一種有機物料複合型緩釋尿素及其製備方法
2024-04-08 08:10:05
專利名稱：一種有機物料複合型緩釋尿素及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種有機物料複合型緩釋尿素及其製備方法，屬農業領域。
背景技術：
目前，國內外研製的緩釋肥料主要為包膜型緩釋肥料，所用的包膜材料主要有 兩類， 一是有機高分子聚合物(例如樹脂聚烯烴類)，二是水難溶性或微溶性的無 機材料(如硫磺、磷礦粉、鈣鎂磷肥等)。高分子聚合物包膜型緩釋肥料的製作需 要特製的包膜塔和溶劑，包膜材料價格較貴，生產過程成本較高，包膜材料在土壤 中分解慢易殘留。但高分子聚合材料的控釋性能較好。由於價格較高，高分子聚合 物包膜型緩釋肥料多用於園藝作物、草坪、高爾夫球場和觀賞植物等。水難溶性或 微溶性的無機材料包膜型緩釋肥料可用開放型普通造粒設備製作，生產過程成本低， 肥料價格低，但其控釋性能相對較差，養分緩釋效果不夠理想。
有機無機養分結合是我國施肥技術的基本原則，也是肥料產業發展的重要方向， 有機無機複合肥料是實現有機無機結合的技術載體，是對傳統有機肥料的產品升級， 是實現我國農業高產優質的重要保障。
發明內容
本發明的目的是提供一種有機/無機結合、C-N共濟調控、養分緩釋的有機複合 型緩釋尿素。
本發明的另一個目的是提供上述有機物料複合型緩釋尿素的製備方法。
為實現上述目的，本發明採取以下方案
一種有機物料複合型緩釋尿素，由以下原料經粉碎、熔融、混合、造粒、乾燥、 篩分後製得
尿素原料 50-70重量份
有機物物料緩釋材料 30-50重量份。尿素原料和有機物料緩釋材料的重量份數，根據不同作物需要和肥料原料養分 含量，按一定比例添加。
所述的尿素原料，為熔融尿素或尿素工業生產過程中造粒前的尿素熔液。
所述的有機物物料緩釋材料為風化煤、食品廠等有機廢棄糟粕、木器加工企業 和造紙業木質素類廢棄物、作物秸稈及穀殼等有機物料、礦物腐殖酸類物質等有機 物料，通過改性，製成有機物料緩釋材料。
上述有機物料複合型緩釋尿素的製備方法，如圖1所示，包含以下步驟-
(1) 將食品廠等有機廢棄糟粕、木器加工企業和造紙業木質素類廢棄物、作物 秸稈及穀殼等有機物料、礦物腐殖酸類物質經過粉碎、過篩O80目)，進行發酵 堆肥處理後，將腐熟處理好的有機物料乾燥、粉碎(細度》100目)；
(2) 在工業合成尿素熔液工序中，尿液進入造粒塔前，或將成品尿素熔融，然 後將步驟(1)製備好的有機物料按30~50%的重量比例加入尿素熔液(溫度110 130°C，質量百分比濃度95% 98%)中，並充分攪拌混合；尿素熔融槽內加溫蒸汽 壓力為0.60 1.20Mpa;
(3) 將步驟(2)中混合有機複合尿液，送至造粒設備進行噴漿造粒。尿液管 路保溫蒸汽壓力為0.25 0.28MPa，造粒機內物料溫度60 65°C，造粒後物料含水 量2 4%;
(4) 造粒後進入乾燥筒中，進行乾燥，即為成品，乾燥機進口溫度為130 160 。C，出口溫度為55 70°C。乾燥的溫度根據配方需要，靈活掌握。
本發明的技術核心是在運用有機物料作為緩釋材料與尿素熔融造粒，製作有機 物料複合型緩釋尿素，實現有機-無機結合、C-N共濟、養分緩釋等多種途徑，提高 N肥的當季利用率，並且促進未被利用的N素保留在土壤中，提高土壤氮素肥力。 本發明所用的有機物料緩釋材料主要來源於工農業廢棄物和廢棄礦物材料。
其生產工藝流程是在工業合成尿素造粒前的尿液或熔融尿素中，添加有機物料 緩釋材料，攪拌均勻並使有機物料緩釋材料與尿素熔液充分反應，然後通過高塔造 粒或滾筒造粒工藝，製成有機物料複合型緩釋顆粒尿素。
