用于使尿素或基于尿素的化合物普遍可掺合的尿素钝化技术和钝化尿素新制品的制作方法
【专利说明】用于使尿素或基于尿素的化合物普遍可掺合的尿素钝化技术和纯化尿素新制品发明领域
[0001]本发明涉及尿素和基于尿素的化合物，以及它们在氮肥中的用途。
[0002]背景
尿素是现今世界上使用的主要氮肥。化学纯的尿素具有46.6%N的氮(表示为N)含量。通常可得和用作肥料的尿素通常非常纯并通常具有46%N的氮含量。因此尿素是具有最高浓度的氮的肥料，这是其普及的原因之一。
[0003]尿素可原样应用于单质氮施肥或与其它元素组合应用(例如其中将氮源和硫源组合的NS种类(grade)、其中将氮源和磷源组合的NP种类、其中将氮源和钾碱源组合的NK种类、将农作物所需的三种主要营养素组合的NPK等)。
[0004]这些不同元素可与尿素组合作为不同制品的物理掺合物或通过例如制粒、压实等一起混合/加工成均一的颗粒的制品。
[0005]基于尿素的制品的一些实例如下:
-NS制品例如UAS，其为尿素和硫酸铵的混合物，例如具有N含量40% N，
-以Ν/Ρ205/Κ20表示的NPK triple 19，其为尿素、DAP (磷酸二铵)和钾碱的氯化物(MOP)的组合物，
-等等。
[0006]常常将尿素和基于尿素的化合物与其它肥料掺合以调整配方从而提供带有植物生长所需的不同元素的均衡营养。掺合的主要优点当然是有可能用有限量的可得制品以非常灵活的方式产生针对需求调节的几乎无限量的种类。
[0007]然而，尿素和基于尿素的化合物的掺合有时因制品化学不相容所致是困难的或甚至是不可能的。参考由EFMA在2006年6月发表的详细记载和清楚的"肥料掺合材料的相容性指南(Guidance for the compatibility of fertilizer blending materials) 〃。
[0008]具体而言，周知在肥料中使用的尿素和基于尿素的化合物与硝酸铵和基于硝酸铵的制品(CAN、NPK等)不可掺合，也与过磷酸盐(单过磷酸盐(SSP)、三过磷酸盐(TSP)等)不可掺合。还已知尿素和基于尿素的化合物难以与硝酸钙掺合。
[0009]这些掺合不相容性或局限性具有不同原因。
[0010]当将基于尿素的制品与基于硝酸铵的化合物一起掺合时，该混合物会很快变湿并从周围吸收水分，使得自由流动的颗粒变为湿泥。即使避免了从环境空气吸收水分，该掺合物也会因从开始时存在的它自身的含水量而变湿。原因是尿素和硝酸铵形成特别吸湿的复盐。尿素和硝酸铵一接触，此复盐就形成并开始变成液体。在比最初的组分更吸湿的情况下，它会吸引来自其余掺合物的水分。形成的液相会溶解接触的制品，从而形成更多UAN复盐并增强该现象，其会进一步蔓延。
[0011]与例如过磷酸盐和硝酸钙的不相容作用是不相同的。许多盐例如过磷酸盐和硝酸钙含有一些结晶水。在这些盐存在的情况下，尿素具有形成复盐的普遍趋势，从而释放结晶水。因此，尿素和基于尿素的化合物与SSP/TSP和与硝酸钙的混合物也会具有变为泥浆状的趋势，不依赖于从周围获取水分。
[0012]如果这些制品非常干燥，那么它们有可能结合一些从与尿素形成的复盐中释放的水，使得该掺合物仍然可行。这是为什么在前面提及的EFMA的掺和指南中作出了关于硝酸钙和尿素的以下评论:相容性有限，必须完全避免水分获取，因此引用:〃在掺合期间考虑相对湿度〃的原因。
[0013]重要的是，注意到将UAS与硝酸钙掺和因UAN (尿素硝酸铵)的形成和随后的液相形成所致更加成问题。事实上，来自UAS的硫酸铵可与硝酸钙反应形成硝酸铵和硫酸钙，而硝酸铵如上所述与尿素形成非常吸湿的UAN复盐。
[0014](NH4)2SO4+ Ca (NO3) 2=>CaS04+ 2 NH4NO3
过去，已经开发了允许将尿素与例如TSP掺合的技术。它基于对组分两者或之一硫磺涂层。通常将尿素用约20%熔化的硫磺涂层，以生成将尿素与过磷酸盐隔离的坚实的屏障。相对的方法(即制备硫磺涂层的TSP以使其与尿素可掺合)为可行的。
[0015]这样的方法遭受明显的缺点，其在本发明中得到了克服。首先，这样的硫磺层如果十分紧密的话产生延迟释放效果，因为硫磺是不溶解于水的。这意指一种化合物一一尿素或TSP (取决于哪一种被硫磺涂层)会具有一定的延迟释放效果，其不一定为目的。此外，硫磺壳会在田地中保留很长时间，对施肥几乎不具有积极效果。为获得合适的硫磺涂层，通常需要施用20%的硫磺。如果较少，该涂层不够厚，会是有缺陷的，导致掺合物随时间降解。此涂层随后充当肥料的稀释剂，不带来另外的施肥价值。此外，硫磺与硝酸铵为不可相容的，因此这样的硫磺涂层技术无论如何都不可适用于含硝酸铵的掺合物。
