜9时氮磷去除率随pH值升高而增加，pH＞9.0时，随pH增加氨氮去除率呈缓慢增加达到一最大值而后下降的过程，磷去除率随pH增加而迅速降低。当pH＝9.0时，氨氮去除率达98％以上，氨氮残余含量降至20mg/L左右，磷去除率99％以上，磷残余含量降至5mg/L以下。\n[0007] 本发明的目的是以废水为原料，提供一种磷酸镁铵缓释肥，使废水中氮、磷、稀土、镁等有价资源得到有效低成本回收利用。\n[0008] 本发明提供了一种磷酸镁铵缓释肥，其中含有钾、铁、钙、锌、钛、硫中的至少一种和稀土，所述稀土以稀土氧化物(REO)的重量计，钾、铁、钙、锌、钛、硫中的至少一种与REO含量之和为0.01～10wt％，磷酸镁铵缓释肥中，P2O5含量为15～49wt％，N含量为3～\n10wt％，MgO含量为16～26wt％。\n[0009] 一种优选的技术方案如下：所述磷酸镁铵缓释肥中优选含有钾、铁、钛中的至少一种和稀土，所述稀土以REO的重量计，钾、铁、钛中的至少一种与REO含量之和优选0.1～\n5wt％，磷酸镁铵缓释肥中，P2O5含量优选18～49wt％，N含量优选5～10wt％，MgO含量为\n18～26wt％。\n[0010] 其中所述稀土为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y中的至少一种，优选La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd中的至少一种。\n[0011] 一种磷酸镁铵缓释肥的制备方法，其制备步骤为：将原料1、原料2混合反应5～\n60min，使稀土、钾、铁等沉淀析出，再与原料3混合反应，或将原料1、原料3混合反应5～\n60min，再加入原料2进行混合反应，用碱性物质调节反应体系pH为8～11，反应液中镁离\n2+ + 3-\n子、铵离子和磷酸根离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.35～2.0∶1.00∶5.28～\n5.54，反应10～300min，使磷酸镁铵沉淀反应完全，所得沉淀经后处理得到磷酸镁铵缓释肥，也可通过圆盘造粒或挤压造粒对其进行深加工，滤液中氨氮含量小于50mg/L，磷含量小于10mg/L，其中，原料1同时含有稀土离子、镁离子和铵离子，且由一种或几种废水组成，原料2为含钾、铁、钙、锌、钛、硫离子中的至少一种离子的一种或几种废水，原料3为含磷酸根离子的废水。\n[0012] 所述原料1中稀土离子以REO计的含量为5～2000mg/L。\n[0013] 所述含磷酸根离子的废水包括磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸、磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的至少一种，优选磷酸钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵中的至少一种。\n[0014] 所述碱性物质为含钠、镁、铵、钾至少一种的碱性化合物和冶炼过程中的碱性废水中的一种或几种的混合物，优选含氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氨水、碳酸铵、碳酸氢铵及冶炼过程中的碱性废水中的一种或几种的混合物。\n[0015] 本发明的缓释肥的优点为：\n[0016] (1)利用稀土工业废水和其他工业废水的混合沉淀反应，形成含钾、铁、钙、锌、钛、硫中的至少一种和稀土的磷酸镁铵缓释肥，不仅解决了废水的污染问题，而且废水中氮、磷、稀土、镁等有价资源得到有效低成本回收利用。\n[0017] (2)磷酸镁铵在水中溶解度极低，属枸溶性物质，只有在土壤微生物作用下缓慢分解提供植物养分，提高肥料的利用效率，另外含有微量稀土、钾、铁、钙、锌、钛、硫等植物有益元素，可以促进植物生长，提高农作物的产量，改善产品品质。\n附图说明\n[0018] 图1是pH对氨氮和磷去除率的影响；\n[0019] 图2是不同实施例在土壤含水量为田间持水量60％时的释放情况。\n具体实施方式\n[0020] 下面结合附图对本发明作进一步说明：\n[0021] 实例1\n[0022] 将400mL由含有镧、铈、镁和铵的废水组成的原料1与200mL由含有铁的废水组成的原料2混合反应5min，其中原料1中镧和铈的含量以REO计为500mg/L，然后按化学计量关系加入含磷酸钠的废水(原料3)作沉淀剂，用氢氧化镁和氨水调节反应的pH为8.0，反\n2+ + 3-\n应液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.35∶1.00∶5.28，反应300min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、Fe、S含量之和为0.5wt％，P2O5含量为19wt％，N含量为3wt％，MgO含量为17％。