一种磷钾硅钙多元素微孔矿物肥的生产方法与流程

1.本发明属于矿物肥料生产领域，具体地说，涉及一种磷钾硅钙多元素微孔矿物肥的生产方法。


背景技术：

2.化学肥料对现代农业的生产发展和保障人类粮食安全奠定了物质基础，然而化肥的低利用率和由此带来的高环境风险一直是困扰全球的重大问题。因此，世界各国都在积极探索开发非传统矿物肥料、提高肥料利用率、遏止环境污染的方法和途径。尤其是对非传统矿物肥料的研究与开发，已经成为当前的热点。
3.所谓非传统矿物肥料是指除磷、硫、钾等传统的矿物肥料外，经简单机械加工后，可直接用作肥料、土壤改良剂和添加剂等的矿物肥料资源。由于它们分布广、种类多、开采方便、工艺简单、成本低，因而开发潜力大。日益受到人们的重视，其消费量也渐增加。许多国家都加强了对农牧业用矿产资源的开发利用。特别是美、日等国家近年来在农牧业各方面进行了大量的试验。据报道，目前正在开发利用或引起注意的非传统矿物肥料有几十种。例如沸石、海绿石、含钾岩石、海泡石、膨润土、蛭石、皂石、碳磷质岩石、硅藻土、珍珠岩、碳酸盐岩等。已形成以矿肥、土壤改良剂、作物生长调节剂和载体等为主的品种繁多的系列产品，为促进农业发展提供了重要的物质条件。
4.cn101544518公开了一种用钾长石、石灰石和磷石膏生产钾钙肥的方法，该方法将钾长石、石灰石、磷石膏按一定质量比混合，经粉磨、制球或制块后在回转窑、立窑或隧道窑内焙烧，烧结熟料粉碎包装为钾钙肥产品。该方法得到的钾钙肥含有的养分较其它专利发明的钾钙肥种类多，含有中量元素硫，但是不含有重要元素磷，不能满足农作物对施用肥料养分磷的需求。
5.cn103086779a公开了一种用磷矿尾矿或低品位磷矿高炉法生产碱性肥料的方法，将磷矿尾矿或低品位磷矿与不溶性含钾岩石按质量比1：0.4～0.9混合，再加入占磷矿尾矿或低品位磷矿与不溶性含钾岩石总量4～10％的焦炭或者无烟煤和焦炭的混合物，混合物料粉磨，加水制成料块；然后将料块放入高炉内，1000～1200℃温度下焙烧30～150分钟，制得的烧结熟料进行水淬，水淬后的烧结熟料经沥水、干燥、破碎和粉磨制得碱性肥料。该发明工艺简单，可操作性强。但是该方法中烧结熟料需要用大量的水进行水淬，水淬后又要将烧结熟料进行烘干，既浪费水资源，又耗费大量能源。
6.cn104844302a公开了一种利用水热化学法生产磷钾硅钙多元素微孔矿物肥(土壤调理剂)的方法，该方法包括：将研细的富钾岩石、石灰、磷矿粉按38.5％-52.25％：31.5％-42.75％：30％-5％的质量百分比加水搅拌混匀，其中水固比为1：1-3：1。然后将浆料转移至反应釜中于160-250℃的饱和蒸汽压下反应8h-24h，自然冷却至室温。将反应后的产物烘干、粉碎，即可得到磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。但是，该方法得到的微孔矿物肥的孔隙结构不佳，对土壤性质改良的效果有限。
7.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种磷钾硅钙多元素微孔矿物肥的生产方法。采用本发明方法制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥不仅含有磷、钾、硅、钙、镁等成分，有效成分全面，而且还具有多孔结构和较大的比表面积，能够有效提高土壤有效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁的含量，改善土壤的性质。
9.为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
10.一种磷钾硅钙多元素微孔矿物肥的生产方法，其中，所述的生产方法包括如下步骤：
11.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
12.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，得到焙烧熟料；
13.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至酸溶液中，反应；
14.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
15.5)将海绿石粉碎、焙烧，得到海绿石熟矿粉；
16.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
17.本发明所提供的方法中，以磷矿尾矿和钾长石为原料，其中磷矿尾矿中的主要成分为camg(co3)2和ca5f(po4)3，在高温下其主要成分camg(co3)2分解得到cao，得到的cao与钾长石反应，使不溶性含钾岩石中的不溶性钾转变为水溶性钾而能够被作物吸收。而磷矿尾矿中的主要成分ca5f(po4)3则与钾长石中的sio2在焙烧提供的热量下形成一种硅酸盐玻璃网络，使熔体中的po
43-在冷却过程中冻结在磷酸盐网络中，进一步浸入酸溶液中溶出，被农作物吸收利用。同时，添加的木质素磺酸钠则作为一种助剂，促进了肥料多孔结构的形成。最后，再添加海绿石熟矿粉，由于海绿石中含有较多的氧化钾、氧化铁、氧化镁和一些微量元素，在农业上可作为钾肥、钾-磷肥和微量元素肥料施用，海绿石还可增强作物抗病虫害的能力，因此，添加的海绿石进一步增强了肥料的作用。
18.本发明的主要反应如下：
19.camg(co3)2→
cao+mgo+2co2↑
20.k2o
·
al2o3·
6sio2+6cao
→
6(cao
·
sio2)+k2o
·
al2o321.同时，本发明的方法中，采用在微波反应装置内焙烧，钾长石和磷矿尾矿粉末由内到外受到不同程度的加热，表面变化明显，使得在反应中两者的接触面积变大，反应进行更为彻底，而在微波焙烧过程中，各物质对微波的吸收存在差异而被选择性的加热，吸热速率的不同使得不同成分之间出现局部差异，使反应物内部和表面都发生不同程度的改变，进一步促进了肥料多孔结构的形成。
22.钙、镁元素是植物生长的必要营养物质，被界定为中微量元素，对植物生长发育过程起着重要的影响。试验表明，采用本发明方法制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥具有多孔结构和较大的比表面积。而比表面积增加，机械能转化为化学内能，增加了元素的溶出率，施入土壤后，增加土壤的交换钙镁含量，从而提升土壤阳离子交换量，降低酸性土壤对植物的酸性毒害。
23.进一步地，步骤2)中，所述的磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠的质量比
为100：20～40：5～15。
24.进一步地，步骤2)中，所述的焙烧温度为1000～1200℃，焙烧时间为30～60min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为400～600w。
25.优选地，步骤2)中，所述的焙烧温度为1100～1200℃，焙烧时间为30～40min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为500w。
26.进一步地，步骤3)中，所述的酸为磷酸。
27.进一步地，所述的酸的浓度为1～3mol/l。
28.进一步地，步骤3)中，焙烧熟料加至酸溶液中时，固液比为1：4～10，优选固液比为1：6～10。
29.进一步地，步骤3)中，所述反应的反应温度为140～160℃，反应时间为1～3h。
