CN112851440A - 一种环保型有机无机复混肥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型有机无机复混肥的制备方法，其包括：(1)将富硅物质与富钙物质投入碱液，水热反应后得到pH为9～13的浆料；(2)将固体有机废弃物加入到所述浆料中，反应预设时间，固液分离，即得到环保型有机无机复混肥成品。本发明制备的复混肥枸溶性硅含量为10％～20％，且钙、铁、镁等微量元素、有机质的含量高，且疏松多孔；不仅提供了植物生长所需的微量元素、有机质；也能起到保水保肥，防止土壤板结，增加土壤活性等多重作用。

Description

一种环保型有机无机复混肥的制备方法

技术领域

本发明涉及肥料领域，尤其涉及一种环保型有机无机复混肥的制备方法。

背景技术

有机无机复混肥是一种既含有机质又含无机元素养分的新型肥料。其综合了有机肥与无机肥的优点，具有促进植物快速生长，提高土壤透气性，疏松土壤结构，提高土壤微生物活性的作用，对于提高农作物产量以及保持农业生态平衡都有积极的作用。

由于氮磷钾元素对农作物高产所起的突出作用，长期以来人们把施加含氮磷钾肥作为农作物高产的重要手段，然而由于化肥长年累月的施用造成了农产品品质的下降并且加重了土壤板结程度和有害物质的积累。除了植物生长所需的氮磷钾肥以外，硅肥被土壤界列为继氮磷钾之后的第四大元素肥料，硅元素对植物的生长具有某些特殊的功能，对于调节农作物光合作用，促进植物生长，提高农作物产量和品质都有积极的作用，因此开发一种含硅元素养分的有机无机复混肥日益受到重视。

目前有机无机复混肥的制备方法很多，专利CN103204744A公开了一种环保的有机无机复混肥料及其制备方法，该方法将有机废弃物与解毒复合菌混合发酵，并与无机氮磷钾肥混掺得到。专利CN108976086A公开了一种有机无机复混肥料的制备方法，该方法将农作物秸秆、家禽粪便以及无机肥料分别混合经两次发酵得到复混肥，该肥料肥效高，品质好，但是工艺复杂不利于大规模生产。专利CN106397014A公开了一种腐植酸硅钙型土壤调理剂的制备方法，该方法将三类原料分别进行水热反应，然后均质化处理得到腐植酸硅钙型土壤调理剂，该方法水热反应温度高，能耗大且工艺复杂。专利CN108424297A公开了一种利用硅灰石尾矿和腐殖土生产的硅肥(土壤调理剂)及其制备方法，该方法将硅灰石尾矿和腐殖土混合后添加粘结剂造粒制得，该硅肥中可溶性硅含量少，不利于大面积推广使用。

综上可以看出，目前有机无机复混肥的制备方法多种多样，但是普遍存在制备周期长，工艺复杂，成本高，推广难度大等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种有机无机复混肥的制备方法，其制备方法简单、制得复混肥中微量元素高，肥效良好。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种有机无机复混肥。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种环保型有机无机复混肥的制备方法，其包括：

(1)将富硅物质与富钙物质投入碱液，水热反应后得到pH为9～13的浆料；

(2)将固体有机废弃物加入到所述浆料中，反应预设时间，固液分离，即得到环保型有机无机复混肥成品。

作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，所述富硅物质选用粉煤灰、煤矸石、粘土、石英中的一种或多种；

所述富钙物质选用氢氧化钙、石灰中的一种或多种；

所述碱液为NaOH溶液和/或KOH溶液。

作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，水热反应的温度为100～250℃，反应时间为1～30h；

富钙物质中CaO与富硅物质中SiO₂的摩尔比为(0.4～1.4)：1；

所述富钙物质与富硅物质的总质量与所述碱液的体积比为1：(5～40)g/mL。

作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，水热反应的温度为150～250℃，反应时间为2～10h；

