一种磷石膏基缓释氮肥及其制备方法

摘要

本发明公开了一种磷石膏基缓释氮肥及其制备方法。制备方法包括以下步骤：将磷石膏与氮源混合均匀后，置于球磨罐内，充分研磨，干燥后，得到第一固体混合物；将第一固体混合物、无机粘结剂、有机粘结剂混合均匀后，加入一定量水，并快速搅拌成团，经挤压造粒、干燥后，得到第二固体混合物；将第二固体混合物与双亲有机改性剂、无机增强剂及氮源形成的悬浮液混合均匀，经过滤、烘干，得到第三固体混合物；将有机包膜剂熔融，并加入第三固体混合物，充分混匀、包膜后，得到磷石膏基缓释氮肥。本发明通过构建内核‑改性‑有机包膜体系，改善了传统有机包膜剂与无机内核间相容性差、易开裂等问题，显著延缓了磷石膏基缓释氮肥中氮素的释放。

权利要求

1.一种磷石膏基缓释氮肥的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将磷石膏与氮源混合均匀后，置于球磨罐内，充分研磨，干燥后，得到第一固体混合物；

步骤2、将步骤1所得的第一固体混合物、无机粘结剂、有机粘结剂混合均匀后，加入一定量水，并快速搅拌成团，经挤压造粒、干燥后，得到第二固体混合物；

步骤3、将步骤2所得的第二固体混合物与双亲有机改性剂、无机增强剂及氮源形成的悬浮液混合均匀、包覆成膜，经过滤、烘干，得到第三固体混合物；

步骤4、将有机包膜剂熔融，并加入步骤3所得的第三固体混合物，充分混匀、包膜后，得到磷石膏基缓释氮肥；

步骤3中，所述双亲有机改性剂为海藻酸钠、氨基硅烷、铝酸脂偶联剂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种；所述双亲有机改性剂与步骤2中所得第二固体混合物的质量比为

0.0001 0.10；

~

步骤3中，所述无机增强剂为蒙脱土、凹凸棒石、海泡石、高岭土中的一种或多种；所述无机增强剂与步骤2中所得第二固体混合物的质量比为0.0001 0.10；

~

步骤3中，所述氮源为尿素、碳酸氢铵、硫脲、碳酸铵中的一种或多种；所述氮源与步骤2中所得第二固体混合物的质量比为0.001 0.20；所述烘干温度为25 80 ℃、烘干时间为2~ ~ ~

12 h。

2.如权利要求1所述的一种磷石膏基缓释氮肥的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述氮源为尿素、碳酸氢铵、硫脲、碳酸铵中的一种或多种；所述磷石膏与氮源的质量比为0.1~

0.8；所述研磨过程的球料质量比为2 10、研磨时间为10 120 min、研磨温度为20 120 ℃；

~ ~ ~

所述干燥温度为25 80 ℃、干燥时间为0.5 12 h。

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3.如权利要求1所述的一种磷石膏基缓释氮肥的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述无机粘结剂为蒙脱石、硅酸钠、水泥、高炉渣中的一种或多种；所述无机粘结剂与步骤1中所得第一固体混合物的质量比为0.01 0.10。

~

4.如权利要求1所述的一种磷石膏基缓释氮肥的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述有机粘结剂为羟甲基纤维素、预糊化淀粉、细菌纤维素中的一种或多种；所述有机粘结剂与步骤1中所得第一固体混合物的质量比为0.01 0.10；所述水与步骤1中所得第一固体混合~物的质量比为0.02 0.10。

~

5.如权利要求1所述的一种磷石膏基缓释氮肥的制备方法，其特征在于：步骤2中，所述第二固体混合物粒径为2 8 mm；所述干燥温度为25 80 ℃、干燥时间为0.5 12 h。

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6.如权利要求1所述的一种磷石膏基缓释氮肥的制备方法，其特征在于：步骤4中，所述有机包膜剂为硬脂酸、石蜡、地蜡、Span80中的一种或多种；所述有机包膜剂的熔融温度为

