本发明属于缓释肥料制备技术领域，涉及一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法。
背景技术
粮食作物的增产一直是农业领域的不懈追求，尤其是随着世界人口的急剧增加以及耕地面积的不断减少，农业增产更是刻不容缓。目前，粮食作物增收的主要措施为肥料的使用，我国作为化肥的生产大国，也是化肥使用大国，每年的化肥使用量超过7000万吨，利用率却不超过35％，超过4500万吨的化肥没有发挥应有的效果，不仅造成资源浪费，而且大量化肥流失到空气、水体、土壤中，导致土地盐碱化、水体富营养化、空气污染等问题，成为典型的污染源头。因此提高肥料的利用率，减少其使用量是当前的研究重点。
一般而言，大量化肥直接使用，能够被作物吸收利用的很少，而化肥缓释能够较好的解决这一问题，缓释肥料主要分为三类，包括难溶于水的化合物、包膜或涂层肥料以及载体缓释肥料，其中选择合适的包膜或载体对化肥利用率的提高至关重要。缓释肥料可以将内部的营养成分缓慢释放，使之具有长时间的效果，肥料颗粒的包膜或载体材料的选择、不同结构缓释肥料的制备等多有报道，具有很好的应用前景。
cn108191473a公开了一种颗粒肥料及其制备方法，该颗粒肥料为核-壳结构，内核包含有机肥，壳层由有机碳源组成，所述有机肥的含氮量≥2％，有机碳源将内核中的氮先进行微生物的固持作用，再对外转化进行供氮，进而实现对氮素释放的调控，但合适的有机碳源的选择较为困难，同时该发明对颗粒肥料的制备方法没有进行详细介绍。cn103880550a公开了一种利用空心陶瓷微珠包覆法制备缓释化肥的方法，该方法以煤矸石空心陶瓷微珠或粉煤灰空心陶瓷微珠、化肥和粘结剂为原料，空心陶瓷微珠通过粘结剂将化肥包覆，同理得到多层包覆结构，但该缓释化肥中空心陶瓷微珠作为包膜，稳定性较差，且化肥中营养元素的释放不易控制。
综上所述，缓释颗粒肥料的制备仍需要寻求简单快速、缓释速率稳定可控、原料无毒无害的方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述方法采用造粒装置，以常见的无机粉体为壳体原料，包覆在原料肥表面，制备得到核壳结构的颗粒肥料，所述颗粒肥料具有长效缓释功能，肥料的利用率高；所述方法简单易操作，无有毒有害原料，成本较低，绿色环保。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述制备方法包括：向造粒装置中加入原料肥颗粒，启动装置后加入无机配料粉体，搅拌处理，得到具有核壳结构的颗粒肥料。
本发明中，采用造粒装置在原料肥表面包覆无机配料粉体层，得到具有核壳结构的颗粒肥料，可以使肥料的养分缓慢释放，延长使用时间长，利用率大大提高，避免直接使用造成大量浪费，并降低对环境尤其是土壤造成的污染；所述方法简单易操作，可快速大量制备且成本较低，同时以固体废料为原料，有效降低其对环境的压力，是一种绿色环保的工艺方法，具有很好的应用前景。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述造粒装置包括圆盘造粒机和/或滚筒造粒机。
作为本发明优选的技术方案，所述原料肥包括化学肥料和/或有机肥料。
优选地，所述化学肥料包括氮肥、磷肥、钾肥或复合肥中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氮肥和磷肥的组合，磷肥和钾肥的组合，氮肥、钾肥和复合肥的组合等。
优选地，所述原料肥颗粒的粒径为0.5～20mm，例如0.5mm、1mm、2mm、5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm或20mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述无机配料粉体包括碳酸钙、硫酸钙、水泥粉体、铝土矿粉或碱渣中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：碳酸钙和硫酸钙的组合，水泥粉体和铝土矿粉的组合，碳酸钙、水泥粉体、碱渣的的组合等。
本发明中，无机配料粉体的选择一般采用天然或低成本无机物以及固体废弃物，不仅可节约成本，还可回收利用固体废弃物，具有良好的社会和经济效益。
优选地，所述无机配料粉体的粒径为0.01～500μm，例如0.01μm、0.1μm、0.5μm、1μm、5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm或500μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.01～200μm。
优选地，所述原料肥颗粒与无机配料粉体的质量比为(0.25～4):1，例如0.25:1、0.5:1、0.75:1、1:1、2:1、3:1或4:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，原料肥颗粒与无机配料粉体的质量比是影响肥料颗粒性能的重要因素之一，两者质量比在一定的优选范围内时，所得肥料颗粒会具有更好的性能。根据我国农业部现行的规定以及农作物和植物的生长营养需求规律，所得肥料颗粒中原料肥颗粒所占质量分数为20～80wt％时，肥料利用率高，流失率低，植物生长健康状况良好，可以获得化学肥料减量增效的结果。
