缓慢释放的钾和硫肥料及其制造方法与流程

缓慢释放的钾和硫肥料及其制造方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年2月21日提交的且题为slow-release potassium and sulfur fertilizer and methods for making same的美国申请第62/979714号的优先权，该美国申请出于所有目的据此通过引用并入本文。就美利坚合众国而言，本技术根据35 u.s.c.
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119要求2020年2月21日提交的且题为slow-release potassium and sulfur fertilizer and methods for making same的美国申请第62/979714号的权益。
技术领域
3.本发明涉及用于植物的肥料。本发明的一些实施方案提供了为生长季节后期提供持续营养素来源的肥料。本发明的一些实施方案提供了用于制造颗粒状肥料的方法。
4.背景
5.氮(n)、磷(p)和钾(k)是植物生长和发育所需的主要营养素。例如，磷有助于将来自阳光的能量传递给植物，刺激早期根系和植物的生长，并且加速成熟。硫(s)是植物正常、健康生长所需的次级营养素之一。植物在生产蛋白质、氨基酸、酶和维生素的过程中使用硫。硫还参与植物的能量产生过程。植物分别吸收呈正磷酸盐(h2po
4-和hpo
42-)和硫酸盐(so
4-)形式的磷和硫。肥料提供呈可用形式的这样的营养素以供植物根据需要来吸收，以促进植物生长和发育。肥料可以另外包含其他活性材料，包括诸如镁(mg)和钙(ca)的常量营养素，诸如硼(b)、氯(cl)、铜(cu)、铁(fe)、锰(mn)、钼(mo)、锌(zn)和镍(ni)的微量营养素，杀虫剂，除草剂等。
6.许多肥料组合物的问题之一是，当肥料被施加至作物时，肥料的水溶性组分的级分作为营养素迅速地被植物吸收。未被吸收的水溶性组分迅速地渗透土壤，并且可能经由淋洗、径流或与土壤矿物质的化学结合而丢失。在生长季节后期剩下有限量的营养素。这是不合意的，因为一些作物(例如，玉米、油菜、小麦和大豆)和土壤条件需要在生长季节后期期间可用于吸收的持续的营养素源，以便使作物收率最大化。
7.在生长季节中，特别是进入季节后期，需要可以为植物供应持续的营养素源特别是磷和硫的肥料。
8.相关技术的前述实例和与其相关的限制意图是说明性的而非排他性的。在阅读说明书和研究附图后，相关技术的其他限制对于本领域技术人员来说将变得明显。
9.概述
10.结合系统、工具和方法来描述和说明以下实施方案及其方面，这些系统、工具和方法意指是示例性和说明性的，而不是限制范围。在多种实施方案中，上文描述的问题中的一个或更多个已经被减少或消除，而其他实施方案涉及其他改进。
11.本发明的一个方面提供了一种肥料，该肥料包括缓慢释放磷源和缓慢释放硫源。肥料以植物可用的形式缓慢地释放磷和硫。在一些实施方案中，缓慢释放磷源是鸟粪石(struvite)。在一些实施方案中，缓慢释放硫源是杂卤石。有效硫(available sulfur)与以五氧化二磷表示的有效磷酸盐(available phosphate)的比率可以在从约2％至约25％的
范围内。在一些实施方案中，有效硫与以五氧化二磷表示的有效磷酸盐的比率为约5％。在一些实施方案中，有效硫与以五氧化二磷表示的有效磷酸盐的比率不小于约2％且不大于约25％。肥料还可以包括快速释放磷源。快速释放磷源可以是水溶性的含磷材料，例如磷酸一铵(map)和/或磷酸二铵(dap)。可以被包括在肥料中的水溶性的含磷材料的其他实例包括磷酸、单过磷酸盐(ssp)、双过磷酸盐(dsp)、三过磷酸盐(tsp)和磷酸氢钙。肥料可以呈共颗粒状形式或共混形式。
12.在一些实施方案中，颗粒状肥料具有尺寸为至少sgn 60的颗粒。颗粒物可以包括具有约sgn 10或更小的尺寸的鸟粪石的颗粒和杂卤石的颗粒。
13.在一些实施方案中，肥料的鸟粪石含量在从按重量计约65％至约99％的范围内，并且肥料的杂卤石含量在从按重量计约35％至约1％的范围内。在一些实施方案中，肥料中含磷材料(例如，鸟粪石和水溶性的含磷材料)的含量在从按重量计约55％至约99％的范围内，并且杂卤石在从按重量计约1％至约45％的范围内。
14.在一些实施方案中：
15.·
肥料由颗粒物构成，该颗粒物包括缓慢释放磷源(例如，鸟粪石)和缓慢释放硫源(例如，杂卤石)；
16.·
肥料由颗粒物构成，该颗粒物包括缓慢释放磷源(例如，鸟粪石)和缓慢释放硫源(例如，杂卤石)以及快速释放磷源(例如，水溶性的含磷材料，诸如map或dap)；
17.·
肥料是包含缓慢释放硫源(例如，杂卤石)的颗粒物和其他包含磷的颗粒物的共混物。包含磷的颗粒物可以例如包括：缓慢释放磷源(例如，鸟粪石)和快速释放磷源(例如，水溶性的含磷材料，诸如map或dap)两者；和/或包含缓慢释放磷源的颗粒物和包含快速释放磷源的其他颗粒物；或者包含缓慢释放磷源的颗粒物；并且
