涂层缓释一次肥 【技术领域】
本发明涉及肥料，特别是一种涂层缓释一次肥，属于肥料制备技术领域。
背景技术
粮食安全是当前国内、国际关注的焦点，确保粮食安全是确保社会稳定和可持续发展的战略问题。肥料作为“粮食的粮食”，对粮食增产的贡献率达到近50％，同时，肥料也是最大农业成本投入。因此，合理、科学的施肥是确保粮食安全重要保障之一。目前，由于我国化肥产品创新滞后，加之施用不当，造成化肥利用率偏低，不仅严重浪费资源，增加施肥成本，而且加大了施肥对环境的风险。在肥料制备技术领域，缓释控释、复合高效、友好环境是肥料研究和发展的趋势。缓控释肥料是当今研究的热点，被誉为“二十一世纪的肥料”。近半个世纪以来，世界各国都在积极研发肥料缓控释技术，并开发出多种缓控释产品。这些缓控释产品概括地讲，基本上通过四个途径来实现对养分的控制释放。1)合成缓溶有机氮肥，如脲甲醛(UF)、尿乙醛(CDU)、异丁烯叉二脲(IBDU)等；2)合成缓溶无机氮肥，如磷酸铵镁(NH4MgPO4)等；3)包膜(裹)缓释/控释肥料，如硫衣尿素、涂层尿素、Nutricote CAFS、Luxuriance(乐熹施)；4)生产抑制剂改良的缓释肥料，如长效碳铵(添加改良的双氰胺DCD)、长效尿素等。现有技术中公开的缓控释肥料由于较高的生产成本，主要应用于花卉及其高经济附加值的作物上。几种经常提到的缓控释肥料产品中包硫尿素价格一般最低大约是普通尿素价格的1～2倍，脲甲醛产品次之，单位N比普通尿素高3～5倍，聚合物包膜控释肥料更高，可以达到4～8倍。如果应用在农作物上，难以获得令人满意投入产出比。因此，由于较高的生产成本，成为缓释、控释肥料在大田作物应用的“瓶颈”，影响了缓释、控释肥料的大面积推广。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种用于大田作物的、低成本的缓释、增效型肥料，解决了因缓释肥料成本高、难以在大田应用的难题。
本发明的目的是这样实现的。本发明采用与氮、磷、钾肥料颗粒表面具有较强的亲和能力和成膜特性的涂层材料，分别涂布在不同肥料颗粒表面，形成一层或多层包膜，成为具有“控氮缓释、促磷增效、防钾淋失”特性缓释、增效型单质(或两种以上养分)改性肥料，采用掺混工艺根据测土施肥需要可以得到不同用途的大田作物专用肥。
具体地说，本发明地涂层缓释一次肥由基础肥料和涂附在基础肥料表面形成的涂层组成，涂层涂液的用量为基础肥料质量的0.5％～8％。
所说的涂层缓释一次肥的涂层涂液是在适量的有机、无机混合胶体溶液中，加入中、微量元素、有机酸调节剂等，在不锈钢材质反应釜中，加热到70—80℃制成涂层溶液(即涂液)。因基础肥料(如：大颗粒尿素、磷酸一铵、氯化钾、硫酸钾)的理化特性不同，涂液配比方案也不相同，分为三大系列：涂层氮肥涂液(N1)、涂覆氮肥涂液(N2)、涂层磷铵涂液(P)、涂层氯化钾涂液(K)。生产时，分别用于上述基础肥料表面的涂附或团粒造粒工艺。在包膜机内使用涂液对基础肥料进行包膜涂层处理，使涂液均匀涂布于基础肥料颗粒表面得到不同特性和用途的涂层缓释一次肥。
本发明中涂层涂液的组成以质量份数比表示如下：腐殖酸盐0.5～10份、天然胶0.1～2.5份、改性淀粉0.1～2.5份、尿素5～20份、硫酸锌0.5～4份、硫酸锰0.5～3份、硫酸亚铁0.5～20份、硼酸0.5～1份、钼酸钠0.1～1份、有机酸调节剂2.5～3份、柠檬酸铵2.5～3份、水87.2～30份。
所说的腐殖酸盐为腐殖酸钾、腐殖酸钠、腐殖酸铁中的一种或两种以上混合物；中、微量元素为作物生长所必需的锌、锰、硼中的一种或两种以上混合物，一般常用硫酸锌、硫酸锰、硫酸亚铁、硼酸等；天然胶为骨胶、明胶、胶原、淀粉中的一种或两种以上混合物；有机酸调节剂为黄腐酸、柠檬酸、草酸中的一种或两种以上混合物。
各种涂液的技术指标：
1、涂层尿素涂液，外观为墨绿色(非染料指示色)、比重为1.22～1.24、PH值3～4。主要用于第一次对大颗粒尿素进行涂层处理，使用量约为基础肥料的质量的0.5～0.7％，
2、涂覆尿素涂液：外观为深蓝色(非染料指示色)、比重1.24～1.26、PH值4～5；主要用于对经过第一次涂层处理的大颗粒尿素进行第二次加工处理，使用量约为基础肥料质量的0.5～0.6％.
