一种磷石膏缓控复合肥.pdf

本发明是一种磷石膏缓控复合肥。磷石膏是一种排放量巨大的化工业废料，这种缓控复合肥主要由磷石膏和尿素或脲醛树脂经加工而成，也可按需要添加其他传统肥料成分。这种肥料肥效全面，并可根据植物需要控制肥效释放过程，提高肥料的有效利用率，可广泛用于植物栽培，尤其适合于砂质土壤，缺硫土壤和多年生植物及盐碱地。对十字花科、豆科作物及烟草、棉花等也较为适合，这种肥料生产工艺简单、耗能少、成本低，可作为大田肥料使用，对节能减排、环境保护有重要意义。

1、  一种磷石膏缓控复合肥，其特征在于：磷石膏与尿素水溶液或脲醛树脂混合，经制粉或造粒、固化、干燥形成。

2、  上述权利要求1所述之磷石膏缓控复合肥其特征在于根据需要可添加其他肥料成分。

3、  上述权利要求1，2任意一项所述之磷石膏缓控复合肥，其组分比例可根据肥料性能和控制肥效释放过程的需要选择配方。

4、  上述权利要求1，2任意一项所述磷石膏缓控复合肥中与尿素水溶液混合的磷石膏需要用半水磷石膏而与脲醛树脂混合的磷石膏可以是半水磷石膏或2水磷石膏(CaSo_4·2H₂O)。