18.·
肥料是包含缓慢释放硫源(例如，杂卤石)连同快速释放磷源的颗粒物，以及包含缓慢释放磷源(例如，鸟粪石)连同快速释放磷源(例如，水溶性的含磷材料，诸如map或dap)的其他颗粒物的共混物。
19.在一些实施方案中，肥料由颗粒物构成，其中缓慢释放硫源(例如，杂卤石)与缓慢释放磷源(例如，鸟粪石)和快速释放磷源中的一种或两种构成肥料中所有植物营养素的按重量计至少80％或90％或95％或98％。
20.本发明的其他方面提供了用于制造颗粒状肥料的方法。在一些实施方案中，方法涉及将原材料的混合物制粒。在一些实施方案中，原材料包括鸟粪石细粒(fine)和杂卤石细粒。在一些实施方案中，原材料包括鸟粪石细料、水溶性的含磷材料和杂卤石细料。在其他实施方案中，原材料包括氨、磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵和氧化镁中的一种或更多种以形成鸟粪石和水溶性的含磷材料。
21.在一些实施方案中，制粒步骤包括添加水和/或蒸汽和/或粘合剂以产生浆料，该浆料包括期望比例的鸟粪石、杂卤石和任选地水溶性的含磷材料。
22.除了上文描述的示例性方面和实施方案，通过参考附图和通过研究以下的详细描述，另外的方面和实施方案将变得明显。
23.附图简述
24.示例性的实施方案在附图的参考图中被图示出。意图在本文中公开的实施方案和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
25.图1a是图示出根据实施方案的肥料共混物10a的示意图。
26.图1b是图示出根据另一种实施方案的肥料共混物10b的示意图。
27.图2a是根据实施方案的肥料共颗粒物20a的放大视图。
28.图2b是根据另一种实施方案的肥料共颗粒物20b的放大视图。
29.图3是图示出用于制造肥料颗粒物的第一示例性方法的工艺图。
30.图4是图示出用于制造肥料颗粒物的第一示例性方法的工艺图。
31.描述
32.在整个以下描述中，具体的细节被阐述以便为本领域技术人员提供更完全的理解。然而，熟知的要素可能未被详细地示出或描述以避免不必要地模糊本公开内容。因此，说明书和附图应当以说明性的而不是限制性的角度被看待。
33.本发明的方面涉及一种在其被施加到作物之后缓慢释放磷和硫的肥料。肥料可以包括两种或更多种材料，所述两种或更多种材料包括至少一种缓慢释放磷源和至少一种缓慢释放硫源。缓慢释放磷源可以例如是鸟粪石。缓慢释放硫源可以例如是杂卤石。
[0034]“缓慢释放源”是一种在水中具有低溶解度的营养素源，允许包含在该来源中的营养素在延长的时间段内释放到植物或土壤。缓慢释放磷源的非限制性实例具有约170mg/l至180mg/l的在25℃时在水中的溶解度。缓慢释放硫源的非限制性实例具有约12g/l至30g/l的在25℃时在水中的溶解度。
[0035]“快速释放源”是一种在水中具有高溶解度的营养素源，允许包含在该来源中的营养素快速释放到植物或土壤。快速释放磷源的溶解度可以例如是在20℃在水中在从约300g/l至约6000g/l的范围内。
[0036]
鸟粪石具有式mgnh4po4·
6h2o，并且还被称为磷酸铵镁。鸟粪石可以作为废水加工的副产品获得。从废水中收获鸟粪石例如在美国专利第7,622,047号和第8,444,861号描述。鸟粪石包含按重量计约12％-13％的磷(或28％-29％的五氧化二磷，或通常被称为磷酸，p2o5)、5％的氮和9％-10％的镁。
[0037]
杂卤石是一种天然存在的蒸发岩矿物，具有式k2ca2mg(so4)4·
2h2o，包含按重量计约13.5％-14％的氧化钾(k2o)、18.8％-19.2％的硫、12.2％-15.4％的钙和3.3％-3.6％的镁。
[0038]
鸟粪石和杂卤石均在水中具有低的溶解度，允许鸟粪石和杂卤石以较低的速率释放磷和硫。鸟粪石和杂卤石的缓慢释放性质可以在整个生长季节中提供持续的磷源和硫源，并且特别是在可用于植物吸收的磷和硫的量通常有限时的季节后期提供持续的磷源和硫源。以较低的速率释放磷和硫的肥料还可以为植物吸收这些营养素提供更好的机会。改善的营养素吸收增加营养素利用效率并且减少需要施加于土壤的肥料的量，用于在生长季节中最佳的植物生长。肥料施加的减少的量和次数意味着可以使用更少的肥料，由于较少的施加，可以存在减少的土壤压实，并且可以使用更少的燃料或能量来施加肥料。所有这些都减少了对环境的影响。硫的延长的释放还具有降低硫淋洗的风险的环境益处。
[0039]
肥料组合物任选地另外包括快速释放磷源。快速释放磷源可以是衍生自合适的磷酸盐的水溶性的含磷材料，例如磷酸、单过磷酸盐(ssp)、双过磷酸盐(dsp)、三过磷酸盐(tsp)、磷酸一铵(map)、磷酸二铵(dap)、磷酸氢钙，或前述中一种或更多种的组合。水溶性的含磷材料可以与鸟粪石的颗粒混合，以产生缓慢释放的磷材料和快速释放的磷材料。在