3、磷肥涂层涂液：外观为黑色或染料指示色、比重为1.12～1.14、PH值7～8，使用量约为基础肥料质量的2％～3％。
4、钾肥造粒涂液：外观黑色(非染料指示色)、比重为1.08～1.10、PH值5～6，主要用来代替传统团粒造粒法中酸或水，使用量为基础肥料质量的6％～8％。
本发明的涂层缓释一次肥中所说的基础肥料包括：大颗粒尿素；磷酸一铵、磷酸二铵、重钙、钙镁磷肥等颗粒状磷肥；氯化钾、硫酸钾、硝酸钾、钾镁肥、灰钾肥等粉料；其他辅助性基础原料，如：腐殖酸、硅肥、钙肥、泥炭、粘土、凹凸棒粉(镁铝硅酸盐矿物粉)、表面处理剂：由微晶石蜡70份、煤焦油20份、桐油10份组成的混合物、滑石粉等；可以制成涂层大颗粒尿素或涂覆两次或多次涂层大颗粒尿素等多次涂层肥料及使用涂液通过团粒造粒方法制成的粒状肥料。
本发明不仅降低了缓释成本，而且减少了掺混肥的不均匀离散现象，更加适合机械施肥，并可参照测土配肥方案灵活调整配方，定量组织生产，养分种类、形态多元共存，功能互补，营养功能完备，作用独特，肥效稳长。实现了氮、磷、钾三大主养分的改性，具有完备缓释增效功能，提高了肥料利用率。同时，减少了“晶体架桥”的结块现象，产品不结块、不吸湿、不离析，商品粒度均匀，适宜机械化施肥，标准化生产。
【具体实施方式】
以下实施例用于说明本发明。
实施例1 棉花专用涂层缓释一次肥(N:P:K＝17：8：15)
(一)基础肥料组成：大颗粒尿素(N≥46％)、磷酸一铵(N≥11％，P2O5≥44％)、氯化钾(K2O≥60％)、凹凸棒粉(镁铝硅酸盐矿物粉)、腐殖酸粉及根据棉花需求设计的氮、磷、钾三种涂液。
(二)涂液的制备：①涂层尿素涂液，配方：尿素20份、皮胶1.2份、硫酸锌3.0份、硫酸锰2.5份、硫酸亚铁15份、硼酸0.5份、钼酸钠0.1份、黄腐酸2.5份、柠檬酸按2.5份、剩余量用水补齐；主要设备：调温反应釜或具有加温功能及搅拌功能的反应罐、液体计量泵、管道过滤器等；生产工艺：将皮胶放入已注入少量水的反应器中，逐步加热到70～80℃，并保持搅拌，待用。同时，在其他反应器中将硫酸锌、硫酸锰、硫酸亚铁等微量元素溶解，并加入尿素、柠檬酸铵，待充分反应后，注入皮胶水溶液中，并充分搅拌，待温度下降后，再加入黄腐酸等，经过滤后装入包装桶，备用。②涂层磷酸一铵涂液，配方：腐殖酸钠5份、尿素20份、硫酸锌0.5份、硫酸锰0.5份、硫酸亚铁0.5份、硼酸0.5份、柠檬酸铵2.5份、黄腐酸0.5份，剩余质量用水补齐，主要设备同上，将腐殖酸钠放入加已注入少量水的反应器中，逐步加热到70～80℃，并保持搅拌，待用。同时，在其他反应器中将硫酸锌、硫酸锰、硫酸亚铁等微量元素溶解，并加入尿素、柠檬酸铵，待充分反应后，注入腐殖酸钠水溶液中，并充分搅拌，待温度下降后，再加入黄腐酸等，经过滤后装入包装桶，备用。③涂层钾肥涂液，配方：腐殖酸钾1份、皮胶1份、尿素5份、硫酸锌1.5份、硫酸锰1.5份、硫酸亚铁1.5份、硼酸0.5份、柠檬酸铵2.5份、柠檬酸0.5份，剩余质量用水补齐。主要设备同上，生产工艺将皮胶放入加已注入少量水的反应器中，逐步加热到70～80℃，并保持搅拌，待用。同时，在其他反应器中先加入腐殖酸钾待溶解后(加热、搅拌)，再依次加入硫酸锌、硫酸锰、硫酸亚铁等微量元素、尿素、柠檬酸铵，待充分反应后，注入皮胶水溶液中，并充分搅拌，待温度下降后，加入柠檬酸，经过滤后装入包装桶，备用。上述三种涂液均为棉花专用涂层缓释一次肥的专用涂层涂液。