作为本发明优选的技术方案，所述造粒装置的搅拌速率为20～40r/min，例如20r/min、24r/min、27r/min、30r/min、32r/min、35r/min、38r/min或40r/min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述搅拌处理的总时间为0.5～60min，例如0.5min、1min、5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述搅拌处理过程中，原料肥颗粒表面包裹无机配料粉体层，形成球状颗粒物。
优选地，所述搅拌处理过程中，向所述球状颗粒物上加入增强剂。
优选地，所述增强剂的加入方式为喷洒。
优选地，所述增强剂的加入次数至少为一次，例如一次、两次、三次或四次等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，增强剂喷洒的次数与原料肥和无机粉体加入的量的多少、原料肥粒径的大小等因素有关。
优选地，所述增强剂包括硅溶胶。
优选地，所述硅溶胶的质量浓度为1～45wt％，例如1wt％、5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％或45wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为30wt％。
优选地，所述硅溶胶使用前先用水稀释。
优选地，所述硅溶胶与水的质量比为1:(2～10)，例如1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7、1:8、1:9或1:10等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述增强剂加入后，再向所述球状颗粒物加入快干剂。
优选地，所述快干剂包括灰矿粉。
优选地，所述快干剂与增强剂加入的时间间隔为0.2～30min，例如0.2min、0.5min、1min、5min、10min、15min、20min、25min或30min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20min。
本发明中，将原料肥颗粒加入圆盘造粒机或滚筒造粒机中，启动装置后圆盘或滚筒匀速转动，在转动过程中加入无机粉体，颗粒态原料肥表面会形成一层粉体包裹的结构层，在持续滚动摩擦作用下呈现为球状结构态，然后在转动条件下，向球状颗粒物上喷洒增强剂，使无机粉体层与原料肥颗粒更好的结合，根据需要分批次喷洒，以调节粉体层的厚度；喷洒增强剂约20min后，将灰矿粉均匀撒在球状颗粒物上，持续滚动直至球状物表面均匀，有多余的灰矿粉出现在底端，放慢转动速度继续搅拌直至停止。
作为本发明优选的技术方案，所述搅拌处理后，进行筛分处理。
优选地，所述筛分处理在筛分机中进行。
优选地，所述筛分机的筛孔的孔径为0.2～2mm，例如0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm或2mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，筛分下来的颗粒物和粉体返回造粒装置循环使用。
作为本发明优选的技术方案，所述筛分处理前，先进行干燥处理。
优选地，所述干燥处理在鼓风干燥机内进行。
优选地，所述干燥处理的温度为60～105℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或105℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥处理的时间为30～60min，例如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)向造粒装置中加入原料肥颗粒，所述原料肥颗粒的粒径为0.5～20mm，启动装置后加入无机配料粉体，所述原料肥颗粒与无机配料粉体的质量比为(0.25～4):1，造粒装置的转动速率为20～40r/min，搅拌处理，形成球状颗粒物；
(2)在搅拌处理过程中，向步骤(1)得到的球状颗粒物上喷洒增强剂硅溶胶，经过0.2～30min后，再向所述球状颗粒物加入快干剂，然后进行干燥处理，所述干燥处理温度为60～105℃，干燥处理时间为30～60min，筛分处理，得到具有核壳结构的颗粒肥料。
另一方面，本发明提供了一种上述制备方法得到的具有核壳结构的颗粒肥料，所述颗粒肥料的粒径为1～50mm，例如1mm、3mm、5mm、8mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm或50mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用造粒装置在原料肥表面包覆无机配料粉体层，得到具有核壳结构的颗粒肥料，所得肥料颗粒具有长效、缓释功能，可维持时间长达180天以上，肥料的利用率可达到80％以上；
(2)本发明简单易操作，产品可快速大量制备且成本较低，原料无毒无害，绿色环保。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述制备方法包括：向造粒装置中加入原料肥颗粒，启动装置后加入无机配料粉体，搅拌处理，得到具有核壳结构的颗粒肥料。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)向圆盘造粒机中加尿素颗粒，所述尿素颗粒的粒径为1～2mm，启动装置后加入质量比为1:1的碳酸钙和硫酸钙混合粉体，所述尿素颗粒与碳酸钙和硫酸钙混合粉体的质量比为0.4:1，圆盘造粒机的圆盘转动速率为30r/min，搅拌处理，直至形成均匀的球状颗粒物；