一些实施方案中，鸟粪石与水溶性的含磷材料的重量比率为约20％至40％的鸟粪石比约60％至80％的水溶性的含磷材料。在一些实施方案中，鸟粪石与水溶性的含磷材料的重量比率为约25％至38％的鸟粪石比约62％至约75％的水溶性的含磷材料。提供缓慢释放的磷材料和快速释放的磷材料的组合物的实例和用于制造该组合物的示例性方法在wo 2014/198000(clark等人)中描述，其据此通过引用并入本文。
[0040]
其他营养素，诸如另外的氮源、钾源、硫源，或任何其他对植物生长或健康有用的营养素或微量营养素和/或其他活性材料，诸如杀虫剂、选择性除草剂及类似物，可以任选地被包含在肥料组合物中。
[0041]
在一些实施方案中，缓慢释放磷源在25℃时在水中的溶解度小于约100g/l、或小于约10g/l、或小于约1g/l。在一些实施方案中，快速释放磷源在20℃时在水中的溶解度大于约100g/l或大于约200g/l。在一些实施方案中，快速释放磷源在20℃时在水中的溶解度在从200g/l至8000g/l的范围内。
[0042]
在一些实施方案中，缓慢释放磷源导致在25℃时小于约100g/l、或小于约10g/l、或小于约1g/l的五氧化二磷溶解在水中。
[0043]
在一些实施方案中，快速释放磷源导致在20℃时大于约300g/l的五氧化二磷溶解在水中。在一些实施方案中，快速释放磷源导致在20℃时在从约300g/l至9000g/l的范围内的五氧化二磷溶解在水中。
[0044]
在一些实施方案中，缓慢释放硫源在25℃时在水中的溶解度小于约100g/l或小于约50g/l。
[0045]
在一些实施方案中，肥料组合物基本上由鸟粪石和杂卤石组成(即，组合物不包含显著影响其作为肥料的性能的其他材料)。在这些实施方案中，鸟粪石和杂卤石供应肥料为植物生长释放的所有营养素(即，营养素或微量营养素的另外来源不被包含在肥料组合物中)。
[0046]
在一些实施方案中，肥料组合物基本上由鸟粪石、快速释放磷源和杂卤石组成。快速释放磷源可以是水溶性的含磷材料，诸如磷酸一铵或磷酸二铵。这些实施方案可以在一种肥料中提供作物所需的氮、磷、钾、硫、镁和钙。
[0047]
在一些实施方案中，肥料组合物中的鸟粪石或缓慢释放和快速释放的磷材料(即，鸟粪石和水溶性的含磷材料的混合物)的量与杂卤石的含量相似(例如，在杂卤石的含量的按重量计5％内)。在一些实施方案中，鸟粪石或缓慢释放和快速释放的磷材料的量与杂卤石含量不同。例如，鸟粪石的含量或缓慢释放和快速释放的磷材料的含量可以高于杂卤石的含量。在一些实施方案中，含磷材料(组合的缓慢释放的含磷材料和快速释放的含磷材料，如果存在的话)的按重量计的量是杂卤石的量的约1.5倍至约50倍，包括其间的任何值，例如2倍、4倍、6倍、8倍、10倍、12倍、14倍、16倍、18倍、20倍、22倍、24倍、26倍、28倍、30倍、32倍、34倍、36倍、38倍、40倍、42倍、44倍、46倍、48倍等。鸟粪石或缓慢释放和快速释放的磷材料和杂卤石的相对量可以广泛地变化。在一些实施方案中，肥料中缓慢释放的含磷材料和快速释放的含磷材料中的每一种的按重量计的量超过肥料中杂卤石的按重量计的量至少3％。
[0048]
在一些实施方案中，有效硫(s)与以五氧化二磷(p2o5)表示的有效磷酸盐的重量比率在从约1％至约40％的范围内，包括其间的任何值，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、
9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％和39％。在一些实施方案中，硫与以五氧化二磷表示的磷酸盐的重量比率不小于约2％。在一些实施方案中，硫与以五氧化二磷表示的磷酸盐的重量比率不大于25％。在一些实施方案中，硫与以五氧化二磷表示的磷酸盐的重量比率为约5％。
[0049]
在肥料组合物包含鸟粪石和杂卤石的一些实施方案中，鸟粪石的含量可以在从按重量计约65％至约99％的范围内，包括其间的任何值，例如66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％和98％。在一些实施方案中，鸟粪石的含量在从按重量计约73％至约97％的范围内。在这些实施方案中，杂卤石的含量可以在从按重量计约1％至约35％的范围内，包括其间的任何值，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％和34％。在一些实施方案中，杂卤石的含量在从按重量计约3％至约27％的范围内。
[0050]
在肥料组合物包含缓慢释放和快速释放的磷材料和杂卤石两者的一些实施方案中，缓慢释放和快速释放的磷材料的组合的含量在从按重量计约55％至约99％的范围内，包括其间的任何值，例如56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％和98％。在一些实施方案中，缓慢释放和快速释放的磷材料的含量在从按重量计约64％至约96％的范围内。在这些实施方案中，杂卤石的含量可以在从按重量计约1％至约45％的范围内，包括其间的任何值，例如2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％和44％。在一些实施方案中，杂卤石的含量在从按重量计约4％至约36％的范围内。
