专利名称：环境友好复合系列肥及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合肥及其制备方法，具体为一种环境友好复合系列肥及其制备方法技术。这种复合系列肥除了含有常规的氮磷钾元素外，还含有沸石、海泡石、活性添加剂和硝酸稀土等添加成分，是一种除常规复合肥具有的高效增产作用之外，还具有改良土壤，吸湿保墒，蓄水储肥，长效缓释等多种功能，对农业环境友好的复合系列肥，国际专利分类号拟为Int.C17C05G 3/00。
背景技术：
国内外市场现有化肥主要以氮肥、磷肥、钾肥为主，属于水溶性速效肥。这些肥料使用过程中普遍存在以下不足(1)肥料利用率低其因在于肥力释放快，作物没有充足的时间来吸收利用，因此肥料利用率低；对于氮肥，由于氮素极易挥发，其肥料利用率更低；(2)自然条件影响大在干旱少雨或没有灌溉条件下施肥，这种水溶性速效肥的肥效难以发挥；而当雨前、雨季或集中灌溉时施肥，土壤水分含量过高，这种水溶性速效肥又容易产生淋失，造成浪费；(3)施肥量难以把握当一次施肥量过高时，往往会引起烧苗，作物徒长或产生倒伏等现象；若施肥量过低，又不能满足作物整个生育期的需要；而分次追肥，不但要花费很多的劳力和财力，而且很多化肥不适合用作追肥，即使分次追肥也可能达不到预期效果。另外，从农业生态环境角度看，这些常规肥料施入农田后，仅有一部分被农作物吸收，其余则浪费掉。以氮肥为例，在一般情况下未被植物利用的氮肥超过50％，有的甚至达到80％，这样多的未被植物利用的氮化物绝大部分被农田排水和地表径流携带至地下水或地表水之中，造成水体富营养化，产生严重的污染环境问题。而另一方面，则是施肥效率低下，工时空耗，农时错失，资金大量浪费。
据中国科学院的分析资料(详见文献中国农业科技导报，1999，1)表明在世界几个农业大国中，中国单位面积上年平均化肥施用量是最高的，分别是俄罗斯、加拿大和美国的9.00、4.35和2.42倍，而平均每千克化肥的生产力又是最低的，分别是俄罗斯、加拿大和美国的22.7％、29.4％和26.7％。目前我国农业用水占总用水量的70％，而农业灌溉用水的利用率仅30～40％，不及世界上一些发达国家利用率的1/2，我国水资源短缺和水资源的浪费并存，因此发展我国的节水农业潜力很大，并具有重大战略意义。
中国专利文献CN 1320581A公开了一种电气石功能肥料及其制作方法。该专利将电气石10-50％、麦饭石25-60％、沸石10-50％、白云岩5-10、钾长石5-10％，方解石5-10％破碎混合后，在窑中烧制成砂粒状或小球状肥料。该专利提供了电气石的一种新用途，即能够清除土壤中的化肥及农药残留物、使水活化，改造土地酸性结构，增强土壤肥力，并可以促进植物生长，缩短植物生长周期，是一种无环境污染的环保肥料产品。但是，该肥料不含有氮磷钾等常规组分，肥力有限，应用也受到较大限制。另外，该肥料中电气石含量高达10～50％，成本较高，不适于规模农用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明主要解决的技术问题就是提供一种集高效增产、吸湿保墒，蓄水储肥，长效缓释、改良土壤等多种功能于一身的环境友好复合系列肥及其制备方法。
