一种促释磷矿粉复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及磷矿利用技术领域，尤其涉及一种促释磷矿粉复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.磷(p)是植物生长必需的营养元素，对于保障粮食安全具有重要的意义。目前存在耕地缺磷状况，因此保障磷的稳定供应具有重要意义，然而磷矿品位普遍较低，约90％的磷矿为中低品位磷矿。
3.由于成本高、耗能大，中低品位磷矿中的磷资源没有得到有效的利用，造成了磷资源的巨大浪费。而中低品位磷矿粉在农业上的直接利用，可避免选矿富集的工艺过程，减少选矿过程中造成的磷损失，大幅降低生产成本和生产难度，延长磷矿的使用年限。
4.然而，中低品位磷矿粉直接应用于农业，由于低品位磷矿中含有较多难溶磷，存在有效磷含量低的严峻问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种促释磷矿粉复合材料及其制备方法和应用，所述促释磷矿粉复合材料中可溶性磷含量高。
6.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
7.本发明提供了一种促释磷矿粉复合材料，包括低品位磷矿粉和促释材料；所述促释材料包括木本泥炭或酸处理木本泥炭；
8.所述低品位磷矿粉中p2o5含量＜12wt％；
9.所述促释材料与低品位磷矿粉的质量比为5:95～75:25。
10.优选的，所述酸处理木本泥炭所用酸液包括硝酸。
11.优选的，所述酸处理木本泥炭的制备方法包括：将木本泥炭与酸液搅拌混合后，依次进行静置和干燥，得到酸处理木本泥炭。
12.优选的，所述酸液的浓度为30～40wt％；所述木本泥炭与酸液中酸的质量比为1:(0.2～0.3)。
13.优选的，所述搅拌混合的温度为20～25℃；所述搅拌混合的速率为200～300r/min，时间为30～40min。
14.优选的，所述静置的时间为12～16h。
15.优选的，所述促释材料与低品位磷矿粉的质量比为5:95、10:90、20:80、40:60、50:50或75:25。
16.本发明提供了上述技术方案所述促释磷矿粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：
17.将低品位磷矿粉和促释材料进行研磨混合，干燥后，得到促释磷矿粉复合材料。
18.优选的，所述干燥的方式为烘干，所述干燥的温度为55～60℃。
19.本发明提供了上述技术方案所述促释磷矿粉复合材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的促释磷矿粉复合材料在农业生产中的应用。
20.本发明提供了一种促释磷矿粉复合材料，本发明将木本泥炭用于低品位磷矿粉中，木本泥炭含有的腐殖酸含量达到45.35wt％；且ph偏向酸性，酸性条件下磷矿粉可以被部分溶解，进而导致溶解性无机磷含量增加；此外，木本泥炭所含有的腐殖酸组分胡敏酸能有效地稳定磷矿粉溶解出的无定形磷酸钙，延迟其转化为难溶的二水磷酸氢钙或羟基磷灰石的过程，同时腐殖酸可以与溶解性的磷酸盐竞争固体(磷矿中具有吸附离子能力的固体)表面的吸附位点，减少溶解出的磷酸盐被吸附固定，进而提高低品位磷矿粉水溶解性磷含量，使得低品位磷矿粉能够被有效利用。
21.实施例的结果表明，木本泥炭能够将低品位磷矿粉的水溶性磷含量提高至磷矿粉的1.54倍；经过硝酸处理的木本泥炭能够将低品位磷矿粉的水溶性磷含量提高至pr(磷矿粉)的1.72倍，并且释放水溶解性磷更加平缓。
附图说明
22.图1为实施例1～6制备的促释磷矿粉复合材料与磷矿粉在不同提取次数的水溶性磷含量对比图；
23.图2为实施例7～12制备的促释磷矿粉复合材料与磷矿粉在不同提取次数的水溶性磷含量对比图；
24.图3为对比例1～3制备的促释磷矿粉复合材料与磷矿粉在不同提取次数的水溶性磷含量对比图；
25.图4为实施例3和实施例9所制备的促释磷矿粉复合材料以及磷矿粉的xrd图。
具体实施方式
26.本发明提供了一种促释磷矿粉复合材料，包括低品位磷矿粉和促释材料；所述促释材料包括木本泥炭或酸处理木本泥炭；
27.所述低品位磷矿粉中p2o5含量＜12wt％；
28.所述促释材料与低品位磷矿粉的质量比为5:95～75:25。
29.在本发明中，若无特殊说明，所需原料或试剂均为本领域技术人员熟知的市售商品。
