一種用于制備肥料的方法
【專利說明】一種用于制備肥料的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明提供了一種用于制備富含微量營養(yǎng)素的磷酸鹽基肥料的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 微量營養(yǎng)素包括鋅、硼、銅、鐵、氯、鉬和錳，其是植物生長所必需的，但只需要非常 小的量?？蓪⑽⒘繝I養(yǎng)素摻入肥料配方中，但存在許多與微量營養(yǎng)素的有效摻入相關(guān)的挑 戰(zhàn)。將微量營養(yǎng)素摻入肥料堆中會導(dǎo)致微量營養(yǎng)素的溶解度低，使得其一旦施用于土壤時 不容易被植物利用。涂布微量營養(yǎng)素到肥料上會通過磨損而導(dǎo)致微量營養(yǎng)素損失。摻混肥 料是由混合在一種或多種肥料中的小部分微量營養(yǎng)素小球或顆粒組成，這會導(dǎo)致微量營養(yǎng) 素的空間分布差，使得施用到土壤的微量營養(yǎng)素不均勻。
[0004] 美國6322607解決了為土壤或植物提供相對有效的鋅吸收而提供富含鋅的肥料 的問題。它公開了用于制備富含鋅的磷酸銨肥料的方法，其中固體磷酸銨和鋅源如氧化鋅 或硫酸鋅共同造粒。根據(jù)建議，該方法避免或最大限度地減少了磷酸銨基質(zhì)和鋅源之間的 反應(yīng)，從而提供了其中鋅更容易被土壤和植物吸收利用的共同顆粒。
[0005] 本發(fā)明人設(shè)法提供一種用于制備富含微量營養(yǎng)素的磷酸鹽基肥料的方法，其中所 述微量營養(yǎng)素易于被植物利用。
[0006] 發(fā)明概述
[0007] 因此，本發(fā)明提供了一種用于制備富含微量營養(yǎng)素的磷酸鹽基肥料的方法，其包 括以下步驟：
[0008] (a)制備包含磷酸和/或磷酸鹽巖的水性肥料混合物；和
[0009] (b)任選地在造粒裝置中對所述肥料混合物進行造粒；
[0010] 其中在步驟（a)或步驟（b)中測定并控制所述肥料混合物的pH，使得pH保持在預(yù) 定范圍內(nèi)；
[0011] 且其中在步驟（a)或步驟（b)中加入微量營養(yǎng)素源。
[0012] 本發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過控制pH使得pH保持在預(yù)定范圍內(nèi)，可以確保該微量營 養(yǎng)素基本上以水溶性形式存在于肥料中。在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，本領(lǐng)域技術(shù)人員已設(shè)法最 大限度地減少微量營養(yǎng)素源和其他肥料成分的反應(yīng)，但本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)甚至當(dāng)在肥料組分 的反應(yīng)過程中存在微量營養(yǎng)素時，可以控制甚至促進微量營養(yǎng)素的溶解度。所得肥料中微 量營養(yǎng)素以基本上可用于植物的形式存在，因此對于給定的微量營養(yǎng)素濃度，該肥料可以 為每單位質(zhì)量的肥料提供更高濃度的水溶性微量營養(yǎng)素，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員可以減少肥 料中的微量營養(yǎng)素含量并仍為植物提供有效量的微量營養(yǎng)素。微量營養(yǎng)素分布在整個肥料 中，并且通過磨損沒有損失微量營養(yǎng)素。
【附圖說明】
[0013] 圖1示出了氨和磷酸的滴定曲線以及鋅在富含鋅的磷酸一銨中的水溶解度值。
