一种水溶性矿物肥及其制备方法

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一种水溶性矿物肥及其制备方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于农作物肥料领域，具体涉及一种水溶性的无机矿物肥。\n背景技术\n[0002] 我国是一个农业大国，人口众多，为了增加粮食产量，有效的手段之一就是借助于施肥。目前世界范围内施肥都是以化肥为主，但是，由于长期过量或不合理施用化肥，致使土壤中各营养比例失调，造成了土壤的板结，降低了肥料的利用率和农产品质量，且化肥的生产和施用会引起大气和水资源污染，对环境造成很大的破坏。\n[0003] 目前，市场上也出现了一些新型肥料，主要以水溶肥为主，水溶性肥料是一种可以溶于水的多元复合肥料，它能迅速的溶解于水中，更容易被农作物吸收，而且吸收利用率相对较高，实现水肥一体化，达到省水省肥省工的效果。但是，现有水溶肥生产成本较高，价格昂贵（约1万元/吨），大量用作于经济作物，很难在大田推广。部分研究单位开始研制一些矿物肥料，但这些矿物肥料加工过程中需高温处理，能耗比较大；还有一些矿物肥，通过化学方法将天然岩石中有效成分如钾，磷等浓缩提取，但这些矿物肥中难免也残留一些化学物质，被作物吸收，影响作物品质；还有一些矿物肥是直接将含有植物所需的大量元素，中微量元素的无机矿物混合粉碎，添加一些调节剂制的，这些矿物肥都难溶于水，不能达到目前所提倡的水肥一体化。因此，为了造就高效，优质，环保，健康的新型农业，水溶性矿物肥的出现，符合水溶肥发展的趋势。\n[0004] 中国发明专利公开号CN 102674930 A公布了一种含氨基酸大量元素型水溶肥料固体产品及其生产方法，该水溶肥的制备方法是以动、植物蛋白为原料，用酸水解得氨基酸，再过滤，中和，混合，再加入微量元素螯合，再与大量元素混合，干燥粉碎而得产品。该水溶肥中所用的大量元素氮磷钾和微量元素均为化学合成产品，生产成本高，且生产工艺流程复杂，过程中能耗较大。\n[0005] 中国发明专利公开号CN 1762921 A公布了一种多养分水溶性固体复合螯合肥及其制备方法，该固体水溶肥采用尿素和磷酸一铵，氯化钾，氯化铵为大量元素，再添加硼砂，硫酸铜，硫酸锌，氯化镁，硫酸亚铁，硫酸锰，柠檬酸钙以及高分子化合物螯合剂，酸度调节剂构成水溶肥料。该肥料所用的大量元素也均属于化学合成产品，其中所用微量元素化合物价格昂贵，致使水溶肥成品价格高昂，难以被农民接受，影响了水溶肥的推广。\n[0006] 中国发明专利公开号CN 101054322 A公布了一种天然多元素矿物肥，该矿物肥是以风化-半风化花岗岩、含磷石英砂岩、含钾粉砂质页岩和碳酸盐岩作为原料，经过粉碎、筛选、造粒、烘干、包装而得产品。该矿物肥虽是以无机矿物为原料，降低了生产成本，但该矿物肥将矿物粉碎仅至200目左右，且未经水溶性处理，致使矿物肥很难溶解在水中，不能随水一起灌溉，达不到现代农业水肥一体化的要求。\n[0007] 中国发明专利公开号CN 101709008 A 公布了一种有机矿物肥，该矿物肥是由麦饭石、富含镧系稀土硅钙镁的磷渣、有机质和腐殖酸组配，将其粉碎为100~120目，造粒得到该有机矿物肥。该有机水溶肥所用原料虽含有植物所需大量、微量和稀土元素，且还含有有机质，但是其粒度达不到要求，也未经水溶性处理，不能溶解在水中，不能适用于喷灌和滴灌，达不到省水省肥的效果。