60 150 ℃、熔融时间为0 20 min；所述有机包膜剂与步骤3中所得第三固体混合物的质量~ ~比为0.01 0.20；所述包膜温度为60 150 ℃、包膜时间为1 30 min。

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7.一种采用权利要求1‑6任一项所述的制备方法制备的磷石膏基缓释氮肥。

说明书

一种磷石膏基缓释氮肥及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及氮肥技术领域，尤其涉及一种磷石膏基缓释氮肥及其制备方法。

背景技术

[0002] 近年来，采用磷石膏制备缓释氮肥已有少量探索，与其他合成有机氮肥、包膜肥料、缓溶性无机肥料、天然有机质为基体的各种氨化肥料相比，具有价格低廉、防潮性能优异等优势，展现了良好的应用前景，是未来磷石膏高值化、大宗化利用的重点研究领域。然而，现有报道工艺制备得到的磷石膏基缓释氮肥常呈粉末状，不利于运输与保存，且在施肥中易造成土壤板结等问题；另一方面，磷石膏基缓释氮肥的长效缓释性能仍难以满足缓释肥国家标准。申请人研究表明，采用传统造粒‑石蜡包膜联合工艺，虽可进一步延长磷石膏基缓释氮肥的释氮时间，但有机石蜡膜与磷石膏基缓释氮肥无机内核相容性差，致使外壳‑内核间存在缝隙，有机膜层易开裂，急剧缩短氮素的缓释时间。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种显著减缓了氮素的释放的磷石膏基缓释氮肥及其制备方法。

[0004] 本发明的一种磷石膏基缓释氮肥的制备方法，包括以下步骤：

[0005] 步骤1、将磷石膏与氮源混合均匀后，置于球磨罐内，充分研磨，干燥后，得到第一固体混合物；

[0006] 步骤2、将步骤1所得的第一固体混合物、无机粘结剂、有机粘结剂混合均匀后，加入一定量水，并快速搅拌成团，经挤压造粒、干燥后，得到第二固体混合物；

[0007] 步骤3、将步骤2所得的第二固体混合物与双亲有机改性剂、无机增强剂及氮源形成的悬浮液均匀混合，表面包覆成膜，经过滤、烘干，得到第三固体混合物；

[0008] 步骤4、将有机包膜剂熔融，并加入步骤2所得的第三固体混合物，充分混匀、包膜后，得到磷石膏基缓释氮肥。

[0009] 进一步的，步骤1中，所述氮源为尿素、碳酸氢铵、硫脲、碳酸铵中的一种或多种；所述磷石膏与氮源的质量比为0.1～0.8；所述研磨过程的球料质量比为2～10、研磨时间为10～120min、研磨温度为20～120℃；所述干燥温度为25～80℃、干燥时间为0.5～12h。

[0010] 进一步的，步骤2中，所述无机粘结剂为蒙脱石、硅酸钠、水泥、高炉渣中的一种或多种；所述无机粘结剂与步骤1中所得第一固体混合物的质量比为0.01～0.10。

[0011] 进一步的，步骤2中，所述有机粘结剂为羟甲基纤维素、预糊化淀粉、细菌纤维素中的一种或多种；所述有机粘结剂与步骤1中所得第一固体混合物的质量比为0.01～0.10；所述水与步骤1中所得第一固体混合物的质量比为0.02～0.10。

[0012] 进一步的，步骤2中，所述第二固体混合物粒径为2～8mm；所述干燥温度为25～80℃、干燥时间为0.5～12h。

[0013] 进一步的，步骤3中，所述双亲有机改性剂为海藻酸钠、氨基硅烷、铝酸脂偶联剂、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种；所述双亲有机改性剂与步骤2中所得第二固体混合物的质量比为0.0001～0.10。