[0014] 圖2示出了氨、磷酸和硫酸的滴定曲線以及鋅在富含鋅的磷酸一銨中的水溶解度 值。
[0015] 圖3示出了pH和鋅在富含鋅的磷酸一銨肥料中的水溶解度之間的關(guān)系。
[0016] 發(fā)明詳述
[0017] 本發(fā)明的方法包括制備包含磷酸和/或磷酸鹽巖的水性肥料混合物的步驟。在本 發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，磷酸鹽基肥料是磷酸銨肥料（例如磷酸一銨或磷酸二銨），且步驟 (a)是制備包含磷酸和氨的水性肥料混合物的步驟。在本發(fā)明的另一個實施方案中，磷酸鹽 基肥料是重過磷酸媽（triplesuperphosphate)，且步驟（a)是制備包含磷酸和磷酸鹽巖 的水性肥料混合物的步驟。在又一個本發(fā)明的實施方案中，磷酸鹽基肥料是單過磷酸鈣，且 步驟（a)是制備包含磷酸鹽巖和硫酸的水性肥料混合物的步驟。
[0018] 當(dāng)磷酸鹽基肥料是磷酸銨基肥料時，選擇氨和磷酸的量以提供優(yōu)選的肥料配方， 但也可以作為控制pH值的一種手段而變化。N:P摩爾比是指每摩爾磷酸的氨的摩爾數(shù)，其 適宜地為0. 9至1的范圍內(nèi)以確保磷酸少量未氨化（underammoniated)。
[0019] 磷酸的強度優(yōu)選為5_60wt%P205，更優(yōu)選為10_50wt%P205。氨優(yōu)選以無水氨提 供。
[0020] 肥料混合物是水性的?？蓪⑺尤氲椒柿匣旌衔镏谢蛟谄渌煞郑ɡ缌姿幔﹥?nèi) 可有足夠的水。
[0021] 在一個優(yōu)選的實施方案中，肥料混合物還包含單質(zhì)硫。單質(zhì)硫可以單質(zhì)硫顆粒的 衆(zhòng)料或者以恪融硫加入。單質(zhì)硫的量優(yōu)選在l_12wt%的范圍內(nèi)，其中重量百分比是單質(zhì)硫 的重量除以肥料產(chǎn)品的總重量。
[0022] 肥料混合物可以進一步包含硫酸。硫酸的量優(yōu)選在l_5wt%的范圍內(nèi)，其中重量百 分比是硫酸的重量除以肥料產(chǎn)品的總重量。硫酸的量可以作為控制pH值的一種手段而變 化。
[0023] 步驟（a)優(yōu)選在預(yù)中和器、十字管反應(yīng)器、攪拌機或梳式混合器中實施。肥料組分 的反應(yīng)通常放熱并導(dǎo)致劇烈混合，使得不需要進一步的攪拌。在十字管反應(yīng)器中的停留時 間優(yōu)選僅為幾秒，例如1-5秒。在預(yù)中和器中的停留時間可能更長，例如30-60分鐘。
[0024] 步驟（a)的產(chǎn)物是水性漿料。在本發(fā)明的方法的一個優(yōu)選實施方案中，該方法包 括步驟（b)，即在造粒裝置中對步驟（a)的產(chǎn)物進行造粒。
[0025] 術(shù)語"造粒裝置"用來描述用于形成肥料產(chǎn)品的顆粒的裝置。常用的造粒機描述 于Perry'sChemicalEngineers'Handbook，第 20 章（1997)。優(yōu)選的造粒機是鼓式造粒 機或盤式造粒機。優(yōu)選地，該混合物被栗送并分布在鼓式造粒機中材料的滾動床上。任選 地，水和蒸汽可以供應(yīng)到造粒機以根據(jù)需要控制造粒過程的溫度。任選地，回收的肥料顆粒 可被添加到造粒裝置?；厥盏姆柿项w粒中添加造粒和成核劑。它們獲自最終肥料產(chǎn)品。適 宜地，它們具有小的粒徑（所謂的不符合規(guī)格的細粉）。
[0026] 造粒后的肥料優(yōu)選在干燥裝置中進行干燥。在一個優(yōu)選的實施方案中，肥料在干 燥裝置中風(fēng)干，從而避免了需要額外的干燥設(shè)備?？蛇x地，使用其中通過濕固體和熱氣體之 間的直接接觸來完成用于干燥的熱傳遞的干燥裝置，從而能夠進行更快地干燥步驟。典型 地，干燥裝置是旋轉(zhuǎn)干燥器。