富钙物质中CaO与富硅物质中SiO₂的摩尔比为(0.8～1.1)：1。

作为上述技术方案的改进，步骤(1)包括：

(1.1)将富硅物质与富钙物质投入碱液，水热反应，得到pH为9～13的中间浆料；

(1.2)将所述中间浆料冷却至30～90℃，得到浆料。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，所述固体有机废弃物选用腐植土、农作物秸秆、糠醛渣、木糖渣、氨基酸渣、酒渣、农作物深加工渣(如花生渣、玉米油渣等)中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，所述有机废弃物与所述浆料中固态产物的重量比为(1～9)：(9～1)；

所述预设时间为10～180min。

作为上述技术方案的改进，所述固体有机废弃物的粒度≤40目。

作为上述技术方案的改进，还包括：

(3)加入成型剂，造粒；得到颗粒状的环保型有机无机复混肥。

相应的，本发明还公开了一种环保型有机无机复混肥，其由上述的制备方法制备而得。

实施本发明，具有如下有益效果：

1，本发明在制备水化硅酸钙过程中得到的高碱浆料中加入有机原料，促进了有机原料的活化降解，使得本发明中的复混肥中有机物的降解速率大幅度提升，从而提升了复混肥的肥效。

2.本发明在制备水化硅酸钙过程中得到的浆料之中加入有机原料，在液态条件下进行有机肥和无机肥(水化硅酸钙)的混合，大幅度提升了水化硅酸钙与有机肥的混合均匀性，使得经过碱分解活化后的有机肥均匀地负载在水化硅酸钙上。在后续的使用过程中，疏松多孔的水化硅酸钙提供了良好的有氧环境，进一步提升了有机物的分解速度，提升了肥效。

3.本发明在制备水化硅酸钙过程中得到的浆料之中加入了有机原料，大幅度提升了液固分离进程的速度，提升了生产效率。

4.本发明制备的复混肥枸溶性二氧化硅含量为10％～20％，钙、铁、镁等微量元素、有机质的含量高，且疏松多孔；不仅提供了植物生长所需的微量元素、有机质；也能起到保水保肥，防止土壤板结，增加土壤活性等多重作用。

5.本发明原料价格低廉来源广泛，且采用一步流程将无机有机原料分别进行了活化，反应流程短，有利于原料的混匀和液固分离，工艺简单易操作，能够实现变废为宝，节约了资源，有利于环境保护。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明作进一步地详细描述。

本发明提供了一种环保型有机无机复混肥的制备方法，其包括以下步骤：

(一)将富硅物质与富钙物质投入碱液，水热反应后得到pH为9～13的浆料；

具体的，步骤(一)包括：

(1.1)将富硅物质与富钙物质投入碱液，水热反应，得到pH为9～13的中间浆料；

具体的，富硅物质为以二氧化硅为主要成分的矿物或废渣，如粉煤灰、煤矸石、粘土或石英等，但不限于此。富硅物质亦可选用上述物质中两种、三种或四种的混合物。

富钙物质为以氧化钙为主要成分的工业原料或废渣，如氢氧化钙、石灰等，但不限于此。富钙物质亦可选用上述物质中两种的混合物。

所述碱液为NaOH溶液和/或KOH溶液；其浓度为0.05-2.5mol/L，优选的为0.5～2mol/L。当碱液浓度＜0.05mol/L时，水热反应不完全，得到的水化硅酸钙产品孔隙率低、枸溶性硅含量低；且得到的浆料的pH低，无法有效分解有机原料。当碱液浓度＞2.5mol/L时，反应会生成其他产物，不能得到含有大量枸溶硅的水化硅酸钙产品。

其中，水热反应的温度为100～250℃，反应时间为1～30h；富钙物质中CaO与富硅物质中SiO₂的摩尔比为(0.4～1.4)：1；富钙物质与富硅物质的总质量与所述碱液的体积比为1：(5～40)g/mL。优选的，水热反应的温度为150～250℃，反应时间为2～10h；富钙物质中CaO与富硅物质中SiO₂的摩尔比为(0.8～1.1)：1，富钙物质与富硅物质的总质量与所述碱液的体积比为1：(10～30)g/mL。通过以上反应条件，可得到孔隙率较高的、枸溶性硅含量较高的水化硅酸钙产品；并可将反应完成后的中间浆料的pH控制为9～13，为后期有机原料的分解提供良好的条件。优选的，中间浆料的pH控制为10～12。