30.本发明提供的促释磷矿粉复合材料包括低品位磷矿粉，所述低品位磷矿粉中p2o5含量＜12wt％。本发明对所述低品位磷矿粉的来源和具体组成没有特殊的限定，按照本领域熟知的方式获取所得低品位磷矿粉即可。
31.本发明提供的促释磷矿粉复合材料包括促释材料；所述促释材料包括木本泥炭或酸处理木本泥炭。
32.本发明对所述木本泥炭的来源没有特殊的限定，按照本领域熟知的方式获取即可。在本发明的实施例中，具体是来自马来西亚的木本泥炭，腐殖酸含量为45.35wt％。
33.在本发明中，所述酸处理木本泥炭所用酸液优选包括硝酸。
34.在本发明中，所述酸处理木本泥炭的制备方法优选包括：将木本泥炭与酸液搅拌混合后，依次进行静置和干燥，得到酸处理木本泥炭。
35.在本发明中，所述酸液的浓度优选为30～40wt％；所述木本泥炭与酸液中酸的质量比优选为1:(0.2～0.3)。
36.在本发明中，所述木本泥炭与酸液搅拌混合的温度优选为20～25℃；所述搅拌混合的速率优选为200～300r/min，时间优选为30～40min。
37.在本发明中，所述静置的时间优选为12～16h。本发明对所述干燥的条件没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程干燥即可。
38.本发明通过酸处理增加了木本泥炭中腐殖酸组分胡敏酸的含量，同时增强木本泥炭的酸性，从而增强了溶解磷酸盐矿物的能力，同时又延缓了水溶性磷酸盐向难溶性磷酸盐转化的过程。
39.在本发明中，所述促释材料与低品位磷矿粉的质量比优选为5:95、10:90、20:80、40:60、50:50或75:25。
40.本发明提供了上述技术方案所述促释磷矿粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：
41.将低品位磷矿粉和促释材料进行研磨混合，干燥后，得到促释磷矿粉复合材料。
42.本发明对所述研磨混合的具体过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可；在本发明的实施例中，所述研磨混合的时间具体为5min。
43.在本发明中，所述干燥的方式为烘干，所述干燥的温度优选为55～60℃。
44.完成所述干燥后，本发明优选将所得物料磨碎，得到促释磷矿粉复合材料；本发明对所述磨碎的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程将物料分散即可。
45.本发明提供了上述技术方案所述促释磷矿粉复合材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的促释磷矿粉复合材料在农业生产中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法应用即可。
46.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.以下实施例中，所用低品位磷矿粉中全磷含量为3.04wt％(以p2o5计)，速效磷含量为1.03wt％(以p2o5计)，含量测试方法为现有技术(鲁如坤.土壤农业化学分析方法.北京：中国农业科技出版社，2000)记载的方法。
48.所用木本泥炭为来自马来西亚的木本泥炭，腐殖酸含量为45.35wt％。
49.实施例1
50.将木本泥炭与低品位磷矿粉按照质量比5:95混合研磨5min，55℃烘干后，磨碎，得到促释磷矿粉复合材料，记为一5pr。
51.实施例2
52.与实施例1的区别仅在于：木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为10:90，记为一10pr。
53.实施例3
54.与实施例1的区别仅在于：木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为20:80，记为一20pr。
55.实施例4
56.与实施例1的区别仅在于：木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为40:60，记为一40pr。
57.实施例5
58.与实施例1的区别仅在于：木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为50:50，记为一50pr。