[0016]基于不可溶解性涂层的相同原理，可提到将一些聚合物涂层的尿素与例如硝酸铵掺合的可能性。这样的聚合物涂层的尿素制品在例如北美市场上是可得的，参见例如在国际专利申请W02012/064730中描述的涂层。其被制备以获得对氮尿素的缓释效果。由于此缓释涂层，它可与多数其它制品掺合，但它的氮与其它营养素相比自然会延缓释放。此外，这样的聚合物涂层在其自身中不含施肥价值并将尿素的氮含量稀释几个百分点。
[0017]FR 2 686 861描述了涂层方法，其用通过固体封壳(capsule)密封颗粒化的肥料代替传统涂层。与传统涂层相比，它给肥料提供了更好的保护，更有效地保护肥料免于结团。所述涂层方法按如下实施:用呈无机碱形式的第一试剂例如氧化镁、氧化钙或氧化钡喷洒颗粒化的肥料，随后用第二试剂例如磷酸、硫酸、硝酸或柠檬酸的水性溶液喷洒颗粒化的肥料，所述第二试剂与第一试剂反应以形成金属盐的固体封壳。碱和酸的应用必须重复两次以形成固体封壳。根据此专利，避免酸和颗粒之间的接触以防止酸和颗粒形成淤浆。这样的涂层不可充分地附着于肥料核上并且会不适合掺合。
[0018]Goodale等人(美国专利号3，419，379)展示了用于硝酸铵(NH4N03)颗粒的涂层，其中首先将该颗粒用酸性过磷酸(H3P04)或发烟硫酸涂覆。随后将所述湿的颗粒与碱性材料例如NH3、MgO或CaO接触。酸与碱性材料的反应产物产生包绕颗粒的涂层，其防止它们结团并延缓它们与潮湿的土壤接触时的溶解。
[0019]W099/15480涉及用于对颗粒化的肥料如复合氮_、磷-和钾肥(NPK)、氮和钾类肥料(NK)、硝酸铵肥(AN)、硝酸钙肥(CN)或尿素涂层以减少在操作和储藏期间的粉尘形成和结团的方法。未提及任何物理掺合物。该方法包括应用无机酸例如磷酸、硫酸、硝酸或柠檬酸的水性溶液和无机碱例如氧化镁、氧化钙、氧化钡、白云石或两种或更多种的混合物。所述组合处理只进行一次以在颗粒肥料上形成含营养素的一种金属盐或多种金属盐混合物的壳。施用于颗粒化肥料上的所述酸和所述碱之间的比率(重量/重量)介于1.0-1.5之间。这种方法不会产生适合于制备肥料掺合物的涂层。
[0020]本发明克服了这些不同缺点例如延迟释放或在不引入施肥性质的情况下对营养素含量的稀释。此外，它的实施低廉，特别适合于掺合器。
[0021]发明目的
本发明的目的在于克服尿素和基于尿素的化合物的化学掺合不相容性并使尿素普遍可掺合。本发明的另一目的在于找出制备钝化的尿素和基于尿素的化合物的方法。第三个目的在于获得钝化尿素和硝酸铵的掺合物。另外的目的在于获得安全的硝酸铵肥料掺合物。
发明概要
[0022]本发明的目的通过下面描述的以及被随附权利要求限定的制品和方法达到。
[0023]发明详述
本发明涉及制备用于肥料掺合物的钝化尿素或基于尿素的化合物的方法，其中将所述尿素颗粒用无机酸处理，无机酸与尿素反应并生成抓持层(grasping layer)。随后将呈粉末形式的固体碱过量加入至颗粒以涂层酸化的颗粒表面。术语“钝化”用于表示尿素与不同化合物的掺合不相容性是在接触点上于颗粒表面发生的现象。尿素的表面通常是活泼的，因为可与其它化合物发生表面反应。我们的处理使得尿素表面不活泼(即钝化的)因而术语钝化。不必要的反应由于此钝化而被阻止。也选择术语钝化以坚持这样的事实:本发明并不仅仅是“涂层”或仅仅构筑第三种化合物的层，例如应用例如硫磺或聚合物的厚涂层。它真正地是关于进行表面反应；首先酸与尿素的表面反应为抓持层和随后酸与碱的表面反应。
[0024]颗粒优选用0.1-2.0重量％的酸和2-6重量％的碱处理。进一步的酸处理为优选的。无机酸可选自硫酸、磷酸或硝酸，固体碱选自MgO、白云石、菱镁矿、石灰石、方解石、白垩、氧化钙或氢氧化钙。其它优选的处理包括基于尿素颗粒的重量的0.2重量％的酸和3-5.5重量％的碱以及0.9-1.0重量％的酸和2.5-4.0重量％的固体碱。基于尿素的化合物选自尿素、UAS、NPK、NK、NP和带有微量营养素的尿素。可通过干燥或预热预处理尿素。通过涂层的后处理也是有可能的。
[0025]本发明也涉及包含钝化的尿素或基于尿素的化合物以及AN或基于AN的化合物、NS制品、过磷酸盐的一种或多种的肥料掺合物，并更通常包含钝化的尿素或基于尿素的化合物以及当直接接触时尿素易与其发生反应的先验(pr1ri)的大多数化合物的肥料掺合物。优选地，该掺合物包含尿素或基于尿素的化合物和基于硝酸铵的化合物。在必要时，所述硝酸铵化合物可包含能结合