30.优选地，步骤3)中，所述反应的反应温度为150℃，反应时间为2h。
31.进一步地，步骤5)中，所述焙烧的焙烧温度为500～750℃，焙烧时间为30～40min。
32.进一步地，步骤6)中，混合粉末与海绿石熟矿粉的质量比为2～3：1。
33.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
34.采用本发明方法制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥不仅含有磷、钾、硅、钙、镁等成分，有效成分全面，而且还具有多孔结构和较大的比表面积，能够有效提高土壤有效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁的含量，改善土壤的性质。
具体实施方式
35.以下为本发明的具体实施方式，所述的实施例是为了进一步描述本发明，而不是限制本发明。
36.实施例1
37.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
38.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠按照质量比100：30：10混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为40min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为500w，得到焙烧熟料；
39.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至浓度为2mol/l的磷酸溶液中，固液比为1：8，在150℃温度下反应2h；
40.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
41.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间为30min，得到海绿石熟矿粉；
42.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比2：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
43.实施例2
44.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
45.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠按照质量比100：20：5混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，焙烧温度为1000℃，焙烧时间为60min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为400w，得到焙烧熟料；
46.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至浓度为1mol/l的磷酸溶液中，固液比为1：4，在140℃温度下反应3h；
47.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
48.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为750℃，焙烧时间为40min，得到海绿石熟矿粉；
49.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比3：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
50.实施例3
51.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
52.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠按照质量比100：40：15混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，焙烧温度为1200℃，焙烧时间为30min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为600w，得到焙烧熟料；
53.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至浓度为3mol/l的磷酸溶液中，固液比为1：10，在160℃温度下反应1h；
54.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
55.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为600℃，焙烧时间为35min，得到海绿石熟矿粉；
56.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比2.5：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
57.实施例4
58.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
59.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠按照质量比100：25：8混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，焙烧温度为1050℃，焙烧时间为35min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为450w，得到焙烧熟料；
60.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至浓度为1.5mol/l的磷酸溶液中，固液比为1：8，在156℃温度下反应1.5h；
61.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
62.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为550℃，焙烧时间为32min，得到海绿石熟矿粉；
63.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比2.2：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
64.实施例5
65.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
66.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠按照质量比100：35：12混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，焙烧温度为1180℃，焙烧时间为42min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为550w，得到焙烧熟料；