59.实施例6
60.与实施例1的区别仅在于：木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为75:25，记为一75pr。
61.实施例7
62.将木本泥炭在25℃与浓度为40wt％的硝酸溶液按照木本泥炭与硝酸溶液中硝酸的质量比1:0.2混合，以200r/min的转速匀速搅拌30min后，静置过夜，烘干，得到硝酸处理的木本泥炭；
63.将所述硝酸处理的木本泥炭与低品位磷矿粉按照质量比5:95混合研磨5min，55℃烘干后，磨碎，得到促释磷矿粉复合材料，记为三5pr。
64.实施例8
65.与实施例7的区别仅在于：硝酸处理的木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为10:90，记为三10pr。
66.实施例9
67.与实施例7的区别仅在于：硝酸处理的木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为20:80，记为三20pr。
68.实施例10
69.与实施例7的区别仅在于：硝酸处理的木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为40:60，记为三40pr。
70.实施例11
71.与实施例7的区别仅在于：硝酸处理的木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为50:50，记为三50pr。
72.实施例12
73.与实施例7的区别仅在于：硝酸处理的木本泥炭与低品位磷矿粉的质量比为75:25，记为三75pr。
74.对比例1
75.将木质素磺酸钠与磷矿粉按照5:95质量比混匀，研磨5min后，55℃烘干，磨碎，得到磷矿粉材料，记为h5pr。
76.对比例2
77.与对比例1的区别仅在于：木质素磺酸钠与磷矿粉的质量比为10:90，记为h10pr。
78.对比例3
79.与对比例1的区别仅在于：木质素磺酸钠与磷矿粉的质量比为20:80，记为h20pr。
80.水溶性磷含量测试
81.称取不同质量的促释磷矿粉复合材料，保证称取的样品中含有0.6840g磷矿粉(排
除磷矿粉含量不同所导致的水溶性磷含量差异)，装入100ml离心管，加入50ml蒸馏水，在振荡机25℃振荡15min(速率200r/min)，用离心机离心10min(转速为4000r/min)，用无磷定量滤纸过滤，得到滤液备用；剩下的样品残渣留在离心管中，再次加入50ml蒸馏水，摇匀，按上述方法依次进行振荡、离心和过滤，共提取5次，将每次所得滤液用钼锑抗比色法测定其水溶性磷含量。
82.磷矿粉实验称取量0.6840g，仪器测出的数值为p元素浓度为a mg/l、稀释倍数b、体积50ml(0.05l)、p转化为p2o5的系数为2.2914；
83.水溶性磷含量计算公式为：(p2o5)mg/g＝a
×b×
0.05
×
2.2914/0.6840。
84.将未经任何处理的磷矿粉(pr)按照上述水溶性磷含量测试方法进行测试，作为对比。
85.图1为实施例1～6制备的促释磷矿粉复合材料与磷矿粉在不同提取次数的水溶性磷含量对比图，如图1所示，木本泥炭与低品位磷矿粉按照20:80混合(一20pr)磷素溶解量为pr(磷矿粉)的1.54倍。
86.图2为实施例7～12制备的促释磷矿粉复合材料与磷矿粉在不同提取次数的水溶性磷含量对比图，如图2所示，硝酸处理木本泥炭与低品位磷矿粉按照20:80混合(三20pr)磷素溶解量为pr(磷矿粉)的1.72倍。
87.图3为对比例1～3制备的促释磷矿粉复合材料与磷矿粉在不同提取次数的水溶性磷含量对比图，如图3所示，木质素磺酸钠与低品位磷矿粉混合较pr(磷矿粉)几乎没有增加磷素的溶解。
88.图4为实施例3和实施例9所制备的促释磷矿粉复合材料以及磷矿粉的xrd图，其中，a为ca2p2o7·
2h2o、b为ca(so4)(po3oh)2h2o、c为ca(po3)2、d为ca3(po4)2、e为caso4；如图4中木本泥炭和硝酸处理木本泥炭分别与磷矿粉按照20:80的比例混合后的xrd数据显示，混合后磷矿粉中与磷相关的波峰均下降了，表示相关晶格被破坏，与溶解磷增多的现象符合。
89.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。