[0051]
肥料可以呈共混的肥料的形式。共混的肥料通过机械混合两种或更多种颗粒状材料来产生。两种或更多种颗粒状材料在混合时可以保持为单独的颗粒物。图1a是根据示例性实施方案的示例性共混的肥料10a的示意图。共混的肥料10a包括鸟粪石12的小颗粒和杂卤石14的小颗粒。鸟粪石12的小颗粒和杂卤石14的小颗粒在施加之前被彻底混合，以确保植物从共混的肥料10a的一次施加中从鸟粪石和杂卤石两者中获得必要的营养素。
[0052]
图1b是根据另一种示例性实施方案的共混的肥料10b的示意图。共混的肥料10b包括颗粒物16和杂卤石14的颗粒。颗粒物16包括与水溶性的含磷材料22均匀混合的鸟粪石12的小颗粒。
[0053]
在一些实施方案中，鸟粪石12、杂卤石14和水溶性的含磷材料22(如果存在的话)的颗粒的尺寸相同或相似。在一些实施方案中，鸟粪石12、杂卤石14和水溶性的含磷材料22(如果存在的话)的颗粒具有不同的尺寸。优选的是鸟粪石12、杂卤石14和水溶性的含磷材料22(如果存在的话)的颗粒具有基本上相似的尺寸，以避免在共混的肥料10a、10b的分配、储存和施加期间的离析。
[0054]
在一些实施方案中，鸟粪石颗粒、杂卤石颗粒以及包含鸟粪石和水溶性的含磷材料的颗粒物的直径在从约0.1mm至约20mm的范围内，包括其间的任何值，例如0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm和20mm。
[0055]
在一些实施方案中，鸟粪石颗粒、杂卤石颗粒以及包含鸟粪石和水溶性的含磷材料的颗粒物的直径在1mm至6mm的范围内。在一些实施方案中，鸟粪石颗粒、杂卤石颗粒以及包含鸟粪石和水溶性的含磷材料的颗粒物的直径在2mm至4mm的范围内。在一些实施方案中，肥料中鸟粪石颗粒、杂卤石颗粒以及包含鸟粪石和水溶性的含磷材料的颗粒物中的每一种的至少70％(包括例如72％、74％、76％、78％、80％、82％、84％、86％、88％、90％、92％、94％、96％、98％)具有在约2mm至约4mm之间的直径。在一些实施方案中，鸟粪石颗粒、杂卤石颗粒以及包含鸟粪石和水溶性的含磷材料的颗粒物中的每一种的约90％具有在约2mm至约4mm之间的直径。
[0056]
在一些实施方案中，肥料是包括具有不同组成的至少两种不同类型的颗粒物的共混的肥料。不同的颗粒物可以被配置(例如，在尺寸、表面形态、密度、材料组成和/或粘合剂方面)，以便当施加到作物时将包含的营养素继续释放到土壤中持续基本上相同的时间量。
[0057]
肥料可以呈共颗粒的肥料的形式。共颗粒的肥料通过将两种或更多种材料组合以通过制粒形成均匀颗粒物来产生。图2a是示例性的肥料共颗粒物20a的放大横截面。共颗粒物20a包括与杂卤石14的小颗粒混合的鸟粪石12的小颗粒。图2b是示例性的肥料共颗粒物20b的放大横截面。共颗粒物20b包括杂卤石14、鸟粪石12和水溶性的含磷材料22的颗粒的混合物。鸟粪石12、杂卤石14(和图20b共颗粒物中的水溶性的含磷材料22)的颗粒可以均匀地分布在整个共颗粒物20a、20b中。
[0058]
共颗粒物20a、20b可以通过约1mm至6mm的直径来表征，包括其间的任何值，例如2mm、3mm、4mm和5mm。颗粒尺寸可以通过粒度指数(sgn)来描述。sgn是通过以毫米计的中值颗粒尺寸的直径乘以100给出的。例如，311的sgn对应于3.11mm的中值颗粒尺寸。共颗粒物20a、20b可以具有在约粒度指数(sgn)60至sgn 600或在约粒度指数(sgn)60至sgn 600之间的尺寸，包括其间的任何值，例如，80sgn、100sgn、120sgn、140sgn、160sgn、180sgn、200sgn、220sgn、240sgn、260sgn、280sgn、300sgn、320sgn、340sgn、360sgn、380sgn、400sgn、420sgn、440sgn、460sgn、480sgn、500sgn、520sgn、540sgn、560sgn和580sgn。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b具有在约100sgn至400sgn之间的尺寸。
[0059]
在一些实施方案中，共颗粒物20a或20b中的鸟粪石12、杂卤石14和水溶性的含磷材料22的颗粒优选地具有是共颗粒物20a、20b的特征尺寸的1/100或更小的特征尺寸，例如不超过约0.1mm(sgn 10或通过150目尺寸的筛网)，在一些实施方案中不超过约0.3mm(sgn 30或通过70目尺寸的筛网)，并且在其他实施方案中不超过约7.5μm(sgn 7.5或通过200目尺寸的筛网)。
[0060]
在一些实施方案中，如图2a所示的共颗粒物20a包括尺寸相同或相似的鸟粪石12和杂卤石14的颗粒。如图2a所示的共颗粒物20a具有不同尺寸的鸟粪石12和杂卤石14的颗粒。在图2b的一些实施方案中，鸟粪石12、水溶性的含磷材料22和杂卤石14的颗粒中的一个或更多个颗粒的尺寸相同或相似。在图2b的一些实施方案中，鸟粪石12、水溶性的含磷材料22和杂卤石14的颗粒中的一个或更多个颗粒具有不同的尺寸。