本发明解决所述复合系列肥产品技术问题的技术方案是设计一种环境友好复合系列肥，其质量百分比配方为沸石 5-25％；海泡石族矿石 2.0-15％；活性添加剂 0.5-5.0％；硝酸稀土 0.03-0.1％；传统肥 70-85％；其中，所述的沸石为斜发沸石、丝光沸石中的一种或两种的任意组合，平均粒径为0.5-45微米；活性添加剂为陶瓷超细粉，平均粒径为0.3-10微米；海泡石族矿石为海泡石、坡缕石、凹凸棒石中的一种或一种以上的任意组合，平均粒径为2-45微米；硝酸稀土为硝酸铈或含铈的混合硝酸稀土中的一种或多种任意组合，其中硝酸铈的含量不低于0.03％；传统肥为氮肥、磷肥、钾肥中的一种或一种以上的任意比例组合。
本发明解决所述复合系列肥产品制备方法技术问题的技术方案是设计一种环境友好复合系列肥的制备方法，包括(1)配制硝酸稀土水溶液首先按所述环境友好复合系列肥的配比称取硝酸稀土，然后用清水稀释成重量百分比为0.04-0.23％的硝酸稀土水溶液；(2)加料混拌造粒将所述环境友好复合系列肥配比的沸石、海泡石族矿石、活性添加剂依次边搅拌边加入到所配制的硝酸稀土水溶液中，充分混合搅拌均匀后，再加入所述的传统肥，充分搅拌混合均匀后，造粒，然后在80摄氏度以下烘干，即可以制成所述的环境友好复合系列肥。
与传统复合肥相比，本发明环境友好复合系列肥除含有氮磷钾等常规或传统肥料组分外，还含有沸石、海泡石、活性添加剂和硝酸稀土等功能添加组分。由于这些组分的适当组配，使得本发明环境友好复合系列肥在具有充足高效肥力的同时，又具有吸湿保墒，蓄水储肥，长效缓释、改良土壤等对农业生态和环境生态友好的功能。与所述的电气石复合肥相比，本发明复合系列肥首先富含氮磷钾等肥力组分，具有充足肥力；其次，本发明复合系列肥虽也使用了电气石，但其使用含量仅是配比0.5-5.0％的活性添加剂陶瓷超细粉中的3-15％，也即价格昂贵的电气石组分含量极少，与现有技术远不是一个数量级，因而产品成本大降，适于推广和规模农用。与现有技术复合肥的制备方法相比，本发明复合系列肥制备方法不需要入窑烧制，节省能源，有益环境，同时也工艺简单，成本也可进一步降低。实验表明施用本发明的环境友好复合系列肥后，农作物具有出苗率高，苗体健壮，长度增加，鲜重、干重及平均鲜、干重均可提高的特点(具体数据请参见实施例后的表2-9)，表现出良好的高效增产效果。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明环境友好复合系列肥及其制备方法作进一步叙述本发明设计的环境友好复合系列肥(以下简称复合系列肥)，其质量百分比配方为沸石 5-25％；海泡石族矿石 2.0-15％；活性添加剂 0.5-5.0％；硝酸稀土 0.03-0.1％；传统肥 70-85％；
其中，所述的沸石为斜发沸石、丝光沸石中的一种或两种的任意组合，平均粒径为0.5-45微米；活性添加剂为陶瓷超细粉，平均粒径为0.3-10微米；海泡石族矿石为海泡石、坡缕石、凹凸棒石中的一种或一种以上的任意组合，平均粒径为2-45微米；硝酸稀土为硝酸铈或含铈的混合硝酸稀土中的一种或多种任意组合，其中硝酸铈的含量不低于0.0 3％；传统肥为氮肥、磷肥、钾肥中的一种或一种以上的任意比例组合。
本发明复合系列肥所述的沸石为斜发沸石、丝光沸石中的一种或两种的任意组合，这主要考虑矿产资源的分布情况，不同沸石产区可以选择不同种类沸石作为复合肥原料，以便于生产，降低成本，更有利推广应用。沸石的平均粒径设计为0.5-45微米，主要考虑是，当平均粒径小于0.5微米时，沸石材料成本较高，而平均粒径大于45微米时，沸石分散均匀性过低，不能充分发挥其功能。这种设计也意味着在所选择范围外的沸石粒经同样适用于本发明。沸石是一种含水的钙、钠以及钡、钾的铝硅酸盐矿物。