專利名稱：：具有內質緩釋性能的化學肥料及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種緩釋肥料及其制備方法，具體地說，是一種具有內質緩釋性能的化學肥料及其制備方法。所述化學肥料包括復混化學肥料和尿素。
背景技術：
：為了提高肥料氮素利用率，國內外科學家均致力于緩釋肥料的研究。按照緩釋材料的生產工藝，多數為樹脂和硫磺包裹尿素。其中，溶劑性樹脂材料只有通過化學方法或在高溫、高壓條件下方能裂解，很難被土壤生物降解。而大田作物用緩釋材料的首要條件是生物可降解性，方能保證耕地土壤生態環境的安全性
發明內容本發明的目的在于提供一種具有內質緩釋性能的化學肥料及其制備方法，用以克服現有生產方法的缺陷。所要解決的技術問題是，制備一種與尿漿或NPK化肥原料融合性能好的緩釋劑，可在尿素或高氮(N^20%)含量復混肥料生產過程中直接加入，成粒干燥后即為緩釋尿素或緩釋復混肥料。該類緩釋肥料所用的緩釋劑成分具有生物降解性能。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下一種具有內質緩釋性能的化學肥料，其特征在于其由化學肥料及化學肥料質量1.0%-2.0%的溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛組成；其中，溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛按照以下方法制備而成在攪拌條件下，將溶膠硅酸鈉加入聚乙烯醇縮甲醛溶液中，其質量比為1:1.4~1.7，調節pH值至7.5~8.0，繼續攪拌3040min。一種具有內質緩釋性能的化學肥料的制備方法，其特征在于包括以下步驟將化學肥料與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化18天以上。本發明的積極效果在于1)、本發明的緩釋肥料所用的緩釋劑成分具有生物降解性能，可以確保耕地土壤生態環境的安全性。2)、溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛與尿漿或NPK化肥原料融合性能好。3)、內質性緩釋劑直接加入大顆粒尿素生產線的二級混合器、高塔熔體復混肥二級混合槽、蒸汽造粒的轉鼓中，加入量為尿素或NPK化肥原料質量的1%~2%，可以直接生產緩釋尿素或緩釋復混肥，工藝簡單，可提高成品率5%15%，產量大，規模與原尿素或復混肥生產規模相同，同時可節約能量和減少運輸成本。4)、Na2Si03與NH3反應生成(NH4)2Si03，提高肥料氮素的緩釋性能。5)、硅酸鈉可提高肥料顆粒的抗磨擦和抗壓碎強度。6)、硅酸鈉的耐水性能較好，與肥料中的氨反應生成硅酸銨，更增強了耐水性，但硅酸鈉性質脆硬，粘結性能差；聚乙烯醇縮甲醛粘度較大，柔韌性能較好，對硅酸鈉具有改性作用，兩種化合物混合后，加入尿漿或NPK化肥混合物料中，可與尿漿或NPK物料融為一體，成粒干燥后，即成為緩釋性能良好的緩釋肥料。7)、本發明的制備方法簡單易行，便于大規模推廣應用。具體實施方式下面結合具體實例進一步說明本發明。工藝過程由三道工序組成溶膠硅酸鈉的制備，聚乙烯醇縮甲醛的制備，溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛的制備。一、溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛的制備例制備實例一1、溶膠硅酸鈉的制備(1)在10%工業硫酸中加入其質量0.1%的三乙醇胺，攪拌均勻，備用。(2)在工業凈水中加入模數為3.23.6(Na2Si03含量53.30%55.05%)的液體硅酸鈉，水與液體硅酸鈉的質量比為8:1，攪拌至完全溶解。(3)在攪拌條件下，于上述硅酸鈉溶液中加入含有三乙醇胺的10%H2SO4溶液,調節pH值至11.0，即成為溶膠硅酸鈉。2、聚乙烯醇縮甲醛的制備(1)在帶有回流管的反應釜中加入工業凈水，升溫至68"。(2)開動攪拌器，緩慢加入水質量12%的聚乙烯醇(75-98)，繼續升溫并保持溫度在卯。C95。C，至聚乙烯醇全部溶解。(3)關閉蒸汽閥門，開啟冷水循環，降溫至8(TC，用稀鹽酸溶液調節pH值至2.0，加入36%37%工業級甲醛溶液，甲酸用量為聚乙烯醇質量的O.l5%，在82。