67.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至浓度为2.2mol/l的磷酸溶液中，固液比为1：6，在148℃温度下反应2.2h；
68.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
69.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为650℃，焙烧时间为38min，得到海绿石熟矿粉；
70.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比2.8：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
71.对比例1
72.该对比例参照实施例1，与实施例1所不同的是，步骤2)中不添加木质素磺酸钠，具
体如下：
73.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
74.2)将磷矿尾矿粉末与钾长石粉末按照质量比100：30混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为40min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为500w，得到焙烧熟料；
75.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至浓度为2mol/l的磷酸溶液中，固液比为1：8，在150℃温度下反应2h；
76.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
77.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间为30min，得到海绿石熟矿粉；
78.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比2：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
79.对比例2
80.该对比例参照实施例1，与实施例1所不同的是，步骤2)中的焙烧在回转窑内焙烧，具体如下：
81.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
82.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠按照质量比100：30：10混合均匀，置于回转窑内焙烧，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为40min，得到焙烧熟料；
83.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至浓度为2mol/l的磷酸溶液中，固液比为1：8，在150℃温度下反应2h；
84.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
85.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间为30min，得到海绿石熟矿粉；
86.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比2：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
87.对比例3
88.该对比例参照实施例1，与实施例1所不同的是，步骤3)为在水溶液中反应，具体如下：
89.1)分别将钾长石和磷矿尾矿粉碎，过筛，得到钾长石粉末和磷矿尾矿粉末；
90.2)将磷矿尾矿粉末、钾长石粉末与木质素磺酸钠按照质量比100：30：10混合均匀，置于微波反应装置内焙烧，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为40min，焙烧时控制微波反应装置的微波功率为500w，得到焙烧熟料；
91.3)将焙烧熟料自然冷却至室温，然后加至水溶液中，固液比为1：8，在150℃温度下反应2h；
92.4)反应完成后，所得反应物自然冷却至室温，干燥、粉碎和研细，得到混合粉末；
93.5)将海绿石粉碎、焙烧，焙烧温度为500℃，焙烧时间为30min，得到海绿石熟矿粉；
94.6)将步骤4)所得的混合粉末与步骤5)所得的海绿石熟矿粉以质量比2：1混合，即得所述的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥。
95.试验例1
96.本试验例考察了不同方法制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥的孔结构。
97.方法：分别将各微孔矿物肥样品在383k条件下真空脱气4h，bet测试方法计算样品
的比表面积(s
bet
，m2/g)、总孔隙度(vp，cm3/g)和平均孔隙大小(d
p
，nm)。
98.表1、磷钾硅钙多元素微孔矿物肥的孔结构
99.微孔矿物肥s
bet
(m2/g)vp(cm3/g)d
p
(nm)实施例190.120.4110.98对比例132.360.137.71对比例243.510.218.12对比例344.180.278.33
100.从表1的结果可以看出，与对比例1、对比例2和对比例3的方法制得的微孔矿物肥相比，采用本发明方法制得的微孔矿物肥具有多孔结构和较大的比表面积。
101.试验例2
102.本试验例考察了不同方法制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥对土壤基本理化性能的影响。
103.试验选取河流冲积物发育形成的潴育型水稻土砂泥田。试验前对0～20cm土壤基础理化性质进行了检测，结果见表2所示：
104.表2、供试土壤基础理化性质
[0105][0106]
试验共5个组，分别为参照组(n、p2o5、k2o用量分别为180、90、90kg/hm2)、对照组1(对比例1制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥1500kg/hm2)、对照组2(对比例2制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥1500kg/hm2)、对照组3(对比例3制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥1500kg/hm2)和试验组(实施例1制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥1500kg/hm2)，对照组1、对照组2、对照组3和试验组均配施基肥(史丹利化肥股份有限公司生产，n、p2o5、k2o含量15-15-15)，基肥与磷钾硅钙多元素微孔矿物肥质量比为6：4，分3次施用，每次间隔1个月。于3次施肥完成后的第30天对土壤进行取样，进行基础理化性质检测。结果见下表3所示：
[0107]
表3、施用不同肥料后土壤的基础理化性质
[0108][0109]
从上述表3的结果可以看出，与参照组、对照组1、对照组2和对照组3相比，采用本发明方法制得的磷钾硅钙多元素微孔矿物肥能够有效提高土壤有效磷、速效钾、交换性钙
和交换性镁含量。