滤液中氨氮含量为45mg/L，磷含量为10mg/L。\n[0023] 实例2\n[0024] 将400mL由含有镁和铵的废水组成的原料1与200mL由含有钛的废水组成的原料2混合反应25min，其中原料1中镧、铈、镨和钕的含量以REO计为1000mg/L，然后按化学计量关系加入含磷酸钾的废水(原料3)作沉淀剂，用氧化镁和碱性废水调节反应\n2+ + 3-\n的pH为10.0，反应液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝\n1.45∶1.00∶5.34，反应60min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、K、Ti、S总含量为1.2wt％，P2O5含量为40.5wt％，N含量为5.6wt％，MgO含量为22％。滤液中氨氮含量为20mg/L，磷含量为4mg/L。\n[0025] 实例3\n[0026] 将500mL由含有镧的硫酸镁废水和硝酸铵废水混合废水组成的原料1与450mL含有硫酸铁、锌的废水组成的原料2混合反应60min，其中原料1中镧的含量以REO计为\n1500mg/L，然后按化学计量关系加入含磷酸钾或磷酸二氢钾或磷酸氢二钾的废水(原料3)作沉淀剂，用含氢氧化钠碱性废水调节反应的pH为9.5，反应液中镁离子、铵离子和磷酸根\n2+ + 3-\n离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.7∶1.00∶5.34，反应130min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、Fe、K、Zn、S总含量为9.95wt％，P2O5含量为48.8wt％，N含量为4.5wt％，MgO含量为25.2％。滤液中氨氮含量为15mg/L，磷含量为2mg/L。\n[0027] 实例4\n[0028] 将含有镧、铈的氯化镁和硫酸镁的废水与硫酸铵和氯化铵的废水混合溶液作为原料1，其中镧和铈的含量以REO计为450mg/L，含铁、钙的氯化镁废水作为原料2，将500mL原料1和450mL原料2混合反应15min，然后按化学计量关系加入含磷酸二氢铵或磷酸氢二铵的废水(原料3)作沉淀剂，用含氢氧化钠碱性废水调节反应的pH为9.2，反应液中镁离子、\n2+ + 3-\n铵离子和磷酸根离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.9∶1.00∶5.5，反应230min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵肥，其中REO、Fe、Ca、S总含量为3.13wt％，P2O5含量为47.4wt％，N含量为8.36wt％，MgO含量为23.7％。滤液中氨氮含量为10mg/L，磷含量为1mg/L。\n[0029] 实例5\n[0030] 将含有铈的氯化镁和氯化铵废水为原料1，其中铈的含量以REO计为5mg/L，含铁的氯化镁废水为原料2，将100mL原料1和200mL原料2混合反应35min，然后按化学计量关系加入磷酸氢二铵和磷酸二氢铵的废水(原料3)作为沉淀剂，用冶炼过程的碱性废\n2+ + 3-\n水调节pH为11，反应液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝\n1.6∶1.00∶5.35，反应30min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、Fe总含量为0.01wt％，P2O5含量为43wt％，N含量为5.5wt％，MgO含量为22.3％。\n滤液中氨氮含量为35mg/L，磷含量为9mg/L。\n[0031] 实例6\n[0032] 将含有镧、铈的氯化镁废水与氯化铵废水的混合废水作为原料1，其中镧和铈的含量以REO计为50mg/L，含氯化铁的废水为原料2，将1000mL原料1和2000mL原料2混合反应20min，然后按化学计量关系加入含磷酸钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的废水(原料3)作沉淀剂，用氧化镁和氢氧化铵废水调节反应的pH为10.2，反应液中镁离子、铵离子和磷\n2+ + 3-\n酸根离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.4∶1.00∶5.35，反应60min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、Fe总含量为1.1wt％，P2O5含量为\n31wt％，N含量为3.0wt％，MgO含量为22.3％。