C條件下反應3540min。(4)停止熱水循環，開啟冷水循環，降溫至58。C，加入5%10%尿素水溶液，與多余的甲醛生成羥甲基脲。3、溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛的制備在上述聚乙烯醇縮甲醛溶液中加入溶膠硅酸鈉，溶膠硅酸鈉與聚乙烯醇縮甲醛的質量比為1:1.5，調節pH值至7.7，繼續攪拌3040min，即成為溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛，降溫至40'C出料。制備實例二1、溶膠硅酸鈉的制備(1)在10%工業硫酸中加入其質量0.05%的三乙醇胺，攪拌均勻，備用。(2)在工業凈水中加入模數為3.2~3.6(Na2Si03含量53.30%55.05%)的液體硅酸鈉，水與液體硅酸鈉的質量比為6:1，攪拌至完全溶解。(3)在攪拌條件下，于上述硅酸鈉溶液中加入含有三乙醇胺的10%H2SO4溶液,調節pH值至10.5，即成為溶膠硅酸鈉。2、聚乙烯醇縮甲醛的制備(1)在帶有回流管的反應釜中加入工業凈水，升溫至65"C。(2)開動攪拌器，緩慢加入水質量10%的聚乙烯醇(75-98)，繼續升溫并保持溫度在9(TC95"，至聚乙烯醇全部溶解。(3)關閉蒸汽閥門，開啟冷水循環，降溫至80'C，用稀鹽酸溶液調節pH值至2.5，加入36%37%工業級甲醛溶液，甲酸用量為聚乙烯醇質量的0.14%，在8(TC條件下反應3540min。(4)停止熱水循環，開啟冷水循環，降溫至55。C，加入5%10%尿素水溶液，與多余的甲醛生成羥甲基脲。'3、溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛的制備在上述聚乙烯醇縮甲醛溶液中加入溶膠硅酸鈉，溶膠硅酸鈉與聚乙烯醇縮甲醛的質量比為1:1.4，調節pH值至7.5，繼續攪拌3040min，即成為溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛，降溫至4(TC出料。制備實例三1、溶膠硅酸鈉的制備(1)在10%工業硫酸中加入其質量0.15%的三乙醇胺，攪拌均勻，備用。(2)在工業凈水中加入模數為3.2~3.6(Na2Si03含量53.30%~55.05%)的液體硅酸鈉，水與液體硅酸鈉的質量比為9:1，攪拌至完全溶解。(3)在攪拌條件下，于上述硅酸鈉溶液中加入含有三乙醇胺的10%H2SO4溶液,調節pH值至11.5，即成為溶膠硅酸鈉。2、聚乙烯醇縮甲醛的制備(1)在帶有回流管的反應釜中加入工業凈水，升溫至7(TC。(2)開動攪拌器，緩慢加入水質量15%的聚乙烯醇(75-98)，繼續升溫并保持溫度在9(TC95t:，至聚乙烯醇全部溶解。(3)關閉蒸汽閥門，開啟冷水循環，降溫至80。C，用稀鹽酸溶液調節pH值至1.5，加入36%~37%工業級甲醛溶液，甲醛用量為聚乙烯醇質量的0.16%，在85。C條件下反應3540min。(4)停止熱水循環，開啟冷水循環，降溫至6(TC，加入5%10%尿素水溶液，與多余的甲醛生成羥甲基脲。3、溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛的制備在上述聚乙烯醇縮甲醛溶液中加入溶膠硅酸鈉，溶膠硅酸鈉與聚乙烯醇縮甲醛的質量比為1:1.7，調節pH值至8.0，繼續攪拌3040min，即成為溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛，降溫至4(TC出料。二、緩釋化學肥料的制備例制備例一將N-P205-K20=20-8-12，總養分含量40%的復混化學肥料與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化18天。其中溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛占所述復混肥料的質量比1.0%。制備例二將N-P205-K20=21-8-13，總養分含量41%的復混化學肥料與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化21天。其中溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛占所述復混肥料的質量比1.3%。