本發明的原理是根據有機物料緩釋材料含有C、 H、 0、 N、 P、 K、 S等營養元 素、有機碳長鏈以及芳香核、羥基、羧基等活性基團，通過與熔融尿素分子進行鍵 合、膠結、絡合等化學和物理作用，使有機物料緩釋材料與尿素分子形成較穩定的 複合粒狀結構，達到有機-無機結合、C-N共濟、氮素養分緩釋的效果。本發明的優點是充分利用尿素熔融液體的良好粘結性能，克服了有機物料原 料纖維素含量高，結構疏鬆，粘結性能差，造粒比較困難的弱點，採用高溫熔融尿 液並補充一定量的蒸汽造粒，在生產過程上，可以實現肥料的一次性生產加工，產 品顆粒均勻圓滑，表面油黑髮亮。肥料顆粒機械強度高(》12N);在養分釋放利用 上可以實現有機無機共濟調控緩釋，增強了肥料的緩釋效果，提高了肥料利用率 (10-15%);在耕作上可以簡化農業作業；在效益上可以提高氮素利用率(5~10%); 特別是"有機無機共濟調控"，可以有機促無機，提高肥力，減少養分流失，避免 二次汙染，降低農業成本，並具有原料來源廣、不潮解，運輸、施用方便等特點， 在生產中應用前景廣闊。
圖1為本發明所述製備方法的主要工藝流程示意圖。
具體實施方式
實施例1:
將風化煤類物質經過粉碎、過篩(》80目)，進行發酵堆肥處理(方法見《固 體廢物堆肥化與有機復混肥生產》，李國學，張福鎖主編，2000，北京化學 工業出版社)，腐熟好後將有機物料乾燥(含水量2~3%)、粉碎(細度》100目)， 按重量比3:7的比例加入工業合成尿素造粒前的尿液或熔融尿素(溫度125°C，質量 百分比濃度96%)中，攪拌混勻，尿素熔融槽內加溫蒸汽壓力為l.OMPa。然後送至 高塔噴漿造粒設備進行噴漿造粒。尿液管路保溫蒸汽壓力為0.25MPa，造粒機內物 料溫度62°C，造粒後物料含水量3 5%。造粒後進入乾燥筒中，進行乾燥，即為成 品。乾燥機進口溫度14(TC，出口55。C。
實施例2:
將食品廠等有機廢棄糟粕、木器加工企業和造紙業木質素類廢棄物經過粉碎、 過篩(》80目)，進行發酵堆肥(方法如實施例1)處理，腐熟好後將有機物料幹 燥(含水量2~3%)、粉碎(細度^100目)，按重量比2:3的比例加入工業合成尿 素造粒前的尿液或熔融尿素(溫度125°C，質量百分比濃度96%)中，攪拌混合， 尿素熔融槽內加溫蒸汽壓力為l.OMPa，然後送至高塔噴漿造粒設備進行噴漿造粒。尿液管路保溫蒸汽壓力為0.25MPa，造粒機內物料溫度62°C，造粒後物料含水量 3 5%。造粒後進入乾燥筒中，進行乾燥，即為成品。乾燥機進口溫度150°C，出口 55°C。
實施例3:
將作物秸稈及穀殼等有機物料經過粉碎、過篩(>80目)，進行發酵堆肥(方 法如實施例1)處理，腐熟好後將有機物料乾燥(含水2 3%)、粉碎(細度》100 目)，按重量比1:1的比例加入工業合成尿素造粒前的尿液或熔融尿素(溫度125°C， 質量百分比濃度96%)中，攪拌混合，尿素熔融槽內加溫蒸汽壓力為l.OMPa，然後 送至高塔噴漿造粒設備進行噴漿造粒。尿液管路保溫蒸汽壓力為0.25MPa，造粒機 內物料溫度62°C，造粒後物料含水量3 5%。造粒後進入乾燥筒中，進行乾燥，即 為成品。乾燥機進口溫度14CTC，出口55'C。
實施例4:
將作物秸稈及穀殼等有機物料經過粉碎、過篩080目)，進行發酵堆肥(方 法如實施例l)處理，腐熟好後將有機物料乾燥(含水2 3%)、粉碎(細度》100 目)，按重量比3:7的比例加入工業合成尿素造粒前的尿液或熔融尿素(溫度125°C， 質量百分比濃度96%)中，攪拌混合，尿素熔融槽內加溫蒸汽壓力為l.OMPa,然後 送至高塔噴漿造粒設備進行噴漿造粒。尿液管路保溫蒸汽壓力為0.25MPa，造粒機 內物料溫度62'C，造粒後物料含水量3~5%。造粒後進入乾燥筒中，進行乾燥，即 為成品。乾燥機進口溫度140°C，出口55'C。