(2)在搅拌处理过程中，向步骤(1)得到的球状颗粒物上喷洒用水稀释的硅溶胶，原硅溶胶质量浓度为30wt％，硅溶胶与稀释所用水质量比为1:2，经过20min后，再向所述球状颗粒物加入灰矿粉，直至有多余的灰矿粉出现在圆盘底端，然后进行干燥处理，所述干燥处理温度为105℃，干燥处理时间为30min，筛分处理，得到具有核壳结构的颗粒肥料，筛分下来的颗粒物和粉体返回圆盘造粒机循环使用。
本实施例中，所得具有核壳结构的颗粒肥料的粒径为5mm，所得肥料颗粒具有长效、缓释功能，施用于农作物时，其肥效可维持180天以上，利用率达到80％以上。
实施例2：
本实施例提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)向滚筒造粒机中加入磷酸二铵颗粒，所述磷酸二铵颗粒的粒径为7～8mm，启动装置后加入铝土矿粉，所述磷酸二铵颗粒与铝土矿粉的质量比为3:1，滚筒造粒机的滚筒转动速率为20r/min，搅拌处理，直至形成均匀的球状颗粒物；
(2)在搅拌处理过程中，向步骤(1)得到的球状颗粒物上喷洒用水稀释的硅溶胶，原硅溶胶质量浓度为20wt％，硅溶胶与稀释所用水质量比为1:6，经过10min后，再向所述球状颗粒物加入灰矿粉，有多余的灰矿粉出现在滚筒底端，然后进行干燥处理，所述干燥处理温度为80℃，干燥处理时间为50min，筛分处理，得到具有核壳结构的颗粒肥料，筛分下来的颗粒物和粉体返回滚筒造粒机循环使用。
本实施例中，所得具有核壳结构的颗粒肥料的粒径为10mm，所得肥料颗粒具有长效、缓释功能，施用于农作物时，其肥效可维持200天以上，利用率达到90％以上。
实施例3：
本实施例提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)向圆盘造粒机中加市场上销售的复合肥15-15-15颗粒，所述复合肥颗粒的粒径为15～16mm，启动装置后加入水泥粉体，所述复合肥颗粒与水泥粉体的质量比为1:1，圆盘造粒机的圆盘转动速率为40r/min，搅拌处理，直至形成均匀的球状颗粒物；
(2)在搅拌处理过程中，向步骤(1)得到的球状颗粒物上喷洒用水稀释的硅溶胶，原硅溶胶质量浓度为40wt％，硅溶胶与稀释所用水质量比为1:10，经过30min后，再向所述球状颗粒物加入灰矿粉，有多余的灰矿粉出现在圆盘底端，然后进行干燥处理，所述干燥处理温度为60℃，干燥处理时间为60min，筛分处理，得到具有核壳结构的颗粒肥料，筛分下来的颗粒物和粉体返回圆盘造粒机循环使用。
本实施例中，所得具有核壳结构的颗粒肥料的粒径为20mm，所得肥料颗粒具有长效、缓释功能，施用于农作物时，其肥效可维持185天以上，利用率达到85％以上。
实施例4：
本实施例提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述方法参照实施例1，区别仅在于：步骤(2)中不加入硅溶胶。
本实施例中，由于在核壳结构颗粒肥料的制备过程中未加入增强剂，无机粉体与肥料颗粒的结合性较弱，核壳结构的稳定性稍弱，在遇到撞击或长时间使用后，外壳容易破损，当施用于农作物时，其肥效维持时间降低为130天，利用率达到70％左右。
实施例5：
本实施例提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述方法参照实施例1，区别仅在于：步骤(1)中所述尿素颗粒与碳酸钙和硫酸钙混合粉体的质量比为0.2:1，即原料肥颗粒与无机配料粉体的质量比过小。
本实施例中，由于原料肥颗粒与无机配料粉体的质量比过小，形成的核壳结构颗粒中无机粉体壳的厚度过大，原料肥的养分不易释放，不能及时给作物提供必需的养分；同时，无机配料用量大，也会造成其极大浪费且难以处理。
实施例6：
本实施例提供了一种具有核壳结构的颗粒肥料的制备方法，所述方法参照实施例1，区别仅在于：步骤(1)中所述尿素颗粒与碳酸钙和硫酸钙混合粉体的质量比为5:1，即原料肥颗粒与无机配料粉体的质量比过大。
本实施例中，由于原料肥颗粒与无机配料粉体的质量比过大，可能会造成无机粉体壳无法完全包覆原料肥颗粒，或者因厚度太薄易破碎，养分的缓释作用大大降低，其肥效维持时间仅可达到80天左右，利用率降低为50％左右。
对比例1：
本对比例直接采用实施例1中的尿素颗粒，不进行核壳结构颗粒肥料的制备。
在与实施例1相同条件下，将其施用于农作物时，其肥效仅可维持40天左右，利用率只有38％左右。
综合上述实施例和对比例可以得出，本发明采用造粒装置在原料肥表面包覆无机配料粉体层，得到具有核壳结构的颗粒肥料，所得肥料颗粒具有长效、缓释功能，肥效维持时间可以达到180天以上，利用率高达80％以上；所述方法简单易操作，产品可快速大量制备且成本较低，原料无毒无害，绿色环保。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺方法，即不意味着本发明必须依赖上述工艺方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助原料的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。