一类新型缓控释肥及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型缓控释肥及其生产方法，属于农用化学品生产领域领域。其特征在于：使用富含木质素钾盐等碱性成膜物质的溶液与酸性成分腐植酸或/和磺化腐植酸或/和氨基酸及氮、磷等营养成分通过物料混合或面接触，实现酸碱中和、pH调节、离子交换和成膜成型，再通过烘干和筛选就可以生产出具有很好生物相容性和肥效及缓控释效果的高钾有机缓控释肥或有机-无机复混缓控释肥。成品具有肥效高、淋失慢、土壤中渗漏流失小，可显著提高作物产量，改善品质，恢复土壤生态，促进生物质的高附加值利用。
【专利说明】-类新型缓控释肥及其生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一类新型缓控释服及生产方法，属于农用化学品【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 栽培植物的营养源主要是各种服料和±壤，±壤为植物提供营养物质具有耗竭性 和非均衡性，难W维系现代农业栽培植物的营养需求。因此，服料类植物营养源成为调控植 物营养和优质高产的主要物质。氮、磯、钟和有机质是主要的服料类植物营养源，植物可从 自然界获取或/和由人工施加获得该些营养营养物质。服料不仅是最重要的植物营养源， 也是其他各种微生物、动物的直接或间接营养源，是生态食物链中不可缺少的重要基础物 质，是保证我国粮食和生态安全的战略物质。化学服料是我国农业生产中投入量最大的基 础物质，目前我国化服生产、施用量为全球的H分之一，居第一位。化服施入±壤后，由于 化服自身的性能和±壤环境条件等因素的制约，其当季作物的氮服利用率仅有30%左右， 钟服利用率仅有40%左右，磯服利用率仅有10%左右。不仅造成了化服的大量浪费，而且 还会给生态环境带来不良影响。过度的化服施用不但使±壤不堪重负、退化突显，环境质 量下降，而且造成资源过度消耗、经济成本巨大。2009年，我国耕地化服折纯用量为每公顷 444kg，远远超过了发达国家为防止水±污染而设置的每公顷225kg标准上线。服料资源浪 费严重，导致农业生产、加工、环保成本增加、效率降低、生态环境恶化。发展具有缓控释作 用的多功能营养源是提高养分利用率、减少化服污染、实现中国农林牧副渔全面、可持续发 展的重要措施。
[0003] 氮是作物、微生物生长的最重要的营养元素，也是合成蛋白质的基础物质。提高± 壤有机质的含量，采用缓释技术可W提高化学氮服利用率，将纤维、木质素等生物质资源开 发为缓释、保水、保服的多功能生态±壤改良剂及植物营养源，是值得鼓励的，可W更好促 进生态产业良性发展的研发方向。
[0004] 磯是最重要的生命物质，我国可W经济开采的磯矿储量只剩下37亿吨，仅占世界 总量的5. 8%，我国可经济开采的磯矿资源难W维持30年，由于磯服利用率低，W致大量磯 素累积于±壤中。因此，开发具有促进±壤磯素释放和磯素服料缓控效的新型服料，进而提 高磯服的利用率，充分利用±壤中大量富集的磯素，是解决我国磯服消费过大、磯矿枯竭的 有效途径。
[0005] 我国钟盐产量低，供需缺口大，钟盐的对外依存度高达70%。中国已成世界上最大 的钟盐进口国和钟盐消费国，年进口量超过700万吨，年消费已达1100万吨（W氯化钟实 物计），约占全球总消费量的20%。钟资源的缺乏致使我国钟服还不能自给。然而，全国每 年废弃的枯杆中至少含有700万吨W上钟。我国钟矿资源匿乏的局面将日趋严峻，因此，我 国必须更加重视枯杆、±壤和矿物、废弃物中钟资源的循环利用。
[0006] 有机服料是农业生产发展的基础，作物枯杆农田利用率也较低，一半W上的枯杆 被焚烧掉了，生活垃圾和污泥未经处理露天堆放或填埋，不仅浪费资源，而且成为环境污染 源。因此，急需充分利用生物有机质，改进有机服利用方式，提高有机服利用率，开发新型有 机服，实现生物质资源的循环利用。