[0061]
在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的形状为球形或基本上球形的。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的形状为椭圆形或基本上椭圆形的。共颗粒物20a、20b可以具有角形状(即，具有一个或更多个尖锐角度的形状)，这可以由颗粒物在其生产期间的断裂和/或设定尺寸而产生。共颗粒物20a、20b可以具有其他形状。
[0062]
鸟粪石12和杂卤石14可以在共颗粒物20a中呈可区分的颗粒的形式。鸟粪石12、水溶性的含磷材料22和杂卤石14可以在共颗粒物20b中呈可区分的颗粒的形式。在一些实施方案中，共颗粒物20a呈鸟粪石12和杂卤石14的层的形式，并且共颗粒物20b呈鸟粪石12、水溶性的含磷材料22和杂卤石14的层的形式。共颗粒物20a、20b可以具有交替的材料层。
[0063]
鸟粪石12、水溶性的含磷材料22(如果存在的话)和杂卤石14可以呈基本上难以区分的颗粒的形式(即，共颗粒物的单独的组分无法容易地彼此区分)。包含鸟粪石12、杂卤石14和水溶性的含磷材料22(如果存在的话)的共颗粒物20a、20b可以被组合以形成基本上均匀的矿物质颗粒的混合物。在一些实施方案中，鸟粪石12、杂卤石14和水溶性的含磷材料22(如果存在的话)被组合，以在共颗粒物20a、20b内形成基本上均匀的矿物质颗粒的混合物。在这些实施方案中，鸟粪石12、杂卤石14和水溶性的含磷材料22可以呈在没有显微镜的情况下难以区分的非常小的颗粒的形式。
[0064]
共颗粒物20a、20b的尺寸可以是基本上均匀的。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的尺寸存在不均匀性。在一些实施方案中，肥料包括不同尺寸的共颗粒物20a、20b的混合物。在其他实施方案中，肥料包括具有鸟粪石12、杂卤石14和(当存在时)水溶性的含磷材料22的不同组成的共颗粒物20a、20b的混合物。在又其他实施方案中，肥料包括具有鸟粪石12、杂卤石14和(当存在时)水溶性的含磷材料22的不同分布的共颗粒物20a、20b的混合物。
[0065]
共颗粒物20a、20b可以任选地包括有助于将鸟粪石12和杂卤石14的颗粒或颗粒物16和杂卤石14结合在一起的粘合剂。在一些实施方案中，粘合剂是木质素磺酸钙。在一些实施方案中，粘合剂是淀粉。在一些实施方案中，粘合剂是糖蜜。在一些实施方案中，粘合剂是map。在一些实施方案中，粘合剂是反应形成的鸟粪石或反应形成的水溶性磷酸盐源，诸如磷酸一铵或磷酸二铵，它们通过使原材料或原材料的浆料在制粒过程中反应来形成。
[0066]
共颗粒物20a、20b还可以任选地包覆有包覆层。在一种实施方案中，包覆层是生物剂。在又其他实施方案中，包覆层包括促进植物生长的根际细菌，诸如根瘤菌、固氮菌、固氮螺菌和/或蓝藻细菌。在另外的实施方案中，包覆层包括可以增强植物生长的其他材料。在其他实施方案中，包覆层包括一种或更多种可以帮助磷的受控释放的材料，诸如热塑性塑料或聚合物。
[0067]
共颗粒物20a、20b可以包括一种或更多种另外的矿物质。一种或更多种另外的矿物质可以是与鸟粪石12或水溶性的含磷材料22密切相关的矿物质。一种或更多种另外的矿物质可以是在制粒过程期间用于产生共颗粒物20a、20b的原材料、在该过程期间形成的反应中间体或其他反应杂质。这样的矿物质的实例包括迪磷镁铵石、磷镁氢铵石、方镁石、无水钾镁矾、石膏及类似物。可以基于诸如原材料的来源和纯度、在制粒过程中使用的设备以及形成共颗粒物的条件(例如，ph、水分含量、温度、反应时间等)的因素来选择共颗粒物20a、20b中包含的另外的矿物质的量。
[0068]
在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b包含按重量计至少约25％至约30％的在制粒过程中形成的化学反应的产物。这些产物可以包括反应形成的鸟粪石源和/或反应形成
的水溶性的含磷的材料源，其由一种或更多种原材料诸如氨、磷酸、磷酸一铵、磷酸二铵、氧化镁及类似物的转化形成。这些产物可以充当提供共颗粒物20a、20b的结构完整性的水泥或粘合剂。
[0069]
压碎强度或硬度是用来表示破碎单个颗粒物所需的多大压力的度量。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的压碎强度大于约3lbs。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的压碎强度大于约5lbs。肥料颗粒物最佳地具有足够的结构强度，以承受储存、处理、运输和使用(例如，在农业土地上铺展开或铺展到农业土地中)，而不遭受实质性的破碎或磨损。肥料颗粒物的磨损程度(或抗磨损性)可以在制粒过程之后通过任何合适的磨损测试方法诸如ifdc-s107测试方法来评估。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的磨损程度小于约6％。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的磨损程度小于约4％。在一些实施方案中，共颗粒物20a、20b的磨损程度小于约2％。
