CN108976018A - 中微量元素混合剂及包裹中微量元素肥料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中微量元素混合剂及包裹中微量元素肥料的制备方法。中微量元素混合剂中硫磺占50％‑90％，溶胀材料占5％‑20％，硫之外的中微量元素占5％‑45％，制备方法：在液态硫磺中添加中微量元素和溶胀材料并混合均匀。包裹中微量元素肥料的制备方法：将常规颗粒肥料置于具有加热功能的包裹设备中，中微量元素混合剂加热到一定温度后，喷涂在颗粒肥料表面，经冷却固化，在肥料表面形成一层中微量元素膜。本发明优点：快速、灵活添加中微量元素；解决中微量元素在土壤中均匀分散问题，避免局部中毒；包裹中微量元素材料形成的膜与肥料颗粒结合牢固，不易脱落；可包裹速效与长效相结合的中微量元素材料，利于作物全生长周期对营养的需求。

Description

中微量元素混合剂及包裹中微量元素肥料的制备方法

技术领域

本发明涉及新型肥料包膜技术领域，具体为中微量元素混合剂及 包裹中微量元素肥料的制备方法。

背景技术

中国农业经历了连续多年的快速发展，取得了举世瞩目的成就。 与此同时，粗放的增长模式带来诸多问题：资源快速消耗，环境污染 严重，土地资源功能退化等。高养分速效肥料利用率极其低下，肥料 流失造成的农业面源污染非常严重。随着我国现代农业技术和农业生 产结构的改革与完善，适应我国农业生产需求、环境友好的肥料将会 成为我国肥料的主体，肥料产业的发展也会向着肥料养分高效化、肥 料施用简便化、肥料成本经济化、环境影响生态化、作物养分平衡化 等方向发展。平衡施肥是实现农业高质量发展的关键，作物所需的养 分除了氮、磷、钾等元素以外，还有中微量元素和有机肥等，中微量 元素对作物的产品和品质都有极大的影响。

近年来，国内***绕中微量元素肥料有越来越多的研究和应用， 极大推动了肥料行业的进步。常见的中微量元素有硫、钙、镁、硅、 铁、锰、铜、锌、硼、钼等元素，不同于氮磷钾等元素，中微量元素 虽然是作物必需的营养元素，但其用量一般比较少，且施用后极易被 土壤固定从而失去肥效。为了解决微量元素被固定的问题，市场上出 现了螯合态的微量元素肥料，可极大提升肥料利用率，但因其成本偏 高，很大程度上影响其推广使用。国内曾经有将微量元素肥料制备成 大颗粒状的做法，然而由于中微量元素用量少，必然存在施肥的不均 匀问题，且大颗粒肥料会造成土壤局部浓度过高，使土壤和作物中毒。 针对上述存在的诸多问题，国内外相关研究者开展了大量关于中微量 元素肥料开发和应用的工作。

专利WO03/071855A3和专利WO2008/131535A1公开了一种中微量 元素肥料的制备方法：将含有铜、锌、锰等微量元素物质制备成细粉， 然后包裹到颗粒肥料或种子表面，得到含有中微量元素的肥料或种子。 为了实现好的包裹效果，要求细粉最好是325目。当细粉中含有氧化 物形态微量元素时，需要同时混入有机酸等酸化剂，以加速微量元素 的释放。该技术的缺点是中微量元素细粉的包裹量有限，不能满足肥 料升级的需求，同时存在中微量元素细粉包裹后脱粉的现象。

专利WO01/87803A1、专利EP2248790A1、专利CN100434399C、专 利CN1380879A和专利CN1990434A公开了一种含硫肥料及其制备方法， 具体做法是在肥料造粒过程中，将硫和微量元素一层一层分散在颗粒 肥料内部。该工艺不仅复杂，而且生产过程不容易控制，最主要的缺 点是硫为内部添加方式，生产过程中因有返料产生，存在硫磺***的 风险。

专利US2014/0216120A1、专利US2014/0109639A1和专利 CN103771998A等专利介绍了一种含有中量元素硫、微量元素、磷矿 石等物质的肥料，具体做法是将微量元素物质加入液体硫磺中，利用 钢带造粒机制备含有中微量元素的硫肥。该技术需要在硫磺中加入吸 水材料以加速硫磺的崩解，存在的问题是所制备的颗粒肥料仅含有硫 和微量元素，使用过程中由于用量很少，很难实现中微量元素的均匀 分布，会造成土壤中局部浓度过高，局部浓度过低甚至没有，尤其在 大田作物中使用效果不佳。