其具有独特的内部结构由硅氧四面体和替代的铝氧四面体为基本结构单元，硅氧四面体和铝氧四面体再逐级组成单元环、双元环、多元环和笼，构成主要为三维空间的架状构造的多面体结晶。沸石晶体内部存在着大量的排列有序、大小均匀、彼此贯通并与外界相连的孔穴和孔道(孔径一般0.3～1nm)。这些孔穴和孔道对沸石晶体的吸放水具有重要意义。沸石晶体格架中含水量的多少可随外界温度和湿度等变化而变化，但这并不影响其晶体的内部结构。所以当环境条件改变时，沸石水往往可以自由地排出或重新吸入，不影响或损坏沸石晶体结构。由于沸石这种特殊的结构，设计将其用于本发明复合系列肥中可有如下用途(1)改良土壤沸石具有良好的离子交换性和独特的多孔结构，能促进土壤的离子交换，提高土壤保持氮、钾和钙等养分的能力，对改良酸性土壤或碱性土壤都有明显效果；(2)吸湿保墒沸石在空气湿度很小的情况下，能极其有效地从空气中吸取水分，并能很好地保持水分在其孔道内而不会损失掉；在持续少雨期内，这种吸取外来水分以及保水的能力对作物生长十分有利，也有利于减少灌溉，节省用水；(3)蓄水储肥由于沸石的多孔结构，它可将肥料分子吸入自身孔内，起到蓄水保肥作用。因此施用本发明复合系列肥能够保证水肥不会损失或损失甚少，一方面可提高肥效，另一方面可避免对环境或水体的污染，对环境友好；(4)作肥料缓释剂沸石的特性能够使其在整个生长季节慢慢地释放植物所需营养元素，因此可作为肥料缓释剂，其作用和优点在于①增加植物吸收肥料的效率；②大幅缩小被淋滤、固定和分解等造成的肥力损失；③可避免肥料直接接触植物或籽苗而烧伤植物或损伤籽苗；④使肥料不挥发，去氨味，不刺鼻，不结块，使用方便；(5)综上，使用本发明复合系列肥可减少施肥量，降低使用成本，同时对农业和生态环境友好。
本发明复合系列肥所述的组分海泡石族矿石是一种稀有的粘土矿物，包括海泡石、坡缕石、凹凸棒石等。之所以选择其中的任何一种，或几种的任意组合，主要是考虑到矿物分布情况，以有利于就地取材，减少运输，降低成本，便于应用为原则。海泡石的标准晶体化学式为Si12O30Mg8(OH)4(H2O)4·8H2O。海泡石晶体结构为层链状，属21型，纤维棒石族，基本晶胞单元由十二个硅氧四面体，八个镁氧八面体组成，具有包括贯穿整个结构的沸石水通道和大的表面积，在通道和孔洞中可以吸附大量水和极性物质。海泡石族矿物的这种特殊结构决定了其具有很强的吸附性能，是一种优良的吸附剂。因此适当配用海泡石可使本发明产品具有优良的吸湿、蓄水、保肥性能。凹凸棒石和坡缕石都具有较高的比表面积和吸附性能，配置其适当的组分可使本发明产品具有良好的吸湿、蓄水、保肥性能。本发明复合系列肥可以将海泡石、坡缕石以及凹凸棒石粉体按任意比例混合使用。这一方面考虑到它们的性质和作用基本一致，另一方面考虑到资源的合理使用。选择海泡石族矿石的平均粒径为2～45微米，同样主要是考虑材料成本与肥料功效的协调性，平均粒径小于2微米时，材料成本较高，平均粒径大于45微米时，矿物材料的吸湿性、吸水性、长效缓释性等不能充分发挥，对提高肥效不利。这也说明本发明不受所选择海泡石族平均粒经范围的限制。
本发明复合系列肥所述的活性添加剂为陶瓷超细粉，商品名为多功能健康陶瓷材料超细粉，陶瓷超细粉主要含铁电气石、镁电气石、锂电气石、镁锂电气石中的一种或几种，以及稀土元素。其组成和制备方法详见发明人提交的另一件中国专利申请(CN 1392115A)。添加陶瓷超细粉主要考虑这种陶瓷材料具有活化水、净化水、辐射远红外线等健康功能。陶瓷超细粉平均粒径设计为0.3～10微米。这种粒经范围设计与沸石粒经范围设计一样，考虑到其成本和功效的权衡，也同样说明本发明不受所选择粒经范围的限制。