[0014] 进一步的，步骤3中，所述无机增强剂为蒙脱土、凹凸棒石、海泡石、高岭土中的一种或多种；所述无机增强剂与步骤2中所得第二固体混合物的质量比为0.0001～0.10。

[0015] 进一步的，步骤3中，所述氮源为尿素、碳酸氢铵、硫脲、碳酸铵中的一种或多种；所述氮源与步骤2中所得第二固体混合物的质量比为0.001～0.20；所述干燥温度为25～80℃、干燥时间为2～12h。

[0016] 进一步的，步骤4中，所述有机包膜剂为硬脂酸、石蜡、地蜡、Span80中的一种或多种；所述有机包膜剂的熔融温度为60～150℃、熔融时间为0～20min；所述有机包膜剂与步骤2中所得第三固体混合物的质量比为0.01～0.20；所述包膜温度为60～150℃、包膜时间为1～30min。

[0017] 一种采用上述的制备方法制备的磷石膏基缓释氮肥。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

[0019] (1)本发明制备的磷石膏基缓释氮肥的核‑壳协同缓释，显著增强了氮素的缓释性能。其中，磷石膏与氮源充分研磨形成化学键，并经过造粒得到磷石膏基缓释氮肥内核，实现了氮素的初步缓释。

[0020] (2)本发明通过磷石膏基缓释氮肥内核表面物理化学交联自组装包覆形成水凝胶两亲内核，进一步通过在磷石膏基缓释氮肥两亲内核表面有机包膜形成超疏水致密外壳，阻碍氮素的释放。

[0021] (3)本发明通过构建磷石膏基缓释氮肥内核‑改性‑有机包膜体系，使有机包膜层更加紧密、均匀、平整，改善了传统有机包膜材料与无机内核间相容性差、易开裂等问题，显著延缓了磷石膏基缓释氮肥中氮素的释放。

[0022] (4)本发明采用绿色、无污染、可降解的无机及有机粘结剂为原料，显著增强磷石膏基缓释氮肥颗粒的机械强度，不仅有效避免磷石膏基缓释氮肥颗粒因长途运输造成的内核及膜层破裂、缓释性能稳定性差的问题，还可以防止因磷石膏基缓释氮肥颗粒泥化造成的土壤板结等问题。

[0023] (5)本发明制备的磷石膏基缓释氮肥满足国标GB/T 23348‑2009对缓释肥缓释性能的要求。初期养分释放率<15％，28天养分释放率<80％，总养分释放率>80％。

[0024] (6)本发明提供的尿素磷石膏基缓释氮肥，制备工艺简单，对设备参数等要求低。所用磷石膏原料成本低廉，储量丰富。所用生产手段均是业内成熟技术，易于工业化生产。
制备过程中无需特殊保护，无污染、环境友好。

[0025] (7)本发明制备的磷石膏基缓释氮肥与普通氮肥相比，不仅实现了氮素的缓慢释放，提高了肥料的利用率；同时显著减少因氮肥流失造成的农业面源污染。

[0026] (8)本发明制备的磷石膏基缓释氮肥外观为颗粒状，其机械强度高，可有效避免因长途运输造成的内核及膜层破裂、缓释性能稳定性差的问题。

[0027] (9)本发明构建的磷石膏基缓释氮肥内核‑改性‑有机包膜体系，与磷石膏基缓释氮肥‑有机包膜体系相比，有机包膜层与内核间无缝隙，有机包膜层致密、均匀、平整且不易开裂。

[0028] (10)本发明制备的磷石膏基缓释氮肥的养分释放完全后，其颗粒结构保留完整，可有效避免因磷石膏基缓释氮肥膨胀、泥化造成的土壤板结等问题。

附图说明

[0029] 图1为本实施例1制备的第一固体混合物的X射线粉末衍射图谱；

[0030] 图2为本实施例1制备的第一固体混合物的扫描电镜图；

[0031] 图3为本实施例1制备的第一固体混合物的EDS能谱图；

[0032] 图4为本实施例1制备的磷石膏基缓释氮肥的缓释性能测试。

具体实施方式

[0033] 以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0034] 实施例1：

[0035] 本实施例制备一种磷石膏基缓释氮肥，具体制备步骤如下：

[0036] (1)将磷石膏与尿素(磷石膏与尿素的质量比为0.72)置于球磨罐中，充分研磨(球料质量比为6)60min后，在45℃下干燥24h，得到第一固体混合物。