专利US8679219B2介绍了一种含硫肥料及其制备方法，具体表现 为用分散研磨机将硫磺粉与磷酸等液体研磨，最终得到微米级粒径的 硫磺颗粒，然后加入其它肥料组分，除去多余水分后造粒，制备成含 有硫磺的颗粒肥料。该技术中硫磺湿磨可以减少粉尘，降低硫磺*** 风险，但存在问题是该工艺流程较长，操作繁琐，不易控制，成本过 高。

专利US4857098、专利WO2008/103728A1、专利WO2015/070496A1、 专利CN100516003C、专利CN101805235B、专利CN103553849A、专利 CN104496691A、专利CN104108977A和专利CN106316620A等专利涉及 到硫包衣尿素和硫包衣硫镁肥，以提高尿素的利用率，最终实现尿素 的缓释和控失。为了更好的达到这个要求，一般需要在硫包衣外面再 包裹一层封闭剂物质，最外层的封闭剂一般是石蜡、烃类蜡、改性聚 合蜡、天然蜂蜡、脲醛树脂、高分子聚合物等物质。硫包衣尿素中的 硫元素主要作用是包衣阻隔，与封闭剂协同以达到尿素缓释效果。然 而，当硫包衣尿素施于土壤后，随着尿素的溶出，硫会以“包衣壳” 形式存在，其分解释放较慢，不利于硫的利用。且添加的石蜡、烃类 蜡、改性聚合蜡、天然蜂蜡、脲醛树脂、高分子聚合物等物质及其使 用后存在不降解、环境污染等缺陷及风险。

专利CN102811979A和专利CN105367235A公开了一种微量营养元 素肥料的制备方法：在磷铵、过磷酸钙、重过磷酸钙等磷酸盐肥料上 涂覆隔离层，然后将一种或多种微量营养元素粘附于隔离涂层外面。 隔离涂层的作用是避免微量元素与磷酸盐发生化学反应，隔离涂层的 材料要求与磷酸盐和微量元素均不发生反应，常用的有聚乙烯亚胺类 聚合物、尿素、硫酸铵、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、元素硫、硅酸盐 等物质。该技术包裹的微量营养元素存在脱粉风险，同时，包裹了微 量元素后的肥料具有加剧结块的风险。为了使肥料可以自由流动，使 用前还需要在肥料中添加1％左右的滑石。

上述中微量元素肥料的相关研究和应用，很大程度上推动了肥料 行业的进步。中微量营养元素对作物的生长发育具有不可替代的重要 作用，因此，如何简单、快捷、高效率、安全地实现中微量元素的添 加具有十分重要的意义。在常规肥料的基础上，最大化中微量营养元 素的价值和使用效率，以达到中微量元素和大量元素的协同和平衡。

发明内容

本发明目的为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种中微量 元素混合剂及包裹中微量元素肥料的制备方法，本技术可以快速将常 规肥料升级为含一种或多种中微量元素的新型肥料，可以添加的双效 态的中微量元素有硫、钙、镁、硅、铁、锰、铜、锌、硼、钼等元素。 本发明快速、灵活添加中微量元素；解决纯中微量元素颗粒剂在土壤 中难以均匀分散造成作物中毒的问题；以添加溶胀材料的方式，加快 硫磺膜层的崩解成硫磺微粒，解决块状硫磺粒径太大，难以被作物吸 收的问题；此方式形成的中微量元素膜与肥料颗粒结合牢固，不易脱 落；可包裹速效与长效相结合的中微量元素材料，利于作物全生长周 期对营养的需求。

不同于常规的在肥料中添加单质硫的方法，其多采用在造粒时内 添加硫，此种方式会在生产过程中产生返料，硫粉尘极易在***中累 积，存在***的风险，而本发明只需要利用外部包膜的方式，包膜后 即得成品，安全性更高。

不同于硫包衣缓释尿素，本发明中利用硫为载体，将中微量元素 包裹在肥料表面，且中微量元素混合剂同时包含水易溶型和水难溶型 两种，水易溶型元素可以快速释放，快速满足作物生长需求。与此同 时，在包膜层中加入溶胀材料，能将中微量元素崩解成微粒，极易被 作物根系吸收，另一方面硫磺会在土壤硫细菌的作用下转化成硫酸， 活化水难溶型微量元素，如此实现中微量元素速效和缓效的平衡，更 好的满足作物整个生长周期的养分需求。