电气石具有特殊的成矿方式和成分结构，它自身能发电，并产生负离子。经过测试，1cm3的电气石电压为5.3伏，电流为0.06毫安，并且粒径越小，表现带电性能越强，当粒径为0.2微米时，其电压可达100万伏。电气石还具有水解性、吸附和辐射性，能产生4～14微米波段的红外线。电气石中的含硼量高达6～10％，硼是植物生长素，它可以促进植物细胞膜的生长速度，对植物的生长起到加速作用。此外，电气石还有改善瓜果口感的功效。因此，电气石能够减少土壤中的化肥农药残留物，使水活化，改造土地酸性结构，增强土壤肥力，促进植物生长，缩短植物生长周期。将稀土与电气石复合制造的陶瓷超细粉具有比电气石单一组份更强的活性。本发明实施例的陶瓷超细粉由淄博博纳科技发展有限公司提供。
本发明复合系列肥所述的硝酸稀土为硝酸铈或含铈的混合硝酸稀土中的一种，其中硝酸铈的含量不低于0.03％。硝酸稀土具有促进植物种子发芽、调节种子微环境的作用。施用肥料中含有它，可以调节土壤中的细菌分布，从而减少烂种，提高发芽率。优先选择硝酸铈或含铈的混合硝酸稀土是因其具有更强的调节植物微循环、促进发芽的功效。这也意味着其他硝酸稀土可具有同样的作用，只是功效的程度大小的区别。为达到一定的功效，所述的硝酸稀土中硝酸铈的含量应不低于0.03％。但这并不意味着不可低于此值。
本发明复合系列肥所述的传统肥组分为氮肥、磷肥、钾肥中的一种或一种以上的任意组合，质量百分配比含量为70-85％。设计其比例不低于70％，是为了保证本发明复合系列肥具有充足肥力，有益于植物健康生长；而设计其比例不高于85％，是为了保证本发明复合系列肥具有所述的吸湿保墒，蓄水储肥，长效缓释、改良土壤等良好功能性，对农用和生态环境友好。
本发明之所以称为复合系列肥是考虑到不同土质的施用条件不同，因此有针对性地设计了复合氮肥、复合磷肥和复合钾肥，以及复合氮磷肥、复合磷钾肥、复合氮钾肥和复合氮磷钾肥等一系列环境友好复合肥。后三者中的每一种，因配方组分氮磷钾的含量比例不同，还可以制成小系列或不同规格的复合系列肥产品。这这种设计既考虑到生产的成本和便利，也考虑到施用的要求或需要，非常具有实际应用和推广价值，也进一步体现出本发明对实际施用农用环境友好的初衷。
据此，本发明可设计出环境友好复合系列肥之环境友好复合单效肥系列，包括复合氮肥、复合磷肥和复合钾肥。所述的环境友好复合氮肥，其特征在于所述的传统肥全部选用氮肥。所述的氮肥优选硫酸铵、氯化铵、尿素中的一种或几种的任意比例组合。
所述的环境友好复合磷肥，其特征在于所述的传统肥全部选用磷肥，所述的磷肥优选钙镁磷肥、过磷酸钙中的一种或两种的任意比例组合。
所述的环境友好复合钾肥，其特征在于所述的传统肥全部选用钾肥，所述的钾肥优选硫酸钾、氯化钾中的一种或两种的任意比例组合。
据此，本发明还可设计出环境友好复合系列肥之环境友好复合双效肥系列，包括复合氮磷肥、复合磷钾肥和复合氮钾肥，其特征在于所述的传统肥选用氮肥、磷肥、钾肥中的任意两种的任意比例组合。具体而言，所述的环境友好复合氮磷肥，特征是传统肥选用氮肥、磷肥两种肥料的任意比例组合；所述的环境友好复合磷钾肥，特征是传统肥选用钾肥、磷肥两种肥料的任意比例组合；所述的环境友好复合氮钾肥，特征是传统肥选用氮肥、钾肥两种肥料的任意比例组合。对于所述的氮肥优选硫酸铵、氯化铵、尿素中的一种或几种的任意比例组合；磷肥优选钙镁磷肥、过磷酸钙中的一种或两种的任意比例组合；钾肥优选硫酸钾、氯化钾中的一种或两种的任意比例组合。