(三)棉花涂层缓释一次肥的生产工艺
(1)单质肥料涂层生产工艺(本项可通用于棉花、玉米、小麦等涂层缓释一次肥的生产)。①大颗粒尿素涂层包膜生产工艺，主要设备：包膜机，计量或定量皮带机、涂液计量泵、雾化喷涂装置、热风炉、引风机等(以上机械市场有售)；生产方法：在包膜机内使用尿素涂液(N1或N2)对大颗粒尿素进行包膜涂层处理，使涂液能够均匀涂布于尿素颗粒表面，形成脲基络合金属盐包裹层。第一次涂层包膜材料使用涂层尿素涂液(N1)，用量为供料量的0.5～0.7％，所制成物料称之为涂层尿素。第二次及多次涂层包膜处理，采用涂覆涂液(N2)对N1涂液处理过的大颗粒尿素进行二次或多次涂布处理，每次处理N2涂液的用量为供料量的0.5～0.6％，所制成物料称之为涂覆尿素。大颗粒尿素经过涂层处理后，应采用低温大通风量干燥处理，在高温、潮湿的环境中可添加滑石粉等辅料。②涂层磷酸一铵涂层包膜生产工艺。采用主要生产设备同上。在包膜机内使用P涂液对颗粒磷酸一铵进行包膜涂层处理，使P涂液能够均匀涂布于磷酸一铵肥料颗粒表面，P涂液用量为供料量的2％～3％，磷酸一铵经过涂层处理之后，应采用低温大通风量干燥处理。③涂层钾肥生产造粒工艺。主要设备可参照一般复合肥生产设备，主要包括：圆盘造粒或转鼓造粒机、转鼓干燥机、冷却机、分筛、计量包装等，特别指出的是需要在圆盘或转鼓造粒机上加装涂液喷淋装置。生产方法：称取粉状(或经过粉碎)氯化钾512.1公斤/吨、凹凸棒粉380.1公斤/吨、粉状腐殖酸100公斤/吨(剩余质量为加入涂液干物质质量)，经搅拌混均，定量连续加入圆盘或转鼓造粒机中，喷淋K涂液，利用团粒造粒法原理形成颗粒，经干燥、冷却、分筛等工艺，得到粒度2～4mm颗粒，与大颗粒尿素、颗粒磷酸一铵的粒径相匹配，含水量应低于2％，化验测定K2O≥31.27％。生产过程中，K涂液用量为粉状钾肥及其辅料供料量的8％左右。
(2)混成成品肥料工艺。主要设备BB生产专用掺混机，生产方法：称取涂层尿素161.4公斤、涂覆尿素161.4公斤、涂层磷酸一铵183.1公斤、31.27％(指氧化钾含量)氯化钾颗粒494.1公斤，混合均匀，计量包装。
实施例2 玉米专用涂层缓释一次肥(N:P:K＝21：5：14)
(一)基础肥料组成：大颗粒尿素(N≥46％)、磷酸一铵(N≥11％，P2O5≥44％)、氯化钾(K2O≥60％)、凹凸棒粉(镁铝硅酸盐矿物粉)、腐殖酸粉及根据玉米需求设计的氮、磷、钾三种涂液。
(二)涂液的制备：①涂层尿素涂液，配方：尿素20份、明胶1.6份、硫酸锌3.0份、硫酸锰2.5份、硫酸亚铁20份、硼酸0.5份、黄腐酸2.5份、柠檬酸铵2.5份、剩余质量用水补齐；主要设备及生产工艺同实施例1.②涂层磷酸一铵涂液，配方：明胶1.2份、尿素20份、硫酸锌0.5份、硫酸锰0.5份、硫酸亚铁0.5份、硼酸0.5份、柠檬酸0.5份、柠檬酸铵2.5份、剩余质量用水补齐，主要设备及生产工艺同实施例1。③涂层钾肥涂液，配方：腐殖酸钠5份、改性淀粉1份、尿素5份、硫酸锌3份、硫酸锰1.5份、硫酸亚铁1.5份、硼酸0.5份、柠檬酸铵2.5份、柠檬酸0.5份，剩余质量用水补齐。主要设备及生产工艺同实施例1。上述三种涂液均为玉米专用涂层缓释一次肥的专用涂层涂液。