\n[0008] 中国发明专利公开号CN 1935749 A公布了一种超细活化磷矿复合肥的制备方法。\n该方法是将原料磷矿通过破碎机和万能磨粉碎成粗磷矿粉，再通过球磨机或振动磨粉碎得到小于30um的超细磷矿粉；再与添加剂和腐殖酸经搅拌磨或振动磨高能活化处理后，进行浓缩造粒，即得产品。该发明将磷矿粉超细化，增大了其比表面积，加速了磷的释放，过程中虽也加入了添加剂腐殖酸一起研磨，但也只是为了提高磷矿中磷的释放和提高其化学活性，却未对其做任何水溶性处理。即使该复合肥能溶解分散在水中，但也不稳定，易产生沉淀和絮凝，易堵塞管道，不太适用于水肥一体化。\n[0009] 根据上述，我国目前大部分水溶肥价格昂贵，农民难以接受，在大田作业中很难推广，仅适用于少量经济作物。目前以无机矿物为原料的矿物肥虽然原料易得，价格低廉，但是均不溶于水中，或者在水中不能有很好的稳定性，不能随水一起灌溉，很难利用在水肥一体化的现代农业中，这样就限制了水溶肥的更加广泛应用。\n发明内容\n[0010] 本发明为了克服上述技术的不足和缺陷，提供了一种水溶性矿物肥。该水溶性矿物肥以天然无机矿物为主要原料，利用水溶性亲水接枝剂，使天然无机矿物粉体表面呈亲水性，使其能很好的溶解在水中，该水溶性矿物肥中还添加了一定量的高分子化合物，能使天然无机矿物粉体在水中保持稳定。该水溶性矿物肥含有植物所需的氮磷钾大量元素，同时还含有镁、硅、钙、锰、铁、钛、锌、铜、铬、钒、硒等30多种微量元素，促进植物生长，提高各元素的利用率和吸收率，提高作物产品品质，改善土壤结构，增强植物活性，色泽和粒度均匀，流程简短，成本低，营养全面，且该水溶性矿物肥为固体，方便储存和运输。\n[0011] 本发明进一步提供了一种水溶性矿物肥的制备方法，该制备方法是用超微细立式磨机将无机矿物细化至2000~3000目，细化过程中加入水溶性亲水接枝，使无机矿物粉体表面呈亲水性，达到水溶，再加入尿素、脲酶抑制剂，硝化抑制剂，生物固氮菌和高分子化合物高度混合，使无机矿物粉体在水体系中保持溶液稳定。\n[0012] 本发明一种水溶性矿物肥，其特征在于，由A组分，B组分，C组分组成，其中A组分的原料组成及配比为：\n[0013] 钾长石10~30份，磷矿石10~45份，麦饭石5~15份，硅藻土5~10份，膨润土5~10份，水溶性亲水接枝剂0.5~6份，\n[0014] 其中水溶性亲水接枝剂由以下的一种或几种混合：羟乙基纤维素，羟丙基纤维素，羟丙基羧甲基纤维素，阳离子型多肽烷基脂，聚丙烯酰胺，聚氧乙烯烷基酚基醚，脂肪酸酰胺衍生物，烷基酚聚乙烯醚。本发明中水溶性亲水接枝剂优选为羟乙基纤维素。\n[0015] B组分的原料组成及配比为：\n[0016] 氮源5~10份，磷源5~15份，羧甲基淀粉1~10份，生物固氮菌0.5~10份，脲酶抑制剂0.1~10份，硝化抑制剂0.1~10份，\n[0017] 其中所述的氮源为以下的一种或几种混合物：尿素，硝酸铵，氯化铵，碳酸铵，碳酸氢铵，其中所述的磷源为以下的一种或几种混合物：磷酸一氢氨，磷酸二氢铵，磷酸二氢钾，其中所述的脲酶抑制剂为以下的一种或几种混合物：O-苯基磷酰二胺（PPD），N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）,氰醌，腐殖酸，其中所述的硝化抑制剂为以下的一种或者几种混合物：蛋氨酸，甲硫氨酸，硫代氨基甲酸盐，硫脲，烯丙基硫脲，烯丙基硫醚，眯基硫脲，甲硫基苯并噻唑，二疏基苯并噻唑，双氰胺（DCD），2,4-二氨基-6-三氯甲基三嗪，2-氨基-4-氯-6（或\n9）-甲基嘧啶（AM），3,4-二甲基吡啶磷酸盐（DMPP）。