[0037] (2)将步骤(1)中所得第一固体混合物、蒙脱土、预糊化淀粉充分混合均匀(蒙脱石、预糊化淀粉与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比分别为0.07及0.02)，加入一定量的水(水与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.07)，并快速搅拌成团，经挤压造粒(第二固体混合物粒径约为3mm)后，在60℃下干燥8h，得到第二固体混合物。

[0038] (3)将海藻酸钠、蒙脱土及尿素(海藻酸钠、蒙脱土、尿素与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.002、0.001及0.01)分散于水中，将步骤(2)所得第二固体混合物加入后，静置20min后，采用漏网滤出，在55℃下烘干6h得到第三固体混合物。

[0039] (4)将硬脂酸、石蜡、地蜡及Span80(硬脂酸、石蜡、地蜡、Span80与步骤(2)中所得第三固体混合物的质量比分别为0.02、0.005、0.005及0.04)在90℃下熔融混匀5min后，并加入步骤(3)所得的第四固体混合物，在90℃下充分混匀包膜10min后，得到磷石膏基缓释氮肥。

[0040] 参见附图1，为按本实施例技术方案制备第一固体混合物的X射线粉末衍射图谱，结果显示无其它杂峰出现，所制得的尿素磷石膏含量高；且含有部分未完全反应的尿素。

[0041] 参见附图2，为按本实施例技术方案制备第一固体混合物的扫描电镜图；可以看出尿素磷石膏结晶良好，颗粒饱满均匀。同时，未反应完全的尿素以包裹形态附着在表面，呈团聚分布。

[0042] 参见附图3，为按本实施例技术方案制备第一固体混合物的EDS能谱图，其中C、N元素分布和Ca、S、O元素类似，呈均匀分散。结合图1至图3，充分说明该合成方法，成功制备了尿素磷石膏。

[0043] 参见附图4，为按本实施例技术方案制备磷石膏基缓释氮肥的缓释性能测试，满足国标GBT23348‑2009的缓释性能要求。

[0044] 实施例2：

[0045] 本实施例制备一种磷石膏基缓释氮肥，具体制备步骤如下：

[0046] (1)将磷石膏与碳酸氢铵(磷石膏与碳酸氢铵的质量比为0.5)置于球磨罐中，充分研磨(球料质量比为5)30min后，在60℃下干燥12h，得到第一固体混合物。

[0047] (2)将步骤(1)中所得第一固体混合物、高炉渣、硅酸钠、羟甲基纤维素充分混合均匀(高炉渣、硅酸钠、羟甲基纤维素与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比分别为0.05、0.01及0.01)，加入一定量的水(水与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.09)，并快速搅拌成团，经挤压造粒(第二固体混合物粒径约为4mm)后，在80℃下干燥6h，得到第二固体混合物。

[0048] (3)将聚乙烯醇、蒙脱土及尿素(聚乙烯醇、蒙脱土、尿素与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.05、0.02及0.10)分散于水中，将步骤(2)所得第二固体混合物加入后，静置10min后，采用漏网滤出，在80℃下烘干6h得到第三固体混合物。

[0049] (4)将石蜡(石蜡与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比为0.05)在100℃下熔融混匀3min后，并加入步骤(3)所得的第三固体混合物，在100℃下充分混匀包膜20min后，得到磷石膏基缓释氮肥。