滤液中氨氮含量为23mg/L，磷含量为5mg/L\n[0033] 实例7\n[0034] 将含钐、钆的氯化镁废水与氯化铵和草酸铵的废水作为原料1，其中钐和钆的含量以REO计为150mg/L，含钛的草酸铵废水作为原料2，将500mL原料1和200mL原料2混合反应10min，然后按化学计量关系加入含磷酸氢二钾和磷酸二氢钾的废水(原料3)作沉淀剂，用冶炼过程的碱性废水调节反应的pH为9，反应液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重\n2+ + 3-\n量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.51∶1.00∶5.35，反应100min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、K、Ti总含量为4.5wt％，P2O5含量为47wt％，N含量为6.8wt％，MgO含量为23.1％。滤液中氨氮含量为12mg/L，磷含量为3mg/L。\n[0035] 实例8\n[0036] 将含钆的氯化镁废水与硝酸铵废水的混合溶液作为原料1，其中钆的含量以REO计为150mg/L，含硝酸铁的废水作为原料2，将25mL原料1和10mL原料2混合反应10min，然后按化学计量关系加入含磷酸氢二铵和磷酸二氢铵的废水(原料3)作沉淀剂，用含氢氧化镁和氢氧化钠废水调节反应的pH为8.5，反应液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重量\n2+ + 3-\n比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.6∶1.00∶5.33，反应30min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、Fe的总含量为0.25wt％，P2O5含量为22wt％，N含量为3.5wt％，MgO含量为16.2％。滤液中氨氮含量为35mg/L，磷含量为6mg/L。\n[0037] 实例9\n[0038] 将含La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Y的硫酸镁废水与氯化铵废水的混合溶液作为原料1，其中La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Y的含量以REO计为700mg/L，含有硫酸钛的废水作为原料2，将50mL原料1和20mL原料2混合反应15min，然后按化学计量关系加入含磷酸钠和磷酸二氢钠的废水(原料3)作沉淀剂，反应\n2+ + 3-\n液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重量比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.8∶1.00∶5.33，用碳酸钠调节反应的pH为9.0，反应60min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、Ti、S的总含量为1.5wt％，P2O5含量为45wt％，N含量为10wt％，MgO含量为22.8％。滤液中氨氮含量为15mg/L，磷含量为3mg/L。\n[0039] 实例10\n[0040] 将含有镧、铈的氯化镁废水与氯化铵废水的混合废水作为原料1，其中镧和铈的含量以REO计为15mg/L，含氯化铁的废水为原料2，含磷酸钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的废水为原料3，将50mL原料1和按化学计量关系计算得到的原料3混合反应20min，然后加入\n20mL原料2，用氢氧化钠废水调节pH为10.2，反应液中镁离子、铵离子和磷酸根离子的重量\n2+ + 3-\n比为Mg ∶NH4 ∶PO4 ＝1.4∶1.00∶5.54，反应60min，使沉淀反应完全，所得沉淀经后处理即得磷酸镁铵缓释肥，其中REO、Fe总含量为0.18wt％，P2O5含量为31wt％，N含量为3.0wt％，MgO含量为22.2％。滤液中氨氮含量为30mg/L，磷含量为9mg/L。\n[0041] 对上述部分实施例所得产品在土壤中的释放速度进行了检测，从图2可以看出，实施例所得产品在60天时还没有释放完，而对照产品(普通磷肥)在30天内已释放完，因此，磷酸镁铵缓释肥的生物利用度也得以提高。\n[0042] 对上述部分实施例所得产品进行了田间生物效果试验，结果表明，本发明所得产品可提高养分利用率，显著促进植物生长，提高抗性，增加产量，并改善农产品品质(表1)。\n[0043] 表1本发明缓释肥在种植业上的应用效果\n[0044]