CN103274815A - 一种水溶性硅钾肥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明目的是提供一种以储量极为丰富且又十分廉价的钾长石、硅石为原料，通过将其所含的不溶性钾、硅成分转化为水溶性成分，在土壤中能缓慢释放，具有较高肥料利用率的硅钾肥制备方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其包括以下步骤：步骤1、将钾长石矿石、硅石矿粉碎后混合，用碳酸氢铵混合，置入水中搅拌，在催化剂下，在一定反应温度和压力下处理2-5小时；步骤2、在上述溶液中加入适量的KOH，在常温下搅拌1-3小时，直至pH值为6-7时停止搅拌，得到水溶性硅钾肥，浓缩或干燥制粒。

Description

一种水溶性硅钾肥的制备方法

发明领域

本发明涉及一种水溶性硅钾肥的制备方法，属于农业化学范畴。

背景技术

在我国大部分地区，土壤缺钾现象已成为农作物增产的主要制约因素。根据全国土壤普查资料，我国约有70％的耕地缺钾，其中45％的耕地严重缺钾。作为生产钾肥主要原料的可溶性钾矿资源，在我国储量极少且分布极不均衡。目前国内钾肥的生产能力远远不能满足需求，因此国内钾肥绝大部分依赖进口。

我国可溶性钾盐矿床储量很少，只占世界储量的0.66％。但是，我国的不溶性钾矿资源丰富，种类繁多，主要有钾长石、白榴石、明矾石、伊利石、含钾页岩及各类钾质火山岩等。这些钾矿资源几乎遍布全国各个省、市自治区。据不完全统计，全国不溶性钾资源约有近百亿吨。因此，利用不溶性钾矿提钾是制取钾肥的新途径。

传统的方法是用钾做为原料，多使用植物烧成的灰或含钾的天然矿物质，但出现在天然矿物质里含有的钠的转换比较难，植物吸收钾困难的现象，并且又使用了用化学方式制备的硫酸钾、氯化钾。

从全国看，由于我国难溶性钾矿资源比较丰富，尤其以钾长石为主的难溶性钾资源储量大、分布广，且多分布在我国中部和东部农业发达地区，因而利用钾长石等难溶性钾资源作为原料，开展钾长石提钾工艺研究，制取钾肥和复合肥，具有重要的经济和战略意义。

钾长石(potash feldspar)是一种架状结构硅酸盐矿物，为KAlSi₃O₈的3个同质多象变体透长石、正长石和微斜长石的总称。其矿物理论含量为K₂O16.9％，Al₂O₃18.4％，SiO₂64.7％。其结构中基本组织单元为硅铝氧四面体，4个四面体共角顶形成四联环，四联环之间彼此共角顶相连成为曲轴状的链，链间以桥氧相连形成三维架状结构。由于Si⁴⁺被Al³⁺部分取代而出现负电荷剩余，需要变网阳离子如K⁺充填于环间空隙起到平衡电荷的作用。根据分子轨道计算和固溶体热力学测定，由于氧桥的极化作用，造成长石的硅铝氧四面体性质非常稳定，除浓硫酸、氢氟酸外，常温常压下几乎不被任何酸、碱分解。钾长石的这些成分与结构特点，既决定了需要在其分解反应中添加合适的助熔剂以降低反应温度等工艺技术特性，也决定了其综合利用的多途径性和可行的利用方向。另外，钾长石中的铝和硅均与氧组成配位四面体，形成牢固的四面体网络结构，其化学性质极稳定，常温下除氢氟酸外不被任何酸碱所分解。但钾长石结构中明显地存在有较大的空隙，在一定的条件下，Ca²⁺、Na⁺等可取代钾长石结构中的变网离子K⁺。

早期钾长石提钾工艺主要为热分解法。有较多学者对其进行了研究，选取了多种助剂及优化了多种工艺条件。具体可分为：高温烧结法、高炉冶炼法、压热法、热法制水溶性钾、低温分解法、低温酸分解法、微生物法等。但各种方法不是温度过高、能耗大，就是工艺路线繁杂，设备要求也过高，因而没有工业生产的价值。例如，高温烧结法、高炉冶炼法、压热法等适用于生产各种钾肥料的高温(1600度)下，生产的钾肥料，因存在高能耗与高生产成本等的缺点。目前，国内也有一些利用不溶性钾矿提钾的新的研究成果，但由于这些方法普遍存在着工艺流程长、投资大、能耗高、产品成本高、尾渣多、经济效益差，质量低等原因，不能实施推广，而与钾肥市场无缘。