本发明中氮源优选为尿素，磷源优选为磷酸二氢铵，脲酶抑制剂优选为N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT），硝化抑制剂优选为双氰胺（DCD）\n[0018] C组分的原料组成及配比为：\n[0019] 0.1~2份聚天门冬氨酸、聚乙烯吡咯酮1~5份，干酪素1~8份。\n[0020] 上述A组分中所述的钾长石是含有植物所需的大量元素钾，钾长石也常常被用作钾肥使用，磷矿石是中含有丰富的磷，麦饭石中不止含有大量元素钾和磷，且含有镁、硅、钙、锰、铁、钛、锌、铜、铬、钒、硒等30多种微量元素，补充植物所需各种微量元素和稀土元素，保障了植物正常生长，提高农作物的产品品质。其中所加的膨润土其结构为层状结构，而硅藻土为多孔状结构，且两者都具有很强的吸附性，既能吸附尿素和其他有益元素，又能吸附水分，且其本身也含有微量元素，两者的加入，既能改善土壤结构，提高植物对矿物元素的吸收和利用，持久肥效，又能提供营养元素，保住水分，一举多得。上述的无机矿物均能提供营养，改善土壤结构，提高农作物品质，降低了化肥的施用量，环保无污染，且原料易得，价格便宜。\n[0021] 上述A组分中的水溶性亲水接枝剂，使无机矿物粉体表面接枝上亲水基，无机矿物粉体与水接触，由于无机矿物粉体表面的亲水基团使无机矿物粉体能快速分散在水中，从而达到溶解，随水一起灌溉，也不会引起管道堵塞。本发明中所选用的水溶性亲水接枝剂为羟乙基纤维素，羟乙基纤维素为天然高分子纤维素的衍生物。纤维素大量存在于自然界中，其改性衍生物品种多样，且价格便宜，环保无污染。\n[0022] 上述B组分中尿素和磷酸二氢铵的加入提高了肥料中氮磷的含量，生物固氮菌能固氮，提高氮含量，提供植物生长所需，脲酶抑制剂能抑制尿素的水解速度，减少铵态氮的挥发，硝化抑制剂可抑制抑制土壤中硝化菌的活性，从而抑制铵态氮向硝态氮的转化，减少硝态氮在土壤中的积累，从而减少铵态氮硝化所造成的各种污染问题。天然高分子化合物羧甲基淀粉的加入，与尿素磷酸二氢铵混合，可使其外表包覆一层高分子膜，有利于尿素和磷酸二氢铵肥效的缓慢释放，且防止尿素和磷酸二氢铵与无机矿物粉末混合时产生结块现象，提高了尿素和磷酸二氢铵的利用率。\n[0023] 上述C组分的聚天门冬氨酸，聚乙烯吡咯酮和干酪素均为水溶性高分子表面活性剂，在本发明中其分散，乳化，稳定的作用。高分子表面活性剂由于亲水基、疏水基、位置、大小可调，分子结构可成梳状，又可呈现多支链化，具有一定的降低表面张力的作用，有助于水对固体的湿润，利于无机矿物粉体在水中的分散。水溶性高分子可通过亲水基吸附在固体颗粒表面而形成外壳，使颗粒屏蔽起来而不发生絮凝，给予分散体系于稳定性。无机矿物粉体溶于水中，形成悬浮体，不沉淀，不产生絮凝，随水一起灌溉，更利于植物对矿物元素的吸收和利用，且不堵塞管道，适合现代农业，达到水肥一体化。且通过高分子的聚合将养分、水分富集到农作物根系的周围，减少养分、水分流失，并起到缓释的作用，促进作物对养分的高效吸收，提高了肥料的利用率。