[0070]
共颗粒物20a、20b可以通过用于产生肥料颗粒物的任何合适的工艺来制造。用于制造肥料共颗粒物20a、20b的非限制性的示例性工艺包括化学制粒、蒸汽/水制粒和通过压实的制粒。
[0071]
图3图示出了根据一种示例性的实施方案的工艺30。工艺30涉及化学制粒。在工艺30中，颗粒物可以通过累积形成。在工艺30中，原材料32例如通过在合适的磨机36中压碎或研磨被粉末化(除非原材料32已经是合适的小颗粒的形式)。原材料32可以包括鸟粪石细粒12、杂卤石细粒14和可溶性的含磷材料22。
[0072]
原材料32可以包括用于形成鸟粪石12和/或杂卤石14和/或可溶性的含磷材料22的无机化合物的组合。例如，在一些实施方案中，原材料32包括氧化镁(mgo)、氨(nh3)和磷酸(h3po4)以形成鸟粪石12。在其他实施方案中，原材料32包括氧化镁(mgo)和磷酸一铵(nh4h2po4)以形成鸟粪石12。
[0073]
在一些实施方案中，原材料32包括磷酸一铵(nh4h2po4)、磷酸二铵((nh4)2hpo4)、三过磷酸盐(还被称为磷酸一钙，具有化学式(cah4p2o8))或这些无机化合物中的两种或更多种的组合以形成可溶性的含磷材料22。原材料32可以呈任何合适的形式，例如，固体、气体、液体或浆料(即，半液体混合物)。
[0074]
原材料32被引入到制粒机34中。可以使用的合适的制粒机包括转鼓、圆盘制粒机、机械混合装置和辊压机/压实机。在一些实施方案中，原材料32在引入到制粒机34中之前被预混合。机械混合装置诸如搅拌机(未示出)可以用于预混合。在一些实施方案中，原材料32直接在制粒机34中混合。混合有利于原材料的均匀分布，通过使原材料彼此紧密接触促进形成鸟粪石和/或水溶性的含磷材料中的化学反应，并且帮助杂卤石颗粒封装或聚集成颗粒物。在一些实施方案中，一种或更多种原材料32作为浆料(即，一种或更多种原材料与水的混合物)或粘合剂材料被引入到制粒机34中。
[0075]
在一些实施方案中，将水和/或蒸汽38以足以使原材料形成期望量的鸟粪石并聚集成具有期望尺寸和性质的颗粒物的量引入到制粒机34中。水和/或蒸汽38可以通过例如使用喷雾机(spray)或喷雾器(sparger)的注射被引入到制粒机34中。在一些实施方案中，将足够量的水和/或蒸汽38添加到原材料32中，以形成颗粒物(由制粒机34输出的颗粒物)，其中过量的水分含量为约5％至约30％，包括其间的任何值，例如6％、8％、10％、12％、14％、16％、18％、20％、22％、24％、26％和28％。
[0076]
肥料颗粒物产物的特定组成取决于制粒过程的反应条件。非穷举性的反应条件包括1)温度，2)ph，3)水分含量，4)反应时间。例如，大于约60℃的操作温度可以限制鸟粪石的形成。鸟粪石的有限形成可以对颗粒物中水分含量的可控性具有影响。在一些实施方案中，制粒过程的操作温度保持在约50℃至65℃或低于约50℃至65℃，包括其间的任何值，例如51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃和64℃。制粒过程的反应条件还可以对化学反应的收率具有影响。例如，制粒过程的次优反应条件(例如，反应物未被完全转化为产物的不完全反应，或者两个或更多个反应同时发生，使得一些反应物被转化为不期望的副产物)可以降低反应收率，增加在制粒过程期间形成的杂质的量和/或类型。
[0077]
任选地，将粘合剂37添加到制粒机34中，以增强颗粒物强度和粘结性。化合物诸如木质素磺酸钙、淀粉、瓜尔胶、糖蜜粘合剂或类似物可以用于加速颗粒物产物的形成。
[0078]
由制粒机34输出的颗粒物在40处被干燥，以增强颗粒物强度，停止化学反应，并且减少颗粒物中的过量的水分含量。在一些实施方案中，干燥的颗粒物产物44中的过量的水分含量小于约5％，包括其间的任何值，例如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％和4.5％。在一些实施方案中，干燥的颗粒物产物44中的过量的水分含量小于约2％。在一些实施方案中，干燥的颗粒物产物44中的过量的水分含量小于约1％。
[0079]
干燥的颗粒物然后在42处被筛分，以产生产物尺寸的材料。尺寸超出期望范围(尺寸过大和/或尺寸过小)的颗粒物可以被返回到制粒机34。在一些实施方案中，尺寸过大和/或尺寸过小的颗粒物可以在返回到制粒机34之前被压碎或粉碎。
[0080]
任选地，将产物44在46处用包覆剂包覆，以减少灰尘形成并增强产物强度。合适的包覆剂的实例包括蜡、石油产品和聚合物。
[0081]