(1.2)将所述中间浆料冷却至30～90℃，得到浆料。

具体的，步骤(1.1)中的水热反应一般在高压釜内进行，反应完成后，将中间浆料冷却至30～90℃，即可在常压的环境下进行后续的混料过程。优选的，浆料温度为30～60℃。

(二)将固体有机废弃物加入到所述浆料中，反应预设时间，固液分离，即得到环保型有机无机复混肥成品。

具体的，步骤(二)包括：

(2.1)将固体有机废弃物粉碎、过筛，得到有机原料；

其中，固体有机废弃物选用腐植土、农作物秸秆、糠醛渣、木糖渣、氨基酸渣、酒渣、农作物深加工渣(如花生渣、玉米油渣等)中的一种或多种，但不限于此。

具体的，固体废弃物粉碎后，对其进行过筛。筛网选用40～150目，使得有机原料的粒度≤40目。若有机原料粒度＞40目，则难以在浆料中降解，使得复混肥的肥效降低。

(2.2)将所述有机原料加入浆料中，均匀混合，反应预设时间，固液分离，得到固体预制料；

有机原料加入碱性的浆料后，部分有机物膨胀分解，均匀地附着在水化硅酸钙的孔隙结构之中。并且，在反应过程中，持续搅拌，以使有机原料均匀负载到水化硅酸钙孔隙结构中。也有利于后期提高液固分离效果，缩短液固分离时间。

具体的，所述预设时间为10～180分钟。需要说明的是，在复合肥的制备过程中，通常需要将有机原料进行堆放发酵1～10天，以达到降解其中有机物的目的，使得有机原料分解为可被植物吸收利用的有机质。而本发明直接利用水化硅酸钙制备过程中的高碱性浆料对有机原料进行活化降解，其可使得有机原料中的有机物降解速率大幅度提升，工艺时间大幅缩短，也提升了复混肥中植物可利用的有机质的含量，提升了肥效。

所述固液分离方法可以是过滤、压滤以及真空抽滤等，但不限于此。需要说明的是，本发明中的中间产物水化硅酸钙(无机肥)属于多孔物质，其对水的吸附能力强，导致直接过滤时，过滤速度慢；而本发明在浆料之中添加了有机原料，其含有大量的纤维，使得过滤速度大幅加快。具体的，以恒定压力进行抽滤，同样的水化硅酸钙量，不添加有机原料的过滤时间至少是添加有机原料的过滤时间的1.5～4倍。

(2.3)将所述固体预制料洗涤，干燥，得到环保型有机无机复混肥成品。

通过洗涤，可以清除产品表面的杂质，获得更高品质的复混肥。

需要说明的是，在现有技术中，往往是将无机肥和有机肥混合，然后加入粘合剂，造粒，即得到复混肥成品。而采用本发明制备工艺所制备得到的水化硅酸钙为疏松多孔状颗粒，通过碱液降解的有机原料均匀地负载在水化硅酸钙颗粒的孔径之中，使得本发明中的复混肥无需造粒，即可使用，制备工艺更为简单。

优选的，本发明中环保型有机无机复混肥的制备方法还可包括以下步骤：

(三)加入成型剂，造粒；得到颗粒状的环保型有机无机复混肥；

具体的，步骤(三)包括：

(3.1)加入无机养分、成型剂，混合均匀；

具体的，所述成型剂可选用粘土，如高岭土、凹凸棒土等，但不限于此。无机养分可为植物生长所需要的其他养分，如无机氮肥、无机钾肥、无机磷肥等，但不限于此。在加入上述无机养分后，为了确保复混肥的均匀混合，需要进行造粒工艺。