實施例5:
將風化煤類物質經過粉碎、過篩(》80目)，進行發酵堆肥(方法如實施例l) 處理，腐熟好後將有機物料乾燥(含水2~3%)、粉碎(細度》100目)，按重量比 1:1的比例加入工業合成尿素造粒前的尿液或熔融尿素(溫度125'C，質量百分比濃 度96%)中，攪拌混勻，尿素熔融槽內加溫蒸汽壓力為l.OMPa。然後送至高塔噴漿 造粒設備進行噴漿造粒。尿液管路保溫蒸汽壓力為0.25MPa，造粒機內物料溫度62 °C，造粒後物料含水量3~5%。造粒後進入乾燥筒中，進行乾燥，即為成品。乾燥機 進口溫度140°C，出口 55°C。在實際操作中，可以根據不同作物對養分的需要來改變尿素和有機物料的配比， 按以上實施例的操作步驟即可製作不同有機無機比例的有機物料複合型緩釋尿素肥 料。必要時可加入一定比例的磷、鉀等營養元素，按以上實施例的操作步驟即可制 作不同有機無機比例的有機物料複合型緩釋尿素複合肥料。
實施例6:效果試驗
在山東兗州進行了本發明肥料肥效驗證的田間試驗，試驗設置(1) CK1: 為對照l，使用生產常規施肥方式l，以普通複合肥(山東濟寧高科化工有限責任公 司生產，N:P:K=16:16:16) 375 kg/hm2作基肥，於玉米大口期再追施尿素(山東濟 寧高科化工有限責任公司生產，N46%) 165 kg/hm2; (2) CK2:為對照2，使用生 產常規施肥方式2，每公頃施用尿素450 kg，其中基肥和玉米大口期追肥各施用一半 (225 kg/hm2) ; (3) K:施用本發明實施例1的肥料產品(N:P:K= 13:5:10) 1035 kg/hm2，氮素用量與對照l、 2相同，作基肥一次性施用。試驗小區面積為333 m2， 每個處理3次重複，隨機排列。其它田間管理同當地農田。玉米成熟收穫後，計產。 用土鑽採取土樣，每個小區取三點，採樣深度為200 cm， 20 cm為一個層次，然後 迅速帶回實驗室，稱取新鮮土樣12.00 g於塑料振蕩瓶中，加入100 mL 0.01 mol/L CaCl2溶液浸提，振蕩1小時，過濾，濾液用紫外分光法測定各層土壤硝態氮含量。
試驗結果對照1 (CK1)，玉米產量10877.85kg/hm2，對照2 (CK2)玉米產 量U091.30kg/hm2，施用本發明肥料產品玉米產量為12351.15 kg/hm2，數據處理結 果表明本發明肥料產品對玉米的增產效果明顯，比普通複合肥作基肥、後追施尿 素的處理(CK1)增產13.5%，而比尿素分次施用(CK2)則增產11.4%。施用本發 明肥料產品能明顯降低土壤剖面的硝態氮含量(數據見下表)，尿素分次施用(CK2) 在60 cm以下土壤剖面硝態氮含量最高，在0 200 cm深度範圍內的硝態氮平均含量 也最高，而施用本發明肥料產品(K)的土壤剖面硝態氮含量最低，僅為對照l和對 照2的52%和34%，硝酸鹽含量分別降低了 48%和66%，可見，對照2和對照1 的硝態氮汙染地下水的生態風險明顯高於施用本發明肥料產品。試驗結果表明，在 等氮素養分量條件下，本發明肥料產品能夠顯著提高作物產量8~15%，降低了土壤 剖面硝酸鹽的淋洗累積量(30~50%)，可使氮素的當季利用率提高5~10%，提高肥 料利用率(10-15%)，是一種環境友好、經濟型肥料。表1:本發明肥料產品對土壤硝酸鹽含量的影響土層(cm)CK1CK2K
0~2014.2715.3210.58
20~406.377.375.24
24~604.665.884.12
60~806.7611.264.46
80 10010.4320.585.37
100~12012.3923.776.55
120~14013.0626.005.27