同样据此，本发明还可进一步设计出环境友好复合系列肥之环境友好复合多效肥系列，其特征在于所述的传统肥选用氮肥、磷肥、钾肥三种肥料的任意比例组合。且所述的氮肥为硫酸铵、氯化铵、尿素中的一种或几种的任意比例组合；磷肥为钙镁磷肥、过磷酸钙中的一种或两种的任意比例组合；钾肥为硫酸钾、氯化钾中的一种或两种的任意比例组合。虽然本发明对所述氮磷钾肥种类作了优选，这主要是考虑其与沸石、海泡石等矿物材料添加组分的配伍性能，但这不意味着本发明使用其他种类的氮磷钾肥不可行。
本发明的环境友好复合系列肥的制备方法并不复杂，包括(1)配制硝酸稀土水溶液，即首先按环境友好复合系列肥所述配比称取硝酸稀土，然后用清水稀释成重量百分比为0.04-0.23％的硝酸稀土水溶液。设计硝酸稀土的最低浓度为0.04％，主要考虑低于此浓度时所需要的工艺水量较大，会给后续烘干带来困难，增加制造成本；设计硝酸稀土的最高浓度为0.23％，主要考虑高于此浓度时所需要的工艺水量太少，稀土元素不容易均匀分散在肥料中，会给后续造粒成型带来许多困难。(2)加料混拌造粒，即将环境友好复合系列肥所述配比的沸石、海泡石族矿石、活性添加剂依次边搅拌边加入到所配制的硝酸稀土水溶液中，充分混合搅拌均匀后，再加入所述的传统肥，充分搅拌混合均匀后，造粒，然后在80摄氏度以下烘干，即可以制成所述的环境友好复合系列肥。所述的在80摄氏度以下烘干，包括在室温或自然条件下的晾干或通风干燥。本发明环境友好复合系列肥的制备方法生产工艺简单，成本低廉，适用于农业规模应用，同时制造方法本身不用入窑烧制，节省能源，没有污染，也体现出对生产环境的友好。
下面给出本发明的具体实施例为清楚，实施例1-24以列表的形式给出，请参见表1
环境友好复合系列肥及制备方法实施例表表1
为了检查肥料的实际效果，本发明还做了实际盆栽对比实验。实验方法和结果如下实验方法是分别称取相等重量的上述实施例19-23(实验号规定为19-23)制备的复合系列肥和对比例24(实验号规定为24)的传统复合肥，施用它们进行盆栽对比试验。盆栽试验时，对比例24所取肥料重量与实施例19盆栽试验中氮磷钾肥总含量相同。盆栽实验所用植物为玉米、小麦和芸豆。试验方案为分别将所述的各个实施例复合肥以及传统肥用于三种作物，每个实施例做三组实验；其中每组施用的肥料质量相同；作物种子栽种数为玉米25粒，芸豆25粒，小麦50粒。
实验结果如下1.植株高度对比实验播种后第四周实验作物株高如表2所示播种后第四周实验作物株高表表2
从表2中可知，各个作物施用本复合肥后的最高、最矮苗长均比施用传统肥的作物长。
2.植株鲜、干重对比实验种子发芽后第七周，将各作物的植株齐根剪断，称量剪下的植株的鲜重、干重，再计算其平均鲜重和平均干重。玉米、芸豆和小麦植株鲜、干重对比情况分别如表3、4和5所示玉米植株鲜、干重对比情况表表3
芸豆植株鲜、干重对比情况表 表4
小麦植株鲜、干重对比情况表表5
从表3-5可看出，施用本发明实施例19～23复合系列肥的各作物的鲜重、干重以及平均鲜、干重均比施用传统复合肥的作物高，表明施用本发明复合系列肥的植株要比施用传统复合肥的健壮。
3.种子发芽率对比实验(1)实验作物种子种入后第三天各作物出芽情况如表6所示实验作物第三天出芽情况表表6
(2)实验作物种子种入后第四天各作物出芽情况如表7所示实验作物第四天出芽情况表表7
(3)实验作物种子种入后第七天各作物出芽情况如表8所示实验作物第七天出芽情况表表8
(4)实验各作物种子最终出芽情况参见表9实验各作物种子最终出芽情况表表9
从6-9各表的出苗情况可以看出，施用本发明实施例复合系列肥的各作物出苗数和出苗率一般高于施用传统复合肥。