图4图示出了根据另一种示例性实施方案的工艺50，该工艺50通过蒸汽/水制粒产生肥料颗粒物。在工艺50中，原材料52例如通过在合适的磨机54中压碎或研磨被粉末化(除非原材料52已经是合适的小颗粒的形式)。原材料52可以是鸟粪石12、杂卤石14和可溶性的含磷材料22(如果此类存在的话)的细颗粒。粘合剂60(例如，map、木质素磺酸钙、淀粉或糖蜜等)可以被引入到制粒机58中以增强聚集。
[0082]
任选地，可以任选地包括一种或更多种液体的原材料在被进料到制粒机58中之前例如在搅拌机或类似装置(未示出)中预混合。原材料52还可以通过再循环路径被添加到制粒机58中(再循环路径可以携带例如再循环的干燥产物和/或压碎的尺寸过大的材料和/或尺寸过小的材料)。
[0083]
制粒机58可以包括，例如，转鼓、搅拌机或盘式制粒机。将蒸汽和/或水56和/或粘合剂60以足以使干燥的原材料聚集成具有期望的尺寸和性质的颗粒物的量被引入到制粒机58中。
[0084]
颗粒物在干燥器62中被干燥，并且在筛网64或其他尺寸选择器中筛分，以将产物尺寸的颗粒物与尺寸过大或尺寸过小的颗粒物分开。尺寸过大的颗粒物和尺寸过小的颗粒物可以被压碎并被再循环到制粒机58。如果需要，产物可以被包覆，以减少灰尘形成并增强产物强度。
[0085]
通过本文描述的任何方法产生的颗粒物可以具有如用于期望的应用的所需的鸟
粪石(按重量计1％至99％)、可溶性磷(按重量计0％至98％)和杂卤石(按重量计99％至1％)。在一些实施方案中，颗粒物包含在从按重量计约73％至约97％的范围内的鸟粪石和在从按重量计约27％至约3％的范围内的杂卤石。在一些实施方案中，颗粒物包含在从按重量计约64％至约96％的范围内的鸟粪石与可溶性磷酸盐的组合和在从约36％至约4％的范围内的杂卤石。
实施例
[0086]
表1至表6是示例性的肥料组合物。表格列出了肥料共混物中每种起始材料的相对量，来自起始材料和肥料共混物的氮、五氧化二磷、氧化钾、硫、钙和镁的可用量，以及每种示例性的组合物的有效硫与以五氧化二磷表示的有效磷酸盐的比率。表1至表3是示例性的肥料组合物，其中肥料共混物具有约25％的有效硫与以五氧化二磷表示的有效磷酸盐的比率。表4至表6是示例性的肥料组合物，其中肥料共混物具有约2％的有效硫与以五氧化二磷表示的有效磷酸盐的比率。
[0087]
示例性的组合物包括crystal green
tm
、crystal green synchro
tm
和crystal green synchro2中的一种作为磷源。crystal green
tm
是包含5％的氮、28％的以五氧化二磷表示的总磷酸盐和10％的镁的可商购的鸟粪石产品。crystal green synchro
tm
是包含按重量计38％的crystal green
tm
和62％的磷酸一铵的可商购的共颗粒产品。crystal green synchro2是包含按重量计25％的crystal green
tm
和75％的磷酸二铵的共颗粒产品。crystal green synchro
tm
和crystal green synchro2是包含鸟粪石和水溶性的含磷材料的缓慢释放和快速释放的磷材料。
[0088]
实施例1
[0089][0090]
实施例2
[0091][0092]
实施例3
[0093][0094]
实施例4
[0095][0096]
实施例5
[0097][0098]
实施例6
[0099][0100]
实施例7
[0101]
在加拿大曼尼托巴省portage la prairie的田地上研究包括缓慢和快速释放磷源以及缓慢释放硫源的颗粒状肥料的效果。四种不同的含磷肥料组合物相对于未处理的对照和种植物标准实践对照(grower standard practice control)进行了测试。四种含磷肥料组合物和种植物标准实践对照中的每一种都包含五氧化二磷。种植物标准实践对照完全由磷酸一铵(map)制成，因此100％的五氧化二磷来自磷酸一铵(map)。肥料处理#1(15/85b)是鸟粪石颗粒物和map颗粒物的共混物。肥料处理#1中包含的15％的五氧化二磷来自鸟粪石，并且85％的五氧化二磷来自map。肥料处理#2(25/75b)是鸟粪石颗粒物和map颗粒物的共混物。肥料处理#2中包含的25％的五氧化二磷来自鸟粪石，并且75％的五氧化二磷来自map。肥料处理#3(25/75s)是包含一起结合成颗粒物的鸟粪石和map的颗粒的共颗粒物。肥料处理#3中包含的25％的五氧化二磷来自鸟粪石，并且75％的五氧化二磷来自map。肥料处理#4(25/75stpo)是包含一起结合成颗粒物的鸟粪石、map和杂卤石的颗粒的共颗粒物，并且包含按重量计24％的鸟粪石、按重量计40％的map和按重量计36％的杂卤石。肥料处理#4中包含的25％的五氧化二磷来自鸟粪石，并且75％的五氧化二磷来自map。
[0102]
肥料处理#1-4和种植物标准实践对照中的每一个以30磅/英亩的五氧化二磷的速率被施加到油菜作物。对照和肥料处理中的每一个的总作物收率以及与对照相比的相对作物收率在下表7中图示出。总作物收率是基于四个测试地块的平均结果计算的。
[0103]
表7.