5、  上述权利要求1，2任意一项所述之磷石膏与脲醛树脂形成的材料，可以制作既可为植物提供肥效，又可以培育植物的容器。

一种磷石膏缓控复合肥
1、技术领域：本发明是一种磷石膏缓控复合肥，属农林牧副渔领域。
2、背景技术：化肥是速效肥料，在现代农业中起着重要作用。但尿素等氮肥，易溶于水，在土壤中流失较大，浪费较多，传统化肥养分有效利用率低，长期使用不仅造成肥料养分的大量流失，造成化肥生产过程中煤、电、天然气等社会资源的大量浪费，更为严重的，长期大量施用传统化肥导致了地下水硝酸盐含量提高，湖泊水体富营养化和大气温室效应日益严重等恶果，使人类的生活质量与生存环境受到严重挑战。
1947年，美国的Rohner和wood提出用尿素与甲醛反应生成亚甲基脲作为迟效性肥料，通过有机合成形成肥料中的高分子氮化物，其释放率远小于速溶肥料于土壤中的释放率，获得了第一项迟效性肥料的专利。美国、日本及西欧各国。先后将这种肥料用于谷类栽培试验中。随后，迟效肥料获得了较大的发展，成为了系列化的“缓控释肥”，并形成了产业化，现被广泛使用。
缓控释肥，顾名思义，可延缓，控制肥料养分释放，即根据作物需求释放养分，以提高肥料率，它包括两种类型：一是合成有机氨氮肥，包括脲甲醛、脲乙醛；二是包膜肥料，如硫衣尿素，缓效无机氮肥，长效碳铵等。
脲甲醛是上述以尿素为基本原料，加以一定的甲醛经催化剂催化合成的一系列直链化合物，又称为脲醛树脂，简称UF。现已广泛应用于草地、树木上。目前，脲醛树脂在全球产量巨大，现主要作为人造板材的胶粘剂，中国年产量100万吨左右，美国年产量75万吨左右。
包膜长效肥料是在速效氮肥的颗粒上涂一层惰性物质，为石蜡、硫磺、树脂、聚乙烯、沥青、油脂等，通过表层惰性物质中微小孔洞，实现缓慢释放和控制释放养分的目的。
但是，长效氮肥成本较高，一直被称为“贵族肥料”。因为成本高于普通肥料，目前一般只能用于高经济价值的作物，为高尔夫草皮、园艺和盒栽植物，苗圃、蔬菜、水果等。尚不能广泛应用于大田作物。
磷石膏是工业湿法磷酸生产废料。生产一吨磷酸要排放5吨磷石膏。工业湿法磷酸是磷肥生产的原料，磷肥是农业生产中不可缺少的肥料。磷石膏排放在许多国家都有，现在磷石膏每年全球总排放量在2亿吨以上。中国大多数省份都有磷工业，多集中在云南、贵州、湖北、四川、湖南等磷矿资源丰富的磷工业基地。现在我国磷肥生产已经跃居全球第一，国内磷石膏和排放量将突破了3000万吨，已为中国天然石膏开采量的三倍以上。
2006年7月，中国国家环保总局已将磷石膏列为“危险固体废弃物”。在重视环保的今天，很多国家都比较重视对磷石膏的开发利用。全球将磷石膏主要利用于建材方面，涉及农业方面利用的技术不多，主要有：
磷石膏生产碳酸铵联产水泥，但工艺复杂，耗能高。
作为土壤改良剂。由于南方雨水较多，土壤中硫元素流失，所以土壤对植物的硫的供应水平低，上世纪70、80年代，中国科学院昆明生态研究所专家发现云南省江川县的稻田土壤硫元素偏低，施以磷石膏后，稻谷产量明显增长。云南农民发现磷石膏对农作物有一定肥效，将磷石膏施于山地农作物，作为缓释低效肥料。北方雨水相对较少，地表水蒸发严重，盐碱地多，磷石膏也用于盐碱地的改良。
目前，全世界磷石膏利用率小于4％。
本申请人在磷石膏利用方面十多年来进行了大量科研，之前在建筑材料领域申请了三项利用磷石膏专利，其申请号分别是：一种仿木材料031269540(已受权)；一种磷石膏复合材料2007100656025，一种磷石膏陶瓷材料。200710066333.4在“一种仿木材料”的发明专利中，申请人提出：以磷石膏与脲醛树脂混合反应形成一种机械强度好的新型建筑材料。
3、发明内容：本发明是一种磷石膏缓控复合肥，其特征是：利用磷石膏与尿素组合或磷石膏与脲醛树脂组合经加工形成。
①利用磷石膏与尿素混合，如果磷石膏是二水磷石膏，需先将磷石膏煅烧成半水磷石膏，将尿素和水按所需比例配制为尿素溶液，再以尿素溶液与半水磷石膏按所需比例混合，然后经造粒，固化，干燥形成。尿素和水、磷石膏组合比例，按肥料所需含氮量及肥料缓控需要因素而选择。理论上半水石膏水化需要17％左右的水(质量份)。
原理：石膏具有一个特性，二水石膏经过110—150℃煅烧可形成半水石膏：而半水石膏遇水后，在常温下又会水化为二水石膏，并快速凝固，磷石膏具有石膏的特性。石膏微溶于水，易吸湿。浇注成型的石膏空隙率在40％以上。
尿素水溶液可以使半水磷石膏水化，凝固成为固体材料，并还会增加磷石膏凝固的强度。尿素溶液与半水磷石膏混合后，半水磷石膏水化，吸收了尿素水溶液中的水，形成结晶，失水后的尿素被包容在磷石膏的晶体空隙和细微通道之中。造粒后的这种磷石膏混合肥料，结构为多微孔体，施于土壤中，在土壤中矿物质、水和植物根系的作用下从表面开始缓慢溶融分解，随之释放了尿素。磷石膏的煅烧程度，水化程度和颗粒度可以控制肥效的释放过程。