[0050] 实施例3：

[0051] 本实施例制备一种磷石膏基缓释氮肥，具体制备步骤如下：

[0052] (1)将磷石膏与硫脲(磷石膏与硫脲的质量比为0.6)置于球磨罐中，充分研磨(球料质量比为4)90min后，在80℃下干燥2h，得到第一固体混合物。

[0053] (2)将步骤(1)中所得第一固体混合物、水泥、羟甲基纤维素充分混合均匀(水泥、羟甲基纤维素与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.03及0.01)，加入一定量的水(水与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.05)，并快速搅拌成团，经挤压造粒(第二固体混合物粒径约为3mm)后，在80℃下干燥12h，得到第二固体混合物。

[0054] (3)将SCA‑1113及尿素(SCA‑1113、尿素与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.003及0.05)分散于水中，将步骤(2)所得第二固体混合物加入后，静置30min后，采用漏网滤出，在70℃下烘干6h得到第三固体混合物。

[0055] (4)将地蜡、Span80(地蜡、Span80与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.03及0.04)在120℃下熔融混匀2min后，并加入步骤(3)所得的第三固体混合物，在120℃下充分混匀包膜5min后，得到磷石膏基缓释氮肥。

[0056] 实施例4：

[0057] 本实施例制备一种磷石膏基缓释氮肥，具体制备步骤如下：

[0058] (1)将磷石膏与碳酸铵(磷石膏与碳酸铵的质量比为0.4)置于球磨罐中，充分研磨(球料质量比为8)120min后，在50℃下干燥10h，得到第一固体混合物。

[0059] (2)将步骤(1)中所得第一固体混合物、硅酸钠、蒙脱石充分混合均匀(硅酸钠、蒙脱石与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.01及0.05)，加入一定量的水(水与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.08)，并快速搅拌成团，经挤压造粒(第二固体混合物粒径约为3mm)后，在100℃下干燥6h，得到第二固体混合物。

[0060] (3)将铝酸酯偶联剂F‑2及尿素(铝酸酯偶联剂F‑2、尿素与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.01及0.001)分散于水中，将步骤(2)所得第二固体混合物加入后，静置5min后，采用漏网滤出，在60℃下烘干6h得到第三固体混合物。

[0061] (4)将硬脂酸钠、Span80(硬脂酸钠、Span80与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.01及0.05)在80℃下熔融混匀30min后，并加入步骤(3)所得的第三固体混合物，在80℃下充分混匀包膜15min后，得到磷石膏基缓释氮肥。

[0062] 实施例5：

[0063] 本实施例制备一种磷石膏基缓释氮肥，具体制备步骤如下：

[0064] (1)将磷石膏与尿素、碳酸铵(磷石膏与尿素、碳酸铵的质量比分别为0.8及0.8)置于球磨罐中，充分研磨(球料质量比为7)40min后，在80℃下干燥6h，得到第一固体混合物。

[0065] (2)将步骤(1)中所得第一固体混合物、高炉渣、预糊化淀粉糊充分混合均匀(高炉渣、预糊化淀粉糊与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.06及0.01)，加入一定量的水(水与步骤(1)中所得第一固体混合物的质量比为0.10)，并快速搅拌成团，经挤压造粒(第二固体混合物粒径约为3mm)后，在80℃下干燥6h，得到第二固体混合物。

[0066] (3)将聚丙烯酸钠及尿素(聚丙烯酸钠、尿素与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.02及0.05)分散于水中，将步骤(2)所得第二固体混合物加入后，静置10min后，采用漏网滤出，在80℃下烘干6h得到第三固体混合物。

[0067] (4)将硬脂酸钠、石蜡、Span80(硬脂酸钠、石蜡、Span80与步骤(2)中所得第二固体混合物的质量比分别为0.01、0.01及0.02)在100℃下熔融混匀5min后，并加入步骤3所得的第四固体混合物，在100℃下充分混匀包膜10min后，得到磷石膏基缓释氮肥。

[0068] 以上未涉及之处，适用于现有技术。

[0069] 虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。