不同于纯中微量元素颗粒剂，其微量元素浓度过高，极易造成作 物局部中毒。本发明中的中微量元素是以包膜形式喷涂在颗粒肥料表 面，微量元素的含量可控，浓度合适。与此同时，本发明制备的中微 量元素包膜肥料施在土壤中后，中微量元素膜层在溶胀材料的作用下， 遇水会崩解成微粒，均匀分散在土壤中，避免作物了局部中毒。

采用本方案制备的新型肥料表面是一层硫为载体的微量元素膜 层，硫的化学惰性，使得包膜后的肥料不易吸潮，不易结块，因此可 以减少甚至不使用肥料防结块剂，从而降低肥料生产成本。

本发明的具体实现方式如下：

中微量元素混合剂，由中微量元素和溶胀材料组成，各组分按质 量百分比计，其特征在于：混合剂中硫磺占比50％-90％，溶胀材料占 比5％-20％，硫之外的中微量元素质量占比5％-45％，制备方法为：将硫 磺加热至液态，在液态硫磺中添加中微量元素和溶胀材料并混合均匀 制得中微量元素混合剂。

所述中微量元素为含有硫、钙、镁、硅、铁、锰、铜、锌、硼、 钼等元素的单质、氧化物或无水化合物中的一种或几种。

所述的溶胀材料为壳聚糖、纤维素、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、 聚乙烯醇中的一种或几种。

所述的溶胀材料的分子量为5000-100000。

所述的中微量元素混合剂，其特征在于：所述中微量元素根据溶 解性分为两种：水易溶型和水难溶型。

所述中微量元素混合剂中至少包含一种水易溶性物质。

所述的包裹中微量元素肥料的制备方法，其特征在于按以下步骤 进行:将常规颗粒肥料置于具有加热功能的包裹滚筒、圆盘或流化床 设备中，所述的中微量元素混合剂喷涂在加热到一定温度的颗粒肥料 表面，经冷却固化，在肥料表面形成一层中微量元素膜。

所述常规颗粒肥料为复合肥、复混肥、尿素、钾肥、过磷酸钙、 重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸铵、硝酸铵钙一切能做成颗 粒状肥料中的一种或二种以上的混合物。

所述的一定温度是指颗粒肥料在滚筒、圆盘或流化床设备中需预 热至40-60℃。

本发明的优点在于：1、快速、灵活添加中微量元素；2、解决了 中微量元素在土壤中的均匀分散问题，避免局部中毒；3、包裹的中微 量元素材料形成的膜与肥料颗粒结合牢固，不易脱落；4、可包裹速效 与长效相结合的中微量元素材料，利于作物全生长周期对营养的需求； 5、大幅降低了因包裹了中微量元素而升级为新型肥料的颗粒肥料结块 趋势，可以减少甚至不使用肥料防结块剂；6、生产过程没有返料，肥 料可实现安全加硫。7、利用该方法得到的新型颗粒肥料，不仅具备防 潮防结防粉化功能，同时为肥料提供各种中微量元素，满足作物对营 养的均衡需求，促进作物健康生长。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，包括但不仅限于以 下案例，以下实施例各物质按重量份计。

实施案例1

(1)制备中微量元素混合剂。混合剂组成如下：75％硫、10％氧化 锌、5％硫酸锌(不含水)和10％分子量为5000的聚丙烯酸钠。将硫磺 加热至液态，在液态硫磺中添加中氧化锌、硫酸锌和聚丙烯酸钠并混 合均匀制得中微量元素混合剂。

(2)制备包裹中微量元素的新型肥料。在包裹滚筒中加入磷酸二 铵(DAP：18-46-0)，预热至60℃。中微量元素混合剂添加比例：1 吨磷酸二铵包裹120kg中微量元素混合剂，包裹后的颗粒肥料冷却后 进行包装。