\n[0024] 本发明一种水溶性矿物肥，其特征是，其制备方法包括以下步骤：\n[0025] （1）、A组分的制备：将10~30份钾长石，10~45份磷矿石，5~15份麦饭石，5~10份硅藻土，5~10份膨润土在普通常用粉碎机中粉碎至200~300目，再加入0.5~6份水溶性亲水接枝剂羟乙基纤维素充分混合，将混合后的物料送入超微细磨机中细化至2000~3000目，得到A组分待用；\n[0026] （2）、B组分的制备：将5~10份尿素,5~15份磷酸二氢铵与1~10份羧甲基淀粉在搅拌机中充分混合，搅拌时间15~30min,转速设定为100r/min~150r/min，混合后再加入\n0.5~10份生物固氮菌，0.1~10份脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）,0.1~10份硝化抑制剂双氰胺充分混合15~30min，再将其粉碎至200~500目，得B组分，待用；\n[0027] （3）、C组分的制备：将0.1~2份的聚天门冬氨酸，1~5份聚乙烯吡咯酮，1~8份干酪素加入到搅拌机中，充分混合20~30min，再粉碎至200~500目，得到C组分，待用；\n[0028] （4）、将步骤（1）所得的A组分、步骤（2）所得B组分和步骤（3）所得的C组分在气流混合机中充分混合，出料，包装，即可得一种水溶性矿物肥。\n[0029] 工艺流程说明\n[0030] 上述一种水溶性矿物肥，其制备方法步骤（1）中，先将无机矿物用普通粉碎机粉碎至200~300目，这样可减轻后续流程超微细磨机的负荷，同时也能减少能耗。\n[0031] 上述一种水溶性矿物肥，其制备方法步骤（1）中，所使用的超微细磨机为超微细立式磨机，电动机带动磨盘转动，同时热风从风口进入立式磨机内，物料从下料口落在磨盘中央，通过离心力作用物料向磨盘边缘移动，经过磨盘上环形槽，受磨辊碾压而碎，被粉碎物料继续向磨盘边缘移动，直到被风环处气流带走，大颗粒又继续掉落至磨盘上继续粉碎，所需细分与气流一起出磨，被系统集尘器搜集，物料在于壳体中气流接触过程中被烘干，达到产品所需干湿度。\n[0032] 上述一种水溶性矿物肥，其制备方法步骤（1）中，无机矿物粉体和水溶性亲水接枝剂混合后，送入超微细立式磨机中进行超微细化至2000~3000目，在此过程中，无机矿物粉体受到机械力作用，会产生微缝，但无机粉体很容易通过自身分子力的作用而愈合。当有水溶性亲水接枝剂存在时，水溶性亲水接枝剂会自动地渗入到微细裂缝中，吸附在粉体表面，起着一种劈裂作用，使微裂缝无法愈合，并且在外力作用下，加大裂缝或分裂成碎块，同时也能使无机矿物粉体表面带有亲水基，表现出亲水性，且水溶性亲水接枝剂是离子型，使颗粒表面具有同种电荷 ，相互排斥，促使了颗粒在液体中的分散。\n[0033] 上述一种水溶性矿物肥，其制备方法步骤（2）中，先将尿素,磷酸二氢铵与羧甲基淀粉混合，并粉碎，可使其羧甲基淀粉包覆在尿素和磷酸二氢铵表面，缓解尿素和磷酸二氢铵的水解和释放，提高尿素和磷酸二氢铵的利用率。\n[0034] 上述一种水溶性矿物肥，其制备方法步骤（4）中，所用的气流混合机为立式气流混合机，该立式气流混合机设有多个加料口，混合腔内四周均有气流管，压缩气流通过压缩管进入混合腔内，物料由加料口进入，在气流的带动下充分混合。\n[0035] 有益效果：\n[0036] 1、本发明以无机矿物粉体为主要原料，利用水溶性亲水接枝剂将亲水基团接枝在无机矿物粉体上，使无机矿物粉体表现出亲水性，达到溶解，无机矿物中含有的各种植物所需的大量元素和微量元素在水溶液中能快速释放，施用于农作物可促进植物生长，无机矿物适用于土壤中，可改善土壤结构，增加土壤结构的团粒度，促进植物对矿物质的吸收，提高农产品品质。\n[0037] 2、本发明将无机矿物超微细化，在此过程中利用亲水性表面活性剂，使无机粉体能快速溶解在水中，并在水中保持高度分散和稳定，可随水一起灌溉，不堵塞管道，施用范围更广泛，可适用于滴灌和喷灌。