[0007] 服料类植物营养源中，单一养分服料存在着施服繁杂、养分利用率低的问题，因而 目前农作物多采用复合或复配服料。为提高服料利用率，科学家上世纪走十年代开始研究 缓控释服料，希望能开发出养分释放适合植物营养需要、利用率高、对环境污染小的新型服 料。目前研发出的包裹型（服包服、硫包尿素等）、包膜型（树脂包衣等）、生化稳定型（添 加化学抑制剂）、化合型（脈甲酵）等产品，已可将服料利用率提高10%-30%，虽然有部分 应用，由于技术和经济性的双重制约很难推广。因为，包膜控释服料的生产成本比常规服料 高1?2倍，或3?5倍W上。而采用添加抑制剂的非包膜缓控释服料成本虽然增加不多， 但养分缓控释效果不稳定。其次是产业化问题，包膜服料生产工艺复杂，养分控制要求比较 高，产业化研究与开发还比较滞后；成膜材料为难W降解的聚帰姪，存在二次污染；现有缓 控释服料只是增长其释放周期的无机服，没能真正实现有机-无机服的有效融合，且其主 要侧重氮素养分，对磯钟等养分的控释研究较少。局限在W包膜控释服、特别是W控释氮服 为主，单一控释氮服其它元素利用率不高、农业应用受限，难W满足不同植物对多种养分的 平衡和发展名、特、优农产品施服技术的需要。
[0008] 综上所述，国内外控释服研究主要仅从化学服料理化特性和化学工业产品生产技 术（即改型）角度考虑问题，缺乏从服料的农业化学性状（特别是服料的养分组成结构）、 植物营养特点、±壤理化生化特性、生产工艺技术和成本综合考虑设计研制新型控释服料， 因而形成W包膜控释服为主，且W控释氮服为主的控释服料生产和应用研究的局面。有机 服因其自身服效较持久，有机质含量高，能改良±壤等特点，越来越受到重视。从总体看， 我国有机服产业技术水平比较薄弱，对有机服的利用还是停留在简单的发酵和直接还田层 面，造成了大量的养分流失，养分利用率比较低，且现有技术难W将有机废物资源化并开发 出附加值高的原材料，小作坊式的有机服生产企业往往忽视发酵过程，使产品难W实现无 害化，纯养分含量低，规格不齐，标识混乱，W致产品推广遇瓶颈，发展扩大困难。
[0009] 木质素、腐植酸、纤维素等优势大分子是十分丰富的有机资源，研究和分析表明， 将其用作新型服料载体是完全可行的。结合国内外服料研究及市场发展趋势，研发新型可 有效融合有机-无机营养组分，对环境友好，可W显著保水保服，具备保持和改善±壤胶体 性能，W优势生物大分子作为生物基材料，创制环境友好、经济高效、多功能的新型缓控释 服料是现代服料产业发展的重要方向，对于促进我国生态产业的可持续性发展，破解粮食、 环境等生存危机，实现最大程度的资源节约和生态循环具有重要的战略意义。
【发明内容】
[0010] 我们已经成功开发了清洁制浆新工艺，实现了非木材原料作为生物基材料的技术 突破，用少量氨氧化钟在温和条件下就可W生产高得率和高品质浆，溶解在制浆剩余液中 的主要成分大分子结构得到很好保留的木质素钟和可溶性纤维素、半纤维素及植物体中的 其它养分，是非常理想的生物营养液。
[0011] 新工艺制浆剩余液加酸可W沉淀出绝大部分木质素和其它高分子，分离得到的木 质素在高温下具有很好的粘结性能和一定的成膜性，但常温下难溶于水和有机溶剂，只溶 解于碱中，限制了其应用。由于通常的氮、磯、钟等服料成分都是中性和偏酸性，难与混入的 腐植酸、木质素进行反应和离子交换，未能实现营养成分间的有效融合。因此，缓控释和保 水效果并不明显。