(三)玉米涂层缓释一次肥的掺混生产工艺
(1)单质肥料涂层生产工艺：①涂层大颗粒尿素涂层包膜生产工艺，主要设备同实施例1，生产方法：在包膜机内使用涂层尿素涂液(N1)对大颗粒尿素进行包膜涂层处理，使涂层尿素涂液能够均匀涂布于尿素颗粒表面，形成脲基络合金属盐包裹层，用量为大颗粒尿素供料量的0.5～0.7％。(与实施例1差别，不进行第二次涂层处理)②涂层磷酸一铵涂层包膜生产工艺。采用主要生产设备及生产工艺同实施例1。③涂层钾肥生产造粒工艺。主要设备同实施例1。生产方法：称取粉状(或经过粉碎)氯化钾508.6公斤/吨、凹凸棒粉377公斤/吨、粉状腐殖酸100公斤/吨(剩余质量为加入涂液干物质质量)，其他生产工艺同实施例1，化验测定K2O≥30.5％。
(2)混成成品肥料工艺。主要设备BB生产专用掺混机，生产方法：称取涂层尿素426.8公斤、涂层磷酸一铵114.4公斤、31.27％(指氧化钾含量)氯化钾颗粒458.8公斤，混合均匀，计量包装。
实施例3 水稻专用涂层缓释一次肥(N:P:K＝20：9：16)
(一)基础肥料组成：大颗粒尿素(N≥46％)、磷酸一铵(N≥11％，P2O5≥44％)、氯化钾(K2O≥60％)、凹凸棒粉(镁铝硅酸盐矿物粉)、硅肥、表面处理剂、腐殖酸粉及根据水稻需求设计的氮、磷、钾三种涂液。
(二)涂液的制备：①涂层尿素涂液，配方：尿素20份、明胶1.6份、硫酸锌3.0份、硫酸锰2.5份、硫酸亚铁10份、硼酸0.5份、钼酸钠0.1份、柠檬酸2.5份、柠檬酸铵2.5份、剩余质量用水补齐；主要设备及生产工艺同实施例1。②涂层磷酸一铵涂液，配方：腐殖酸钾5份、尿素20份、硫酸锌0.5份、硫酸锰0.5份、硫酸亚铁0.5份、硼酸0.5份、柠檬酸铵2.5份、剩余质量用水补齐，主要设备及生产工艺同实施例1。③涂层钾肥涂液，配方：腐殖酸钾1份、皮胶1份、尿素5份、硫酸锌1.5份、硫酸锰1.5份、硫酸亚铁1.5份、硼酸0.5份、柠檬酸铵2.5份、柠檬酸0.5份，剩余质量用水补齐。主要设备及生产工艺同实施例1。上述三种涂液均为水稻专用涂层缓释一次肥的专用涂层涂液。
(三)水稻涂层缓释一次肥的掺混生产工艺
(1)单质肥料涂层生产工艺：①大颗粒尿素涂层包膜生产工艺，主要设备及生产工艺同实施例1，需特别指出的是，为提高两次及多次涂层形成的涂覆尿素包膜的耐水性，本项需对实施例1所述工艺生产出的涂覆尿素进行表面处理，其生产方法如下：在包膜机中，采用表面处理剂(或称密封剂，微晶石蜡70份、煤焦油20份、桐油10份的混合物)均匀涂布于涂覆尿素物料表面，用量为供料量的2—3％，所制成物料称之为耐水型涂覆尿素。②涂层磷酸一铵涂层包膜生产工艺。主要设备及生产工艺同实施例1。③涂层钾肥生产造粒工艺。主要设备同实施例1。生产方法：称取粉状(或经过粉碎)氯化钾654.6公斤/吨、凹凸棒粉181公斤/吨、粉状腐殖酸50公斤/吨、粉状硅肥100公斤/吨(剩余质量为加入涂液干物质质量)，其他生产工艺同实施例1，成品化验测定K2O≥39.28％。
(2)混成成品肥料工艺。主要设备BB生产专用掺混机，生产方法：称取涂层尿素193.32公斤、耐水型涂覆尿素193.32公斤、涂层磷酸一铵205.99公斤、39.28％(指氧化钾含量)氯化钾颗粒407.37公斤，混合均匀，计量包装