\n[0038] 3、本发明不易结块，保障了肥效，能使农作物增产，且原料易得，价格便宜，生产工艺流程简短，全程无污染，省水省肥，达到水肥一体化，且适合大规模生产。\n附图说明\n[0039] 图1为本发明的工艺流程图\n[0040] 本发明一种水溶性矿物肥及其制备方法，其突出特点在于：\n[0041] 1、本发明一种水溶性矿物肥，其中将无机矿物用超微细立式磨机细化至\n2000~3000目，增大了无机矿物粉体粒子的比表面积，能增大了与水的接触面积，能使其快速被水湿润，达到水溶的目的。\n[0042] 2、本发明利用水溶性亲水接枝剂，对无机矿物粉体进行亲水化处理，使无机矿物粉体表面覆盖亲水基团，能使无机矿物粉体分散在水中，且高分子化合物的加入，使分散体系更加稳定，无沉淀，久置无絮凝，随水灌溉，节水节肥。\n[0043] 3、本发明采用无机矿物材料为主要原料，无机矿物施入土壤中，不会使土壤板结，提高了植物对矿物元素的吸收和利用，且无机矿物中还含有植物所需才大量元素、微量元素和稀土元素，有益于农作物的产品品质。\n[0044] 4、本发明制备的整个流程工艺简短，工艺条件易控，无污染排放，原料易得，能耗低，适合工业生产。该水溶性矿物肥能适用于各种植物，喷灌、滴灌、喷施、淋施皆可。\n[0045] 具体实施案例\n[0046] 实施案例1. 一种水溶性矿物肥，其组分配比如下，均为重量份：\n[0047] A组分的原料组成及配比为：\n[0048] 钾长石20份，磷矿石30份，麦饭石10份，硅藻土5份，膨润土5份，羟乙基纤维素\n2份，\n[0049] B组分的原料组成及配比为：\n[0050] 尿素10份，磷酸二氢氨10份，羧甲基淀粉1份，生物固氮菌1份，N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）0.1份，双氰胺0.1份，\n[0051] C组分原料组成及配比为：聚天门冬氨酸0.8份，聚乙烯吡咯酮2份，干酪素2份。\n[0052] 制备方法如下：\n[0053] （1）、A组分的制备：将20份钾长石，30份磷矿石，10份麦饭石，5份硅藻土，5份膨润土在普通常用粉碎机中粉碎至200~300目，再加入2份水溶性亲水接枝剂充分混合，将混合后的物料送入超微细磨机中粉碎至2000~3000目，得到A组分待用；\n[0054] （2）、B组分的制备：将10份尿素,10份磷酸二氢钾与1份羧甲基淀粉在搅拌机中充分混合，搅拌时间15~30min,转速设定为100r/min~150r/min，混合后再加入1份生物固氮菌，0.5份脲酶抑制剂N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT），0.5份硝化抑制剂双氰胺充分混合\n15~30min，再将其粉碎至200~500目，得B组分，待用；\n[0055] （3）、C组分的制备：将0.8份聚天门冬氨酸，2份聚乙烯吡咯酮，2份干酪素加入到搅拌机中，充分混合20~30min，再粉碎至200~500目，得到C组分，待用；\n[0056] （4）、将步骤（1）所得的A组分、步骤（2）所得B组分和步骤（3）所得的C组分在气流混合机中充分混合，出料，包装，即可得一种水溶性矿物肥。\n[0057] 实施案例2. 