[0012] 利用富含木质素钟等成膜物质的碱性制浆剩余液与酸性营养成分腐植酸或/和 賴化腐植酸或/和氨基酸及氮、磯等营养成分通过物料混合或面接触，利用腐植酸、纤维 素、半纤维素、氨基酸或其衍生物等生物基原料或材料的駿基、賴酸基或其它酸性基团进行 中和，不但可W调节抑值满足服料酸碱度要求，而且酸化析出的木质素及共沉淀或吸附的 其它成分可W立即吸附和粘结服料成分，通过中和反应和伴随的离子交换形成的腐植酸 钟、腐植酸馈、腐植酸磯酸盐或其衍生物賴化腐植酸、賴化木质素或纤维素硫酸醋等本来就 具有胶体、成膜特性，是来源最为丰富、广泛、价格便宜的兼具缓控释、保水、促进±壤胶体 形成、可有效抑制微生物对服料分解、增加±壤有机质含量、维持±壤微区生态等多重功 能。如果能够将喷水用喷黑液替代用圆盘或转鼓进行造粒，不但可能将制浆剩余液开发为 最有价值的服源，实现其商品化，而且有效破解了木质素和腐植酸由于自聚作用强难W在 服料中有效分散和融合的难题，可在线生成和调配出系列质优价廉的缓控释服料系列。
[0013] 我们首先将富含木质素钟盐的制浆剩余液作为液相剂和粘合剂同时添加到腐植 酸进行服料成粒，借助表面进行的中和反应可W得到主要由木质素和腐植酸钟形成的具有 多孔微胶囊和凝胶特性的结构，形成的服料中腐植酸具有服料颗粒，服料组分中的多种活 性基团赋予该种新型服料的多种功能，酸碱中和反应性、保水凝胶性、阴阳离子交换性、络 合性及较高的吸附能力，可W有效控制营养成分释放。该种反应成膜，多物质共同组膜的加 工过程，可W保证膜的大比表面积和合适的吸附、粘结性。使服料中的营养物质通过具有 较好通透性的膜层层包裹或通过腐植酸等进行离子交换，达到了很好的缓控释效果。利用 木质素的抑菌功能，被微生物分解慢的特性可W确保形成的膜不会很快被微生物破坏，可 巧妙实现缓释/控释服料的目的。造粒服料经过烘干后外形圆润光滑、水分少、强度高、有 机质含量高且不易粉化、适用范围广、无污染、服效好、养分释放期长、可显著提高农产品品 质，可W有效改善±壤生态，提高±壤服力。
[0014] 腐植酸可W作为本类新型缓控释服料的首选原料主要成分，原料可W是泥炭，其 腐植酸含量> 30%，有机质含量> 55%，或/和轻褐煤、氧化褐煤，其腐植酸含量> 40%， 巧、镇离子含量《3%，有机质含量> 40%，或/和风化煤，其腐植酸含量> 55%，巧、镇离子 含量《3%，有机质含量> 70%，或利用废弃生物质现场直接发酵得到的腐植酸原料。本发 明的新型缓控释服料系列的有效成分的含量可W根据需要进行配方调整，最高含量可W达 到30%或者更高。
[0015] 已经形成商品和取得很好效果的代表性服料产品成分含量为；馬0 > 8%?20% ; 有机质> 50% ;腐植酸> 30%。
[0016] 本发明提供了一类新型缓控释服的生产方法，其特征在于：将酸性营养成分，或/ 和氮、磯、钟等营养成分，或/和无机粉体辅助营养物质及赋形原料均匀混合后，再与液体 碱性成膜物料混合、造粒，同时实现酸碱中和、抑调节、离子交换和成膜成型，筛分制成新型 缓控释服成品。作为酸性营养成分，W具有很好生物相容性及粘结和成膜性能的天然生物 优势大分子一腐植酸、賴化腐植酸、木质素賴酸、纤维素硫酸醋、氨基酸酸性盐和磯酸或 酸性磯酸盐或其合理组合物为优选，W 60-200目、水分15% W下的粉状腐植酸原料一泥 炭或/和轻褐煤、氧化褐煤或/和风化煤为首选。作为液体碱性成膜物料，W具有很好生 物相容性及粘结和成膜性能的天然生物优势大分子为优选，W氨氧化钟法或氨氧化巧法制 浆得到的W木质素钟盐或木质素巧盐为主要成分的制浆剩余液或其浓缩物为首选，也包括 木质素及腐植酸、甲壳素及其衍生物的可溶性钟盐或巧盐，其中钟既包含制浆过程添加的 氨氧化钟带入的钟，又包括了植物体本身富含的钟。液体碱性成膜物料温度W 60-10(TC为 佳。造粒的方式可W为圆盘造粒、转鼓造粒、挤压造粒等，造粒过程中W碱性喷雾的形式替 代了传统方法中的喷水，W圆盘造粒为佳。作为液体碱性成膜物料首选的制浆剩余液可W 是W木材、竹子、稻草、玉米枯杆、小麦枯杆、芦韦等任何植物为原料。氮、磯、钟等营养成分 为尿素、硫酸馈、硫酸氨馈、硝酸馈、氨基酸及氨基酸-无机酸盐、氯化馈、磯酸一馈、磯酸二 馈、硫酸钟、氯化钟中的一种或多种混合的无机或有机营养成分；无机粉体辅助营养物质及 赋形原料为粉煤灰、黄磯渣、碳酸巧、石膏、高岭±、娃藻±等。本发明所述方法生产的新型 缓控释服可W是高钟有机缓控释服、有机-无机复混缓控释服，可W作为其它生物如微生 物、菌类动物的生物营养源。