并且用以上含钾化肥，在长期施肥时，容易出现土壤酸性化的现象，因此急需要一种新的从自钾长石中提取活性钾的方法。

硅肥是一种以含硅酸钙为主的水溶性矿物肥料，具有无毒无味无腐蚀及不易流失等特征，是植物所需的重要营养元素。试验研究表明，硅肥对水稻、小麦、玉米、棉花、花生、大豆、油荣、甘蔗、薯类、果树等农作物的生长都有重要的作用。在中国，一方面是很多地区的土壤缺硅，如长江流域70％的土壤缺硅，黄淮海区域及辽宁约有一半的土壤缺硅，缺硅的区域还在逐步扩大。另一方面是人们对硅肥在农作物生长中的作用认识不够，硅肥的生产能力投资少，产量低，多年来农田基本没有补加硅肥，对农作物的生长十分不利，特别是南方严重缺硅的酸性土壤，对水稻的生长非常不利。而硅肥的生产，在中国处于刚起步阶段，目前大多是利用具有活性的含硅废料来进行生产，如黄磷渣、废钢渣。以这些原料生产的硅肥是单一的硅肥，且可溶性不高，肥效也比较低。针对肥料生产技术领域存在的可直接用于生产钾肥的可溶性的钾矿资源短缺，钾肥的需求量大和广大地域的土壤需补充硅肥，而目前硅肥的产量又低。

为了克服上述现有技术的缺陷，申请人在对钾长石、硅石的物化性质进行了深入研究后，提出了从钾长石、硅石制备水溶性硅钾肥的一种方法。

发明内容

本发明目的是提供一种以储量极为丰富且又十分廉价的钾长石、硅石为原料，通过将其所含的不溶性钾、硅成分转化为水溶性成分，在土壤中能缓慢释放，具有较高肥料利用率的硅钾肥制备方法。

因此，本发明是为了解决以上现有技术产生的问题，提供一种制备水溶性硅钾肥的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其包括以下步骤：

步骤1、将钾长石矿石、硅石矿粉碎后混合，用碳酸氢铵混合，置入水中搅拌，在催化剂下，在一定反应温度和压力下处理2-5小时；

步骤2、在上述溶液中加入适量的KOH，在常温下搅拌1-3小时，直至pH值为6-7时停止搅拌，得到水溶性硅钾肥，浓缩或干燥制粒。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做进一步限定：

进一步，所述步骤1中将钾长石矿和硅石矿粉碎为4-125目的大小。

进一步，所述步骤1中将钾长石矿和硅石矿的重量比为1∶0.2-0.5。

进一步，所述步骤1中钾长石矿粉与碳酸氢铵的重量比为1∶0.5～5。

进一步，所述步骤1中加水量与钾长石矿粉的重量比为1-10∶1。

进一步，所述步骤1中催化剂为氯化铜或氯化亚铁，优选氯化亚铁，其用量为钾长石矿粉重量的0.02-0.2％。

进一步，所述步骤1中反应温度为300～750℃。

进一步，所述步骤1中压力为5～20个大气压。

进一步，所述步骤2中常温为15-35℃。

根据本发明所述一种从钾长石、硅石中提取水溶性硅钾肥的方法，所述含有水溶性硅钾肥的产品可以制备为液体肥料，也可以制备为固体肥料。

根据本发明所述一种从钾长石、硅石中提取水溶性硅钾肥的方法，所述反应产物中还含有二氧化硅等副产物，这些副产物是惰性的，留在土壤有利于土壤疏松，施到土壤中亦不会破坏土壤。

根据本发明所述一种从钾长石中提取活性钾的方法，其中钾长石中钾的利用率≥90％，硅石中硅的利用率≥30％，所制备的高浓度水溶性硅钾复合肥，总养分≥70％，比GB-15063-94规定的总养分40％还要高很多。

根据据本发明所述一种从钾长石、硅石中提取水溶性硅钾肥的方法，在缺乏钾的耕地土壤中施用本发明的方法制备的肥料施肥在土壤里，不仅解决了过去硅钾肥料存在的问题，而且可以高浓度溶解在土壤里，持续、永久改善土壤的作用。

并且，本发明所述方法在实施过程中不带来环境污染，绿色环保。

具体实施方式

本发明可参考的例子用如下实施例示意，其包含但不限于此。

本发明实施例所使用的钾长石由贵州省铜仁市某企业提供，采自万山区，呈肉红色，试验所用矿粉由钾长石尾矿经处理而成，所用矿粉中全钾含量为15.2％，含氧化硅65.2％，含三氧化二铝19.6％，熔点1163℃，密度为2.55g/cm³。本发明实施例所使用的由贵州省铜仁市某企业提供，采自万山区，硅石的含量约为98.5％，还含有微量的铁、铝、铬等氧化物，呈青灰色。

用本方法得到水溶性硅钾肥，从溶液中取样分析钾含量，计算提钾率：

钾的利用率＝水溶性硅钾肥中钾含量(质量)/钾长石中钾含量(质量)×100％；

用本方法得到水溶性硅钾肥，从溶液中取样分析硅含量，计算提钾率：

硅的利用率＝水溶性硅钾肥中硅含量(质量)/硅石中硅含量(质量)×100％。

下面以三个实施例对本发明从钾长石、硅石中提取水溶性硅钾肥的方法做进一步详细的描述。

实施例1：

将钾长石200g、硅石40g破碎成矿粉、过125目筛备用，在反应釜中加入碳酸氢铵100g，同时加入200g水进行搅拌，同时加入氯化亚铁0.4g，在温度为300℃的温度下，压力为5个大气压下反应2h。