制備例三將N-P205-K20=22-7-10，總養分含量39%的復混化學肥料與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化25天。其中溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛占所述復混肥料的質量比1.6%。制備例四將尿素(含氮46%)與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化21天。其中溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛占所述尿素的質量比1.5%。制備例五將尿素(含氮45.5%)與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化18天。其中溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛占所述尿素的質量比1.8%。制備例六將尿素(含氮46.5%)與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化25天。其中溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛占所述尿素的質量比2.0%。三、緩釋材料的技術指標(見表1)表l緩釋劑的技術指標<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>四、溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛內質型緩釋肥料的緩釋效果實驗結果1、水淋洗效果1.1內質型緩釋復混肥在年產30萬噸高塔熔體造粒復混肥生產線上進行生產性中試，N-P205-K20=20-8-12，總養分含量40%，采用加壓計量泵將上述內質性緩釋劑加入二級混合槽中，其用量為NPK化肥原料質量的1.5%。因緩釋劑完全固化需要21天左右，所以取緩釋復混肥樣品后在塑料袋內放置21天后測定。(1)普通復混肥氮素初級溶出率47.6%，5次累積溶出率97.7%。(2)內質型緩釋復混肥氮素初級溶出率31.85%，20次累積溶出率83.97%。1.2內質型緩釋尿素在年產20萬噸合成氨的大顆粒尿素生產線上進行生產性中試，緩釋劑直接加入二級混合器中，其用量為尿素質量的1.8%。測定方法同緩釋復混肥。(1)大顆粒尿素氮(N)初級溶出率94.10%，2次累積溶出率97.72%。(2)內質型緩釋尿素氮(N)初級溶出率32.90%，10次累積溶出率74.62%。日本肥料法(1996)對大田作物使用的緩釋肥料規定氮素初級溶出率<50%。"國家土壤肥力與肥料效益監測基地網"通過16年監測結果，大田作物前期需氮量占整個生育期總氮量的1/3，中、后期占2/3。內質型緩釋尿素和緩釋復混肥的氮素初級溶出率基本上符合大田作物的需氮規律。2、田間肥效試驗結果2.1內質型緩釋復混肥2.1.1試驗基本概況試驗布置在北京昌平"國家褐潮土土壤肥力與肥料效益監測基地"，潮土土類，褐潮土亞類，土壤質地為粉砂壤土。土壤理化性狀pH值8.11，有機質16.42g.kg"，全氮(N)1.03g'kg"，全磷(P20s)0.89g.kg"，堿解氮(N)61.67mg.kg-1，速效磷(P205)9.79mg'kg—1，速效鉀(K20)40mg.kg-1。試驗作物為夏玉米，玉米品種中單8578。小區面積2.5mx4m，3次重復。施肥量氮(N)180kg/hm2，磷(P205)108kg/hm2，鉀(K20)72kg/hm2。設不施肥空白對照(CK)和等NPK復混肥對照。夏玉米試驗結果見表2。表22.1.2夏玉米試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>試驗結果，夏玉米籽粒產量，內質型緩釋復混肥比等NPK復混肥處理增產20.82%。綜合上述水淋洗結果，內質型緩釋復混肥的緩釋效果較好。2.2緩釋尿素2.2.1試驗基本概況試驗布置在湖南長沙湖南農業大學試驗基地，土壤為紅壤發育的水稻上。土壤理化性狀pH值6.70，有機質23.25g.kg"，全N1.53g.kg"，全P0.41g.kg"，全K1.46g.kg"，堿解忖103.281^.1^1，有效P16.32mg.kg-1，有效K107.70mg.kg"。