(3)最终制备得到的新型中微量元素肥料养分如下：

锌是植物必需的微量元素之一，是植物生长发育过程中多种酶的 活化剂，植物缺锌会导致植株生长缓慢，叶片小，且容易发生病害， 从而影响作物品质和产量。甘蔗、油菜、大豆、花生、甜菜等作物对 硫的需求量非常大，本技术将磷酸二铵升级为中微量元素肥料后，中 微量元素均匀分布在肥料表面，硫酸锌形态的水溶锌和氧化锌形态的 水难溶锌相互结合，硫酸根形态的速效硫和单质硫形态的长效硫相结 合，可以极大提升磷和双效硫、磷和双效锌的协同增效作用。

包膜了中微量元素混合剂后的包膜肥料不需要额外添加防结块 剂、防潮剂、防泛白剂即具有防结防潮防泛白效果，且包膜层不影响 包膜肥料养分的正常释放。

实施案例2

(1)制备中微量元素混合剂。混合剂组成如下：50％硫、15％氧化 镁、10％氧化锌、10％无水硫酸铜、10％硼酸和5％分子量为50000的壳 聚糖。将硫磺加热至液态，在液态硫磺中添加中氧化镁、氧化锌、无 水硫酸铜、硼酸和壳聚糖并混合均匀制得中微量元素混合剂。

(2)制备包裹中微量元素的新型肥料。在具有加热功能的圆盘中 中加入复合肥(NPK：15-15-15)，预热至40℃。中微量元素混合剂添 加比例：1吨复合肥包裹150kg中微量元素混合剂，包裹后的颗粒肥 料冷却后进行包装。

(3)最终制备得到的新型中微量元素肥料养分如下：

N

P2O5

K2O

单质S

SO4 2-

水难溶Mg

水难溶Zn

水易溶Cu

水易溶B

养分组成

13％

13％

13％

6.5％

0.78％

1.2％

1.0％

0.5％

0.23％

常规复合肥(15-15-15)升级后，得到含有中微量元素双效硫、 镁、锌、铜和硼的中微量元素复合肥，各元素之间相互协同，实现极 好的植物营养功能。

实施案例3

(1)制备中微量元素混合剂。混合剂组成如下：90％硫、5％硼酸和 5％分子量为60000的纤维素。将硫磺加热至液态，在液态硫磺中添加 中硼酸和纤维素并混合均匀制得中微量元素混合剂。

(2)制备包裹中微量元素的新型肥料。在底喷流化床设备中加入 尿素(46-0-0)，预热至55℃。中微量元素混合剂添加比例：1吨尿素 包裹200kg中微量元素混合剂，包裹后的颗粒肥料冷却后进行包装。

(3)最终制备得到的新型中微量元素肥料养分如下：

	N	单质S	水易溶B
				养分组成	38％	15％	0.14％

尿素经过本技术升级为含硫、硼尿素，硼对氮的吸收具有促进作 用，可以提高氮素的利用率。同时，硫和氮之间也是协同作用，两者 都是蛋白质成分，也是叶绿素形成不可或缺的。

实施案例4

(1)制备中微量元素混合剂。混合剂组成如下：60％硫、10％氧化 镁、5％氧化锌、5％硫酸锰、10％分子量为100000壳聚糖和10％分子量 为60000的聚乙烯醇。将硫磺加热至液态，在液态硫磺中添加中氧化 镁、氧化锌、硫酸锰、壳聚糖和聚乙烯醇并混合均匀制得中微量元素 混合剂。

(2)制备包裹中微量元素的新型肥料。在包裹滚筒中加入重过磷 酸钙(TSP:0-46-0)，预热至50℃。中微量元素混合剂添加比例：1 吨重过磷酸钙包裹180kg中微量元素混合剂，包裹后的颗粒肥料冷却 后进行包装。

(3)最终制备得到的新型中微量元素肥料养分如下：

经过包裹，重过磷酸钙升级成为含双效硫、钙、镁、锌和锰的中 微量元素肥料，尤其适用于对硫和钙需求量比较大的作物，如花生、 豌豆、马铃薯、柑橘、甜菜等作物。

实施案例5

(1)制备中微量元素混合剂。混合剂组成如下：55％硫、25％偏硅 酸钠、8％氧化锌和12％分子量为80000的纤维素。将硫磺加热至液态， 在液态硫磺中添加中偏硅酸钠、氧化锌和纤维素并混合均匀制得中微 量元素混合剂。

(2)制备包裹中微量元素的新型肥料。在包裹滚筒中加入高氮型 硫酸钾复合肥(NPK：20-10-10)，预热至60℃。中微量元素混合剂添 加比例：1吨复合肥包裹200kg中微量元素混合剂，包裹后的颗粒肥 料冷却后进行包装。