[0027] 優(yōu)選地，肥料顆粒根據(jù)其尺寸在分選裝置中進行分選，以實現(xiàn)更均勻的尺寸分布。 通常，過大的顆粒被粉碎并返回至分選裝置，而過小的顆粒作為所謂的不符合規(guī)格的細粉 被返回至造粒機。肥料顆粒的優(yōu)選的尺寸范圍為1. 5-5. 0毫米，更優(yōu)選2-4毫米，以顆粒的 平均直徑表示。使用落入此范圍內(nèi)的顆粒在將該顆粒施用至土壤后更可能使土壤中肥料成 分的分布更均勻。
[0028] 在步驟（a)或步驟（b)中加入微量營養(yǎng)素源。微量營養(yǎng)素源可以作為單獨的成分 添加，或者可以作為不同成分的混合物中的一種成分添加。
[0029] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，微量營養(yǎng)素是鋅。如果微量營養(yǎng)素是鋅，則微量 營養(yǎng)素源優(yōu)選是氧化鋅或硫酸鋅。令人驚奇的是，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，鋅在肥料產(chǎn)品中的溶解 度不是由鋅在鋅源中的溶解度決定的；不溶性和可溶性鋅化合物同樣適合用作鋅源。本發(fā) 明人已發(fā)現(xiàn)，硫酸鋅可容易地被替換為更致密、更便宜的氧化鋅，而且仍然得到具有與使用 硫酸鋅獲得的水溶解度相同的肥料。
[0030] 在本發(fā)明一個替代的實施方案中，微量營養(yǎng)素是銅或硼。銅的合適來源包括氧化 銅和硫酸銅。硼的合適來源包括硼酸、硼酸鈉和硼酸鈣。
[0031] 微量營養(yǎng)素的量優(yōu)選在〇.〇5_5wt%的范圍內(nèi)，其中重量百分比是元素微量營養(yǎng)素 的重量除以肥料產(chǎn)品的總重量。當(dāng)微量營養(yǎng)素是鋅時，鋅的優(yōu)選量優(yōu)選在〇.5-2wt%的范圍 內(nèi)。
[0032] 在步驟（a)或步驟（b)中測定并控制肥料混合物的pH，使得pH保持在預(yù)定范圍 內(nèi)。優(yōu)選地，測定步驟（b)的造粒產(chǎn)物的pH。造粒產(chǎn)物的pH的測定適宜地使用如歐洲標(biāo) 準(zhǔn)EN13037中描述的用于固體肥料pH測定的標(biāo)準(zhǔn)方法進行。實質(zhì)上，將造粒產(chǎn)物分散在 水中（如有必要，在研磨機中研磨造粒產(chǎn)物），并且使用pH計測定所得懸浮液的pH?？蛇x 地，通常在步驟（a)中可以聯(lián)機測定pH。步驟（a)中pH的測定可以使用pH計進行。
[0033] 可以通過改變步驟（a)和/或步驟（b)中酸和堿性反應(yīng)物的量來控制pH。這些反 應(yīng)物可以是將要形成肥料的化合物（如磷酸、氨、硫酸），和/或可以是單獨加入以控制pH 的補充酸和堿。
[0034] 根據(jù)待摻入的微量營養(yǎng)素選擇預(yù)定的pH范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過進行肥料 成分和微量營養(yǎng)素的滴定來確定預(yù)定的pH范圍，例如對于磷酸銨肥料，通過進行磷酸、銨 和微量營養(yǎng)素的滴定來確定預(yù)定的pH范圍。在這種滴定中，將氨逐漸加入到磷酸和微量營 養(yǎng)素的混合物中。在各種pH值下進行采樣并測定微量營養(yǎng)素的溶解度?？梢酝ㄟ^不同的 方法測定溶解度，包括EUROPEANRE⑶LATION(EC)第2003/2003號（EC肥料）中描述的那 些或由肥料和磷酸鹽化學(xué)協(xié)會（AFPC)描述的那些。
[0035] 當(dāng)微量營養(yǎng)素是鋅，預(yù)定的pH范圍優(yōu)選為3-4. 5