試驗作物為水稻，水稻品種新香優80，雙季晚稻。2006年6月23日播種，7月13日移栽。施肥量氮(N)150kg.hin-2，P20575kg.hm-2，K20135kg.hm-2。小區面積40itf(4xl0m)，重復3次。所有肥料均在圓盤耙翻地前一次基施。2.2.2晚稻試驗結果，見表3。表3晚稻試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>試驗結果，在晚稻上"緩釋尿素+PK"處理比等NPK化肥處理增產28.34%。其中，溶膠硅酸鈉又稱為溶膠水玻璃，制備時為溶液，放置一段時間后為凝膠體，但可溶于40。C以上熱水，故稱為溶膠硅酸鈉。內質性緩釋劑一種水溶性混合物或聚合物，既具有緩釋性能，又具有粘結性能，與尿漿或NPK化肥原料融合性能好，在尿素和復混肥生產過程中直接加入，尿素或復混肥成粒干燥后即成為緩釋尿素或緩釋復混肥，該類緩釋劑稱為內質性緩釋劑。權利要求1、一種具有內質緩釋性能的化學肥料，其特征在于其由化學肥料及化學肥料質量1.0％-2.0％的溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛組成；其中，溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛按照以下方法制備而成在攪拌條件下，將溶膠硅酸鈉加入聚乙烯醇縮甲醛溶液中，其質量比為1∶1.4～1.7，調節pH值至7.5～8.0，繼續攪拌30～40min。2、如權利要求1所述的具有內質緩釋性能的化學肥料，其特征在于所述化學肥料為N-P2CVK20=20-8-12，總養分含量40%的復混肥，溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛的含量為所述復混肥質量的1.0%-1.6%。3、如權利要求l所述的具有內質緩釋性能的化學肥料，其特征在于所述化學肥料為尿素，溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛的含量為所述尿素質量的1.5%-2.0%。4、如權利要求l或2或3所述的具有內質緩釋性能的化學肥料，其特征在于其中，溶膠硅酸鈉的制備方法是在10%工業硫酸中加入其質量0.05%0.15%的三乙醇胺，攪拌均勻；在工業凈水中加入模數為3.23.6、Na2Si03含量為53.30%~55.05%的液體硅酸鈉，水與液體硅酸鈉的質量比為6~9:1，攪拌至完全溶解成為硅酸鈉水溶液，再加入上述含三乙醇胺的10MH2SO4水溶液，調節pH值至10.511.5。5、如權利要求1或2或3所述的具有內質緩釋性能的化學肥料，其特征在于其中，聚乙烯醇縮甲酸的制備方法是在反應釜中加入工業凈水，升溫至65。C7(TC,開動攪拌器，緩慢加入水質量10%~15%的75-98聚乙烯醇，在90。C95t:溫度下全部溶解后降溫至8(rC，用稀鹽酸調節pH值至1.52.5，加入36%37%的工業級甲醛溶液，甲醛用量為聚乙烯醇質量的0.14%0.16%，在80。C85。C條件下反應3540min，冷卻至55。C60。C，加入5%10%尿素水溶液，與多余的甲醛生成羥甲基脲。'6、一種具有內質緩釋性能的化學肥料的制備方法，其特征在于包括以下步驟將化學肥料與溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛混合；成粒干燥；放置陳化18天以上。全文摘要本發明是一種具有內質緩釋性能的化學肥料及其制備方法，由化學肥料及化學肥料質量1.0％-2.0％的溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛組成；其中，溶膠硅酸鈉-聚乙烯醇縮甲醛按照以下方法制備而成在攪拌條件下，將溶膠硅酸鈉加入聚乙烯醇縮甲醛溶液中，其質量比為1∶1.4～1.7，調節pH值至7.5～8.0，繼續攪拌30～40min。明顯提高了肥料氮素的緩釋性能；硅酸鈉可提高肥料顆粒的抗磨擦和抗壓碎強度。文檔編號C05G3/00GK101508608SQ20091001436公開日2009年8月19日申請日期2009年2月21日優先權日2009年2月21日發明者王學江申請人:煙臺五洲施得富肥料有限公司