如实施案例1所述，其不同的是各原料组分如下，均为重量份：\n[0058] A组分的原料组成及配比为：\n[0059] 钾长石15份，磷矿石30份，麦饭石10份，硅藻土5份，膨润土5份，羟乙基纤维素\n3份，\n[0060] B组分的原料组成及配比为：\n[0061] 尿素10份，磷酸二氢氨14份，羧甲基淀粉1份，生物固氮菌1份，N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）0.1份，双氰胺0.1份，\n[0062] C组分原料组成及配比为：聚天门冬氨酸0.8份，聚乙烯吡咯酮2份，干酪素2份。\n[0063] 实施案例3. 如实施案例1所述，其不同的是各原料组分如下，均为重量份：\n[0064] A组分的原料组成及配比为：\n[0065] 钾长石15份，磷矿石30份，麦饭石10份，硅藻土5份，膨润土5份，羟乙基纤维素\n2份，\n[0066] B组分的原料组成及配比为：\n[0067] 尿素10份，磷酸二氢氨15份，羧甲基淀粉1份，生物固氮菌1份，N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）0.1份，双氰胺0.1份，\n[0068] C组分原料组成及配比为：聚天门冬氨酸0.8份，聚乙烯吡咯酮2份，干酪素2份。\n[0069] 实施案例4. 如实施案例1所述，其不同的是各原料组分如下，均为重量份：\n[0070] A组分的原料组成及配比为：\n[0071] 钾长石15份，磷矿石30份，麦饭石10份，硅藻土5份，膨润土5份，羟乙基纤维素\n2份，\n[0072] B组分的原料组成及配比为：\n[0073] 尿素5份，磷酸二氢氨15份，羧甲基淀粉1份，生物固氮菌1份，N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）0.1份，双氰胺0.1份，\n[0074] C组分原料组成及配比为：聚天门冬氨酸0.8份，聚乙烯吡咯酮2份，干酪素2份。\n[0075] 实施案例5. 如实施案例1所述，其不同的是各原料组分如下，均为重量份：\n[0076] A组分的原料组成及配比为：\n[0077] 钾长石15份，磷矿石35份，麦饭石10份，硅藻土5份，膨润土5份，羟乙基纤维素\n3份，\n[0078] B组分的原料组成及配比为：\n[0079] 尿素5份，磷酸二氢氨15份，羧甲基淀粉1份，生物固氮菌1份，N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）0.1份，双氰胺0.1份，\n[0080] C组分原料组成及配比为：聚天门冬氨酸0.8份，聚乙烯吡咯酮2份，干酪素2份。\n[0081] 实施案例6. 如实施案例1所述，其不同的是各原料组分如下，均为重量份：\n[0082] A组分的原料组成及配比为：\n[0083] A组分的原料组成及配比为：\n[0084] 钾长石20份，磷矿石35份，麦饭石10份，硅藻土5份，膨润土5份，羟乙基纤维素\n2份，\n[0085] B组分的原料组成及配比为：\n[0086] 尿素5份，磷酸二氢氨10份，羧甲基淀粉1份，生物固氮菌1份，N-丁基硫代磷酰二胺（BTPT）0.1份，双氰胺0.1份，\n[0087] C组分原料组成及配比为：聚天门冬氨酸0.8份，聚乙烯吡咯酮2份，干酪素3份。\n[0088] 以上各实例中本发明指标与国家农业行业标准对比：\n[0089] \n[0090] 注：上述一种水溶性矿物肥各含量均能达到国家农业行业标准NY1107-2010《大量元素水溶肥》。