(3)最终制备得到的新型中微量元素肥料养分如下：

本案例中高氮型硫酸钾复合肥经过升级，得到含有硫、硅和锌的 中微量元素新型肥料，可以作为高效水稻专用肥使用。硅是植物体组 成的重要营养元素，被国际土壤界列为继氮、磷、钾之后的第四大元 素。硅肥能提高作物对病虫害的抵抗力，减少各种病虫害的发生，作 物吸收硅后，可在植物体内形成硅化细胞，使茎叶表层细胞壁加厚， 角质层增加，形成一个坚固的保护层，使昆虫不易咬动，病菌难以入 侵，也可以提高作物抗倒伏能力。水稻、小麦、玉米、花生、大豆、 西瓜、果树、蔬菜等作物，施用硅肥后，一般可增产10％～25％。在 硫和锌的协同之下，硅的作用更加显著。

实施案例6

(1)制备中微量元素混合剂。混合剂组成如下：65％硫、5％氧化镁、 10％氧化锌、8％硫酸锌和12％分子量为100000的聚丙烯酰胺。将硫磺 加热至液态，在液态硫磺中添加中氧化镁、氧化锌、硫酸锌和聚丙烯 酰胺并混合均匀制得中微量元素混合剂。

(2)制备包裹中微量元素的新型肥料。在包裹滚筒中加入磷酸一 铵(MAP：10-50-0)，预热至60℃。中微量元素混合剂添加比例：1吨 磷酸一铵包裹100kg中微量元素混合剂，包裹后的颗粒肥料冷却后进 行包装。

(3)最终制备得到的新型中微量元素肥料养分如下：

锌是植物必需的微量元素之一，是植物生长发育过程中多种酶的活化 剂，植物缺锌会导致植株生长缓慢，叶片小，且容易发生病害，从而 影响作物品质和产量。镁参与叶绿素的合成，是作物必需的重要元素。 本技术将磷酸一铵升级为中微量元素肥料后，硫酸锌形态的水溶锌和 氧化锌形态的水难溶锌相互结合，硫酸根形态的速效硫和单质硫形态 的长效硫相结合，同时又补充了镁元素，可以极大提升磷和双效硫、 磷和双效锌的协同增效作用。

Claims (9)

1.中微量元素混合剂，由中微量元素和溶胀材料组成，各组分按质量百分比计，其特征在于：混合剂中硫磺占比50％-90％，溶胀材料占比5％-20％，硫之外的中微量元素质量占比5％-45％，制备方法为：将硫磺加热至液态，在液态硫磺中添加中微量元素和溶胀材料并混合均匀，即得中微量元素混合剂。

2.如权利要求1所述的中微量元素混合剂，其特征在于：所述中微量元素为含有硫、钙、镁、硅、铁、锰、铜、锌、硼、钼元素的单质、氧化物或无水化合物中的一种或几种。

3.如权利要求1所述的中微量元素混合剂，其特征在于：所述的溶胀材料为壳聚糖、纤维素、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种或几种。

4.如权利要求3所述的中微量元素混合剂，其特征在于：所述溶胀材料的分子量为5000-100000。

5.如权利要求1所述的中微量元素混合剂，其特征在于：所述中微量元素根据溶解性分为两种：水易溶型和水难溶型。

6.如权利要求5所述的中微量元素混合剂，其特征在于：所述中微量元素混合剂中至少包含一种水易溶性物质。

7.包裹中微量元素肥料的制备方法，其特征在于按以下步骤进行:

将常规颗粒肥料置于具有加热功能的包裹滚筒、圆盘或流化床设备中，权利要求1－6之一所述的中微量元素混合剂喷涂在加热到一定温度的颗粒肥料表面，经冷却固化，在肥料表面形成一层中微量元素膜。

8.如权利要求7所述的包裹中微量元素肥料的制备方法，其特征在于：所述常规颗粒肥料为复合肥、复混肥、尿素、钾肥、过磷酸钙、重过磷酸钙、磷酸一铵、磷酸二铵、硝酸铵、硝酸铵钙一切能做成颗粒状肥料中的一种或二种以上的混合物。

9.如权利要求7所述的包裹中微量元素肥料的制备方法，其特征在于：所述的一定温度是指颗粒肥料在滚筒、圆盘或流化床设备中需预热至40-60℃。