权利要求
1.一种环境友好复合系列肥，其质量百分比配方为沸石5-25％；海泡石族矿石2.0-15％；活性添加剂 0.5-5.0％；硝酸稀土0.03-0.1％；传统肥 70-85％；其中，所述的沸石为斜发沸石、丝光沸石中的一种或两种的任意组合，平均粒径为0.5-45微米；活性添加剂为陶瓷超细粉，平均粒径为0.3-10微米；海泡石族矿石为海泡石、坡缕石、凹凸棒石中的一种或一种以上的任意组合，平均粒径为2-45微米；硝酸稀土为硝酸铈或含铈的混合硝酸稀土中的一种或多种任意组合，其中硝酸铈的含量不低于0.03％；传统肥为氮肥、磷肥、钾肥中的一种或一种以上的任意比例组合。
2.根据权利要求1所述的环境友好复合系列肥，其特征在于所述的传统肥为氮肥，且氮肥为硫酸铵、氯化铵、尿素中的一种或几种的任意比例组合。
3.根据权利要求1所述的环境友好复合系列肥，其特征在于所述的传统肥为磷肥，且磷肥为钙镁磷肥、过磷酸钙中的一种或两种的任意比例组合。
4.根据权利要求1所述的环境友好复合系列肥，其特征在于所述的传统肥为钾肥，且钾肥为硫酸钾、氯化钾中的一种或两种的任意比例组合。
5.根据权利要求1所述的环境友好复合系列肥，其特征在于所述的传统肥为氮肥、磷肥、钾肥中的任意两种的任意比例组合，且所述的氮肥为硫酸铵、氯化铵、尿素中的一种或几种的任意比例组合；磷肥为钙镁磷肥、过磷酸钙中的一种或两种的任意比例组合；钾肥为硫酸钾、氯化钾中的一种或两种的任意比例组合。
6.根据权利要求1所述的环境友好复合系列肥，其特征在于所述的传统肥为氮肥、磷肥、钾肥三种肥料的任意比例组合，且所述的氮肥为硫酸铵、氯化铵、尿素中的一种或几种的任意比例组合；磷肥为钙镁磷肥、过磷酸钙中的一种或两种的任意比例组合；钾肥为硫酸钾、氯化钾中的一种或两种的任意比例组合。
7.一种环境友好复合系列肥的制备方法，包括(1)配制硝酸稀土水溶液首先按权利要求1、2、3、4、5或6所述配比称取硝酸稀土，然后用清水稀释成重量百分比为0.04-0.23％的硝酸稀土水溶液；(2)加料混拌造粒将权利要求1、2、3、4、5或6所述配比的沸石、海泡石族矿石、活性添加剂依次边搅拌边加入到所配制的硝酸稀土水溶液中，充分混合搅拌均匀后，再加入所述的传统肥，充分搅拌混合均匀后，造粒，然后在80摄氏度以下烘干，即可以制成所述的环境友好复合系列肥。
全文摘要
本发明涉及一种复合肥，其质量百分比配方为沸石5－25％；海泡石族矿石2.0－15％；活性添加剂0.5－5.0％；硝酸稀土0.03－0.1％；传统肥70－85％；所述沸石为斜发沸石、丝光沸石中的一种或两种的任意组合，平均粒径0.5－45微米；活性添加剂为陶瓷超细粉，平均粒径0.3－10微米；海泡石族矿石为海泡石、坡缕石、凹凸棒石中的一种或一种以上的任意组合，平均粒径2－45微米；硝酸稀土为硝酸铈或含铈的混合硝酸稀土中的一种或多种任意组合，其中硝酸铈含量不低于0.03％；传统肥为氮肥、磷肥、钾肥中的一种或一种以上的任意组合。本发明制备方法是先配制0.04－0.23％的硝酸稀土水溶液；再按配比依次加料混拌均匀造粒烘干。本发明产品既具有高效肥力，又具有蓄水储肥，长效缓释，改良土壤等对农业生态环境友好功能。
文档编号C05G3/00GK1594233SQ20041001986
公开日2005年3月16日 申请日期2004年7月1日 优先权日2004年7月1日
发明者梁金生, 梁广川, 任宝山, 梁秀红, 李国胜, 韩改琴, 马步勋, 郭景春 申请人:河北工业大学, 山西省繁峙县磷达化工有限责任公司