140~16015.1925.785.96
160~18018.6223.106.90
180~20017.7723.037.84
本發明肥料具有緩釋性能優、氮肥當季利用率高、培肥土壤、環境友好等特點。 其製作技術具有工藝簡單、原料來源廣、易於操作、成本低等優點。
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權利要求
1.一種有機物料複合型緩釋尿素，其特徵在於以有機物料緩釋材料和尿素原料經熔融、混合反應、造粒、乾燥後製得，尿素原料50～70重量份；有機物物料緩釋材料30～50重量份。
2. 根據權利要求l所述的有機物料複合型緩釋尿素，其特徵在於所述的尿素原料為熔融尿素或尿素工業生產過程中造粒前的尿素熔液。
3. 根據權利要求1所述的有機物料複合型緩釋尿素，其特徵在於所述的有機物物料緩釋材料為食品廠等有機廢棄糟粕、木器加工企業和造紙業木質素類廢棄物、 作物秸稈及穀殼等有機物料、礦物腐殖酸類物質等有機物料，通過快速發酵堆肥處 理，製成有機物料緩釋材料。
4. 權利要求l所述的有機物料複合型緩釋尿素的製備方法，其特徵在於，包含以下步驟(1) 將有機廢棄糟粕、木質素類廢棄物、作物秸稈及穀殼等有機物料、礦物腐 殖酸類物質經過粉碎、分選，進行發酵堆肥處理後，將腐熟處理好的有機物料乾燥、 粉碎、篩分，製成有機物料緩釋材料，細度》100目；(2) 在工業合成尿素熔液工序中，尿液進入造粒塔前，或將成品尿素熔融，然後將步驟(1)製備好的有機物料緩釋材料按30~50%的重量比例加入尿素熔液中， 並充分攪拌混合，使其充分反應；(3) 將步驟(2)中經過充分反應的有機複合尿液，送至造粒設備進行噴漿造粒；(4) 造粒後進入乾燥筒中，進行乾燥，即為成品。
5. 根據權利要求4所述的有機物料複合型緩釋尿素的製備方法，其特徵在於， 所述步驟(2)中尿素溶液的溫度為溫度U0 13(TC，質量百分比濃度為95% 98% 。
6. 根據權利要求4所述的有機物料複合型緩釋尿素的製備方法，其特徵在於， 所述步驟(2)在尿素熔融槽內進行，加溫蒸汽壓力為0.60 1.20Mpa。
7. 根據權利要求4所述的有機物料複合型緩釋尿素的製備方法，其特徵在於， 所述步驟(3)的條件是尿液管路保溫蒸汽壓力為0.25 0.28MPa，造粒機內物料 溫度60 65°C ，造粒後物料含水量3 5%。
8. 根據權利要求4所述的有機物料複合型緩釋尿素的製備方法，其特徵在於， 所述步驟(4)乾燥機進口溫度為130 160°C，出口溫度為55 70°C。
全文摘要
本發明公開了一種有機物料複合型緩釋尿素及其製備方法，屬農業領域。以有機物料緩釋材料和尿素原料經熔融、混合反應、造粒、乾燥後製得尿素原料50～70重量份，有機物物料緩釋材料30～50重量份。肥料的特點是通過有機-無機結合、C-N共濟調控、養分緩釋來實現提高N肥的當季利用率(5～10％)，促進未被利用的化肥氮素保留在土壤中，提高土壤氮素肥力，減少氮肥損失；肥料製作技術工藝簡單，易於操作，生產投資低，減免了包膜緩釋肥二次加工的生產成本，並具有原料來源廣，肥料顆粒機械強度高(機械強度≥12N)、不潮解，運輸、施用方便等特點，在生產中應用前景廣闊。
文檔編號C05C9/00GK101492310SQ200810056589
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月22日 優先權日2008年1月22日
發明者李小平, 李燕婷, 李秀英, 王麗霞, 趙秉強 申請人:中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所