[0017] 本发明的优点是：
[0018] 1、本发明借助清洁制浆新工艺的优势实现了钟资源的高效和循环利用，W植物残 骸和植物体纤维提取液形成的营养成分和木质素、半纤维素等天然大分子作为养料和生物 基材料，可W有效增加±壤中有机质的含量，恢复±壤生态，保障农业的可持续发展。
[0019] 2、本发明所提供缓控释服料的生产方法，不需添加可能形成二次污染的石油产品 作为"粘合剂"，来源广泛可W保证需要的木质素、腐植酸、纤维素等优势生物大分子或其衍 生物完全可W保证造粒质量和施用效果。
[0020] 3、本发明所提供的有机无机复混服，有机养分和无机养分可合理组配，充分融合， 有利于形成±壤团粒结构，增加保服和保水性能，显著提高服料利用率。
[0021] 4、本发明所提供缓控释服料生产工艺简单，设备投资少，可W利用现有设备。
[0022] 5、本发明制得的有机无机复混服总养分在15-30%之间，氮磯钟养分根据需求可 调节范围。
[0023] 6、本发明很好解决了制浆的工业污染严重，农村枯杆等生物质未能有效利用，化 服利用率低，污染严重，现有缓控释服价格高，装备投资大，二次污染无法解决、钟和磯资源 短缺等重大民生问题，可有力促进生态文明建设。
[0024] 开发的系列产品的服效和缓控释性能是卓越的，对多种植物的生长具有显著的增 产提质效果，特别是圆盘造粒复混服料在减少施服量的情况下，可W大幅提升蔬菜的品质， 表现出液体服料和挤压成型服料的施用效果。W下的具体实施例将有助于说明本发明的内 容和产品实用效果。
【专利附图】
【附图说明】
[00巧]附图1为生产流程简图。
[002引附图2为服料沈M图，多孔结构。
[0027] 附图3为服料沈M图，多孔结构。
【具体实施方式】
[0028] 实施例1 ;有机缓控释钟服的生产
[002引将泥炭1200kg破碎制成60-200目的粉状，水分保持在8-15 %，混合均匀后进入 圆盘或转鼓造粒机中。然后将波美度30-32,温度60-10(TC的制浆提余液体通过流量计控 制流出量0. 5-0. 6mVh，WO. 15-0. 5MPa的压力喷出雾化，喷淋在圆盘中转动的腐植酸表面。 经转动使颗粒逐渐变大。烘干、冷却筛分出直径Imm《d《2. 5mm和2. 5《d《5mm两种 规格的颗粒，包装作为产品。根据NY525-2012有机服标准，经测定产品含吃0 > 8%，有机 质> 45%，抑值6. 1。
[0030] 实施例2 ;高钟有机缓控释服的生产
[0031] 将泥炭IOOOkg破碎制成60-200目的粉状，水分保持在8-15%，混合均匀后进入圆 盘或转鼓造粒机中。然后将波美度30-32,温度8(TC的制浆提余液体通过流量计控制流出 量ImVh, W 0. 15-0. 5MPa的压力喷出雾化，喷淋在圆盘中转动的腐植酸表面。经转动使颗 粒逐渐变大。烘干、冷却筛分为直径Imm《d《2. 5mm和2. 5《d《5mm两种规格的颗粒， 包装作为产品。根据NY525-2012有机服标准，经测定产品含馬0 > 14%，有机质> 45%， 抑值8. 3。
[003引 实施例3 ;;元复混服
[0033] 将尿素20化g，磯酸一馈10化g，含馬0 > 8 %高钟有机服700kg破碎制成60-200 目的粉状，充分混合，揽拌均匀，普通方法造粒，干燥，包装得到有机无机复混服。根据 GB18877-2002有机-无机复混服服料国家标准，经测定产品含N > 10%，PsOg > 6%， 馬0 > 6%，有机质> 25%。
[0034] 实施例4 ;高浓度H元复混服
[00巧]将尿素27化g，磯酸一馈13化g，含馬0 > 14 %高钟有机服600kg破碎制成60-200 目的粉状，充分混合，揽拌均匀，造粒，干燥，包装得到有机无机复混服。根据GB18877-2002 有机-无机复混服服料国家标准，经测定产品含N > 14%，P2〇e > 8%，馬0 > 8%，有机质 >20%。