[0104]
处理总收率对照收率％map收率％无肥料(对照)33.1100n/a种植物标准实践(map)36.8111100％#1(15/85b)43.8132119％
#2(25/75b)34.310493％#3(25/75s)36.110998％#4(25/75stpo)37.4113102％
[0105]
术语的解释
[0106]
除非上下文另外清楚地要求，否则在整个说明书和权利要求书中：
[0107]
·“包含(comprise)”、“包含(comprising)”及类似术语应当以包括的意义被解释，与排他性的或详尽的含义相反；也就是说，以“包括但不限于”的意义；
[0108]
·“连接”、“耦接”或其任何变型，意指两个或更多个元件之间直接或间接的任何连接或耦接；元件之间的耦接或连接可以是物理的、逻辑的或其组合；整体形成的元件可以被认为是连接或耦接的；
[0109]
·“本文”、上文”、“下文”以及类似含义的词语在用于描述本说明书时，应当是指整个本说明书，而不是指本说明书的任何特定部分；
[0110]
·
关于两个或更多个项目的清单的“或”覆盖该词语的所有以下的解释：清单中的任何项目、清单中的所有项目以及清单中的项目的任何组合；
[0111]
·
单数形式“一(a)”、“一(an)”、和“该(the)”还包括任何适当复数形式的含义。
[0112]
在本说明书和任何随附的权利要求中使用的指示方向的词语诸如“竖直”、“横向”、“水平”、“向上”、“向下”、“向前”、“向后”、“向内”、“向外”、“垂直”、“横向”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“低于(below)”、“在......上面”、“在......下面(under)”及类似术语(在存在时)取决于所描述和图示的设备的具体方向。本文描述的主题可以采取各种可选择的方向。因此，这些方向性术语不是被严格定义的并且不应当被狭义地解释。
[0113]
为了说明的目的，本文已经描述了系统、方法和设备的具体实例。这些仅是实例。本文提供的技术可以被应用于除了上文描述的示例性系统以外的系统。许多改变、修改、添加、省略和置换在本发明的实践中是可能的。本发明包括对熟练的阅读者(skilled addressee)来说将是明显的所描述的实施方案的变化，包括通过以下获得的变化：用等同的特征、元件和/或动作替换特征、元件和/或动作；将来自不同实施方案的特征、元件和/或动作混合和匹配；将来自如本文描述的实施方案的特征、元件和/或动作与其他技术的特征、元件和/或动作组合；和/或省略来自所描述的实施方案的组合的特征、元件和/或动作。
[0114]
因此，意图将下面所附的权利要求和此后引入的权利要求解释为包括如可以合理地被推论出的所有这样的修改、置换、添加、省略和子组合。权利要求的范围不应当受到实例中阐述的优选实施方案的限制，而是应当被给予与整个说明书一致的最宽泛的解释。
[0115]
多种特征在本文中被描述为存在于“一些实施方案”中。这样的特征不是强制性的，并且可能不存在于所有实施方案中。本发明的实施方案可以包括这样的特征中的零个、任何一个或者两个或更多个的任何组合。这仅限于这样的特征中的某些特征与这样的特征中的其他特征不相容的程度，在这种意义上，本领域普通技术人员将不可能构造组合这样的不相容特征的实际实施方案。因此，“一些实施方案”具有特征a并且“一些实施方案”具有特征b的描述应当被解释为明确指示，即使特征a和特征b在本说明书的不同句子、不同段落、不同部分和/或参考不同附图被描述，发明人还预期组合特征a和特征b的实施方案(除非说明书另有说明或特征a和特征b根本不相容)。
[0116]
虽然上文讨论了许多示例性的方面和实施方案，但本领域技术人员将认识到某些
修改、置换、添加及其子组合。
[0117]
虽然上文已讨论了许多示例性的方面和实施方案，但本领域技术人员将认识到某些修改、置换、添加及其子组合。因此，意图以下所附的权利要求书和下文引入的权利要求被解释为包括所有这样的修改、置换、添加和子组合，因为在其真实精神和范围内。
[0118]
应当强调，本发明涉及以上特征的所有组合，即使这些特征在不同的权利要求中被叙述。