以上具体实施例说明，涂层缓释一次肥的涂液及基础肥料配方的设计，可根据不同土壤环境和应用作物，科学调整配比方案，有效提高施肥的针对性，真正做到“测土配肥”、“精准施肥”。
本发明的涂层缓释一次肥在实际应用中取得了满意的效果。十几年来累计生产小麦、玉米、棉花、蔬菜等作物专用肥料10万吨，推广面积200万亩，连续8年平均增产15％以上，比一般复合肥利用率提高10个百分点，在小麦亩产600公斤，玉米700公斤，皮棉100公斤的产量水平下，均可实现一茬作物施一次肥，在蔬菜、果品作物上增产，并明显改善作物品质的。……在施用中通过秸秆粉碎、带茬播种、肥料深施、地膜覆盖等多道工序一次完成，将传统的一茬作物既要施基肥、种肥又要追肥简化为一次施肥，省肥20％，省水30％，省工30％，与习惯施肥对照，小麦亩增50kg、玉米亩增70kg、籽棉亩增30kg。
下表列出的是涂层缓释一次肥与其他肥料产品的比较。
涂层缓释一次肥与其他肥料产品的比较
项目涂层缓释肥树脂型缓释肥料硝化、脲酶抑制剂稳定肥料缓释原理采用与氮、磷、钾肥料颗粒表面具有较强的亲和能力和成膜特性的涂层材料，分别涂布在不同肥料颗粒表面，形成一层或多层包膜，成为采用水分透过率很低的高分子树脂作为包衣材料，将其均匀喷涂于肥料颗粒表面，使其形成一层水分渗透性很低的树脂膜，土壤中的水分通过树脂膜进通过硝化、脲酶抑制剂来抑制自然的土壤生化过程达到减缓作物养分有效供给的目标。消化抑制剂在一定时期内通过抑制土壤中亚硝化细菌的活性推迟铵离子的微生物氧
具有“控氮缓释、促磷增效、防钾淋失”功能。入肥料颗粒内，将养分溶出膜外供作物吸收。化；脲酶抑制剂在一定时期阻止和抑制尿素中酰胺态氮转化为氢氧化铵和铵，减缓土壤中尿素水解速度，减少氨的挥发损失。缓释功能采用包膜与团絮结构模式实现延迟溶解、减速溶出、控制扩散、降低脲酶活性等缓释目标；增加螯合态微量元素供给。采用包膜处理主要是控制养分溶出，功能效果比较单一。在普通复合肥生产过程中加入适量消化抑制剂(DCD、TU等)、脲酶抑制剂(HQ、NBPT等)或两类的复合添加剂，起到抑制脲酶、亚消化细菌活性。缓释效果降低脲酶活性、增加土壤吸附缓释效应期200天，达到小麦、棉花等作物全生育期养分供应。适用于北方干旱、半干旱农作区。养分溶出速度减慢，缓释期3～9个月，能够适用南方水田。对土壤脲酶活性具有抑制作用、对土壤中消化细菌具有抑制作用。肥效期可达120天。不同气候、土壤条件缓释效果不一致。安全性包膜原料为有机无机混成液体，无毒，可作为营养液直接施用，无残留。高分子树脂材料，化学性质稳定，短时期内不能降解，对作物无营养功能。低毒，对人畜和作物安全，在土壤中极少量残留。部分原料有毒生产工程中应注意。成本加工设备简单；增加生产成本2％～3％；设备工艺复杂，增加生产成本多在复合肥生产工艺中加入，增加成本2～3％应用效果(仅棉花)较习惯施肥产14.3％，养分利用率提高10个百分点(河北省辛集市土肥站 杨兆波试验《涂层缓释肥的研究与应用》)1、较习惯施肥增产10.83％(湖北省土肥站易妍睿《金正大控释肥应用于棉花试验效果》；2、涂层缓释一次肥与农博士缓释一次肥对比试验增产23％(烟台市农资科技公司)提高肥料利用率8.7个百分点，可使作物增产10％左右。(中国科学院沈阳生态所《长效复合肥添加剂鉴定材料》