在上述溶液中加入适量的KOH，在常温下搅拌1小时，直至pH值为6时停止搅拌得到水溶性硅钾肥。

也可以将水溶性硅钾肥溶液浓缩后干燥制粒得到成品。

经过本实施例1从钾长石中提取水溶性钾的提钾率为90.3％。

经过本实施例1从硅石中提取水溶性硅的提硅率为31.2％。

实施例2：

将钾长石200g、硅石100g破碎成矿粉、过4目筛备用，在反应釜中加入碳酸氢铵200g，同时加入500g水进行搅拌，同时加入氯化亚铁0.1g，在温度为750℃的温度下，压力为20个大气压下反应5h。

在上述溶液中加入适量的KOH，在常温下搅拌3小时，直至pH值为7时停止搅拌得到水溶性硅钾肥，浓缩后干燥制粒得到成品。

经过本实施例2从钾长石中提取水溶性钾的提钾率为91.5％。

经过本实施例2从硅石中提取水溶性硅的提硅率为33.9％。

实施例3：

将钾长石200g、硅石60g破碎成矿粉、过50目筛备用，在反应釜中加入碳酸氢铵1000g，同时加入1000g水进行搅拌，同时加入氯化亚铁0.2g，在温度为400℃的温度下，压力为10个大气压下反应3h。

在上述溶液中加入适量的KOH，在常温下搅拌2小时，直至pH值为6.5时停止搅拌得到水溶性硅钾肥，浓缩后干燥制粒得到成品。

经过本实施例3从钾长石中提取水溶性钾的提钾率为91.2％。

经过本实施例3从硅石中提取水溶性硅的提硅率为32.8％。

以下是本发明肥料的使用效果，对比地块均设在试验地块周边同等条件的田地。

实施例4：

试验品种：土豆，

试验时间、地点：2012年内蒙古赤峰。

试验地块亩施肥：国产二胺10Kg尿素3Kg本发明所述的硅钾肥2Kg，

对比地块亩施肥：国产二胺10Kg尿素3Kg钾肥3Kg。

试验地块病虫害情况：苗齐、苗壮，土豆苗色浓绿，无病虫害发生，

试验地块病虫害情况：土豆苗中均发生病害，土豆苗枯黄，长势差。

试验地块亩产量：1236公斤，

对比地块亩产量：985公斤。

实施例5：

试验品种：水稻，

试验时间、地点：2012年黑龙江讷河。

试验地块亩施肥：国产二胺15Kg尿素9Kg本发明所述的硅钾肥5Kg，

对比地块亩施肥：国产二胺15Kg尿素9Kg钾肥7Kg。

试验地块病虫害情况：水稻秆粗壮，穗大，无病虫害发生，

试验地块病虫害情况：出现不同程度的病虫害，水稻秆细、穗小，欠成熟。

试验地块亩产量：650公斤，

对比地块亩产量：510公斤。

上述试验表明，施用本发明所述的硅钾肥能够明显提高农作物的亩产量，效果显著，值得大面积推广和使用。

Claims (10)

1.一种水溶性硅钾肥肥料，其特征在于所述水溶性硅钾肥肥料可以为液体肥料，也可以为固体肥料。

2.一种制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其包括以下步骤：

步骤1、将钾长石矿石、硅石矿粉碎后混合，用碳酸氢铵混合，置入水中搅拌，在催化剂下，在一定反应温度和压力下处理2-5小时；

步骤2、在上述溶液中加入适量的KOH，在常温下搅拌1-3小时，直至pH值为6-7时停止搅拌，得到水溶性硅钾肥，浓缩或干燥制粒。

3.根据权利要求2所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中所述步骤1中将钾长石矿和硅石矿粉碎为4-125目的大小。

4.根据权利要求2所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中步骤1中将钾长石矿和硅石矿的重量比为1∶0.2-0.5。

5.根据权利要求2所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中所述步骤1中钾长石矿粉与碳酸氢铵的重量比为1∶0.5～5。

6.根据权利要求2所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中所述步骤1中加水量与钾长石矿粉的重量比为1-10∶1。

7.根据权利要求2所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中所述步骤1中催化剂为氯化铜或氯化亚铁，优选氯化亚铁，其用量为钾长石矿粉重量的0.02-0.2％。

8.根据权利要求1所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中所述步骤1中反应温度为300～750℃。

9.根据权利要求2所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中所述步骤1中压力为5～20个大气压。

10.根据权利要求2所述制备水溶性硅钾肥肥料的方法，其中所述步骤2中常温为15-35℃。