②利用磷石膏与脲醛树脂混合。前面已经提到的现有技术中用作迟效性肥料的脲醛树脂形态是脲醛树脂的粉料或颗粒，是用脲醛树脂溶液经喷雾、造粒、干燥而成。本发明则直接利用脲醛树脂溶液，与二水磷石膏或半水磷石膏制成粉料或混合后造粒、干燥形成。脲醛树脂配制过程中尿素与甲醛的摩尔比，按肥料所需氮含量及缓控需要选择。脲醛树脂与磷石膏的组合比例也按含氮量和缓控需要选择。
原理：脲醛树脂本身是一种迟效肥料。本申请人在以前申请的专利中已经提出：磷石膏是一种混合物，磷石膏中PH值为1.5—4，为酸性环境，这种酸性环境和磷石膏中的一些如磷酸铝等成分，可以使脲醛树脂在常温下快速固化。脲醛树脂为水溶性树脂，固含量为通常的50—65％，脲醛树脂中的水份也可以使半水磷石膏在常温下快速固化。石膏与脲醛树脂可以固化成为机械强度很好的材料。脲醛树脂对石膏的增强、学术界有两种观点：一是石膏与脲醛树脂发生了化学反应；另一种观点认为脲醛树脂填塞了石膏晶体间的空隙和细微孔道。磷石膏与脲醛树脂形成的材料为多微孔体结构。
申请人在处理磷石膏与脲醛树脂形成的复合材料生产废料中发现，这种废料会在植物根系、微生物、土壤和水的共同作用下缓慢分解，并对植物有很好的肥效，而且这种肥效是一种综合性的肥效。因为在这种肥料中，除了脲醛树脂是一种公认的肥料外，从肥料学的理论分析，磷石膏本身也是肥料。
磷石膏准确地说是一种成分较复杂的混合物，除含有的CaSO₄外，还会有20％的杂质，其中含有游离磷酸和硫酸，磷酸一钙、磷酸二钙、氟磷酸盐、钾、钠盐，未分解的磷矿山粉和有机质，除此之外还会有F₂O₅，AL₂O₃，MgO，ZnO等多种金属元素。其中石膏是植物通用的中量肥料，磷化物、硫化物、磷化物、钾盐及金属盐都是植物生长不可获缺的元素。
云南磷肥厂磷石膏主要组分：
组分  CaO    SO₃     Fe₂O₅      Al₂O₃      总P     总F
含量  29.0   41.5    0.07      0.105     2.0     0.304
磷石膏与脲醛树脂形成的复合肥料，还可以有效地控制肥效的释放过程，可供控制的技术环节是：尿素与甲醛的摩尔比，脲醛树脂的缩合程度，脲醛树脂与磷石膏的比例。磷石膏不煅烧及煅烧程度，掌握好环节，就可以使之成为“让庄稼想吃才吃”的肥料，而以上提及的技术环节，是制备脲醛树脂成熟石膏粉的普通技术。
本发明的磷石膏缓控复合肥除以上固有组分外，如果需要，还可以磷石膏固化成型或以脲醛树脂与磷石膏共同固化成型作为载体，加入其他肥料成分。
磷石膏缓控复合肥的性能：肥效全面，并可控制肥料的释放过程，生产工艺简单易行，节能耗，成本低。
磷石膏缓控释肥可以大量消耗工业废料，实现减排目的，以保护环境。人口膨胀、资源短缺、环境恶化是当今可持续发展三大问题，我国以世界上不足10％的耕地，养活了世界上20％以上的人口，也消耗了占世界30％以上化肥，单位面积耕地化肥使用量更是达到世界平均水平的3倍多。我国过度依赖化肥促进农业发展带来的问题现在显得越来越突出：粮食产出和化肥收入之间产投比下降，肥料利用率低，石油和磷矿等化肥资源逐渐紧缺。中国是农业大国，在农业发展中如何有效提高化肥使用率，节约使用自然资源和生产要素是中国面对的重要问题。磷石膏缓控复合肥料为解决上述问题找到了一条科学、简易、有效的新途径。
从磷石膏缓控复合肥的组分就可以看出：其中肥料成分比较全面，可以广泛使用于植物。由于它是一种酸性肥料，并具有缓控性能，所以可重点施于碱土及风化程度高、淋溶作用强、有机质含量低的土壤，而这种有效硫含量低的土壤在受强淋溶作用影响的地区普遍存在，如我国的南方地区。也可重点施于我国北方盐碱地，盐碱地存在硫盐积累的现象，虽然含硫量较高，但也含有较高的镁粒子浓度，对植物生长有不利影响，所以需要施石膏以产生钙离子等，当植物周围钙离子浓度增加时，由于钙对镁的拮抗作用，镁离子就不容易进入根内。还可重点施于砂质土壤和多年生植物，如草地、树木等。对耐酸性植物如杜鹃、茶树、菠萝等更为合适，另外对十字花科植物，如油菜、四季萝卜、芥菜、大蒜；豆科植物，如花生、菜豆，草烟、棉花也有较好的效果。对于酸性土壤和不耐酸的植物如紫花苜蓿、甜菜、柑橘、番茄等，则可配合石灰等碱性物质实施。
前面已经提到，磷石膏与脲醛树脂形成的材料是一种机械强度好的建筑材料，同时也是一种缓控复合肥料。因此可将磷石膏与脲醛树脂形成的材料制作成培育植物的容器，如花盆、花瓶等。这种容器本身可以缓慢分解为植物提供养分，破损的容器粉碎后即可作为肥料。
4、具体实施例子。
①配制脲醛树脂，配制方法为脲醛树脂传统工艺。甲醛/尿素的摩尔比为1.2，尿素在配制过程中分三次加入。
②煅烧磷石膏粉，选用新的磷石膏，煅烧脱水温度135℃。
③磷石膏与脲醛树脂容量比例为2：1。
操作：A、磷石膏与脲醛树脂搅拌均匀，制成2mm左右大小颗粒，固化、干燥备用。
B、选云南玉溪市山地种植的辣椒和向日葵作肥效对比试验。各选5株，试验组将上述缓控肥在移苗时施于根部土壤中。对比组不施。苗株成活后，施一次尿素，试验组和对比组最终吃氮量相等，其他管理相同。
结果：试验组向日葵平均开化时间提前5天，高度增加10cm，籽盘直径大2cm。辣椒对比组结果平均每株32个，试验组结果平均每株39个，证明有明显增产效果。