[0036] 实施例5 ;高浓度H元复混服
[0037] 在引风机的抽吸下，热风炉生产的35CTC热风进入干燥室。将200目的粉状泥炭 27化g，尿素26化g，磯酸一馈25化g加入到70化波美度30-32,温度60-10(TC的制浆提余液 配成原料液，由螺杆粟送至雾化器，原料液经雾化器高速旋转雾化成细小雾滴。雾滴与热空 气接触混合，水分与固体物分离，粉状物料由干燥室底部关风机排出，水蒸汽由引风机带出 系统外，在排出水蒸汽的气体中的粉尘由旋风分离器和水膜除尘器捕集。
[0038] 干燥室和旋风分离器排出的产品汇集于气力输送管路，在气力输送风机抽吸下， 产品由集中收粉旋风分离器收集卸入料仓，气力输送风机后的粉尘返旋风分离器。经测定 产品含 15%，口2〇5> 10%，K20> 10%，有机质>25%。
[003引 实施例6 :
[0040] 本发明的高钟有机服与氯化钟服料的作物试验对比：
[0041] 1、菜也施用高钟有机服服效试验
[0042] 菜也小区服效试验结果表明，每亩菜也在氮服和磯服相同的基础上，施用高钟有 机服75. Okg,亩产为953. 4kg，与等钟施用量的氯化钟服料比，亩增产90.化g，增产率为 10. 4%，单因子差异经生物统计检验达到极显著水平。
[0043] 表1施用高钟有机服对菜也产量的影响
[0044]
【权利要求】
1. 一类新型缓控释肥的生产方法，其特征在于：将酸性营养成分，或/和氮、磷、钾等营 养成分，或/和无机粉体辅助营养物质及赋形原料均匀混合后，再与液体碱性成膜物料混 合、造粒，同时实现酸碱中和、pH调节、离子交换和成膜成型，筛分制成新型缓控释肥成品。
2. 根据权利要求1所述的生产方法，作为酸性营养成分，以具有很好生物相容性及粘 结和成膜性能的天然生物优势大分子--腐植酸、磺化腐植酸、木质素磺酸、纤维素硫酸 酯、氨基酸酸性盐和磷酸或酸性磷酸盐或其合理组合物为优选，以60-200目、水分15%以 下的粉状腐植酸原料--泥炭或/和轻褐煤、氧化褐煤或/和风化煤为首选。
3. 根据权利要求1所述的生产方法，作为液体碱性成膜物料，以具有很好生物相容性 及粘结和成膜性能的天然生物优势大分子为优选，以氢氧化钾法或氢氧化钙法制浆得到的 以木质素钾盐或木质素钙盐为主要成分的制浆剩余液或其浓缩物为首选，也包括木质素及 腐植酸、甲壳素及其衍生物的可溶性钾盐或钙盐，其中钾既包含制浆过程添加的氢氧化钾 带入的钾，又包括了植物体本身富含的钾。
4. 根据权利要求1所述的生产方法，液体碱性成膜物料的温度以60-KKTC为佳。
5. 根据权利要求1所述的生产方法，造粒的方式可以为圆盘造粒、转鼓造粒、挤压造粒 等，造粒过程中以碱性喷雾的形式替代了传统方法中的喷水，以圆盘造粒为佳。
6. 根据权利要求3所述的制浆剩余液可以是以木材、竹子、稻草、玉米秸杆、小麦秸杆、 芦苇等任何植物为原料。
7. 根据权利要求1所述的生产方法，氮、磷、钾等营养成分为尿素、硫酸铵、硫酸氢铵、 硝酸铵、氨基酸及氨基酸-无机酸盐、氯化铵、磷酸一铵、磷酸二铵、硫酸钾、氯化钾中的一 种或多种混合的无机或有机营养成分；无机粉体辅助营养物质及赋形原料为粉煤灰、黄磷 渣、碳酸钙、石膏、高岭土、硅藻土等。
8. 根据权利要求书1的生产方法，新型缓控释肥可以是高钾有机缓控释肥、有机-无机 复混缓控释肥，可以作为其它生物如微生物、菌类动物的生物营养源。
【文档编号】C05G3/00GK104341217SQ201310315380
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月25日 优先权日:2013年7月25日
【发明者】孙瑞, 王正银, 尹应武, 张玉娟 申请人:北京英力生科新材料技术有限公司, 西南大学