(3.2)造粒，得到颗粒状的环保型有机无机复混肥。

具体的，可采用滚筒造粒机、流化床等进行造粒，但不限于此。

需要说明的是，也可在不加入无机养分的情况下对复混肥进行造粒，以进一步方便使用。

下面以具体实施方式来说明本发明：

实施例1

本实施例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将粉煤灰和石灰按照CaO/SiO₂摩尔比为1投入0.6mol/L的NaOH溶液中，水热反应5h，温度为220℃；反应完成后降温至90℃，得到pH为11.3的浆料；

(2)将腐植土破碎后用80目筛网过筛，取筛下料加入浆料，搅拌反应10min，过滤洗涤，得到产品；其中腐植土与浆料中固态产物的重量比为8:2。

实施例2

本实施例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将高岭土和氢氧化钙按照CaO/SiO₂摩尔比为1.1投入1mol/L的NaOH溶液中，水热反应2h，温度为180℃；反应完成后降温至65℃，得到pH为9的浆料；

(2)将农作物秸秆破碎后用40目筛网过筛，取筛下料按照加入浆料，搅拌反应60min，过滤洗涤，得到产品；其中农作物秸秆与浆料中固态产物的重量比为5:5。

实施例3

本实施例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将粉煤灰和石灰按照CaO/SiO₂摩尔比为1.2投入2mol/L的NaOH溶液中，水热反应2h，温度为200℃；反应完成后降温至50℃，得到pH为10.3的浆料；

(2)将糠醛渣破碎后用120目筛网过筛，取筛下料按照加入浆料，搅拌反应120min，过滤洗涤，得到产品；其中农作物秸秆与浆料中固态产物的重量比为3:7。

实施例4

本实施例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将煤矸石和氢氧化钙按照CaO/SiO₂摩尔比为1.1投入2.3mol/L的NaOH溶液中，水热反应2h，温度为190℃；反应完成后降温至30℃，得到pH为13的浆料；

(2)将木糖渣破碎后用150目筛网过筛，取筛下料按照加入浆料，搅拌反应180min，过滤洗涤，得到产品；其中木糖渣与浆料中固态产物的重量比为1:9。

对比例1

本对比例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将粉煤灰和石灰按照CaO/SiO₂摩尔比为1投入0.6mol/L的NaOH溶液中，水热反应5h，温度为220℃；反应完成后过滤洗涤，得到水化硅酸钙；

(2)将腐植土破碎后用80目筛网过筛，取筛下料与水化硅酸钙按照8:2的重量比充分混合，得到复混肥成品。

对比例2

本对比例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将高岭土和氢氧化钙按照CaO/SiO₂摩尔比为1.1投入1mol/L的NaOH溶液中，水热反应2h，温度为180℃；反应完成后过滤洗涤，得到水化硅酸钙；

(2)将农作物秸秆破碎后用40目筛网过筛，取筛下料与水化硅酸钙按照5:5的重量比充分混合，得到复混肥成品。

对比例3

本对比例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将粉煤灰和石灰按照CaO/SiO₂摩尔比为1.2投入2mol/L的NaOH溶液中，水热反应2h，温度为200℃；反应完成后过滤洗涤，得到水化硅酸钙；

(2)将糠醛渣破碎后用120目筛网过筛，取筛下料与水化硅酸钙按照3:7的重量比充分混合，得到复混肥成品。

对比例4

本对比例提供一种环保型有机无机复混肥，其制备方法如下：

(1)将煤矸石和氢氧化钙按照CaO/SiO₂摩尔比为1.1投入2.3mol/L的NaOH溶液中，水热反应2h，温度为190℃；反应完成后过滤洗涤，得到水化硅酸钙；

(2)将木糖渣破碎后用150目筛网过筛，取筛下料与水化硅酸钙按照1:9充分混合，得到复混肥成品。

对比例5

将木糖渣破碎后用150目筛网过筛，取筛下料投入pH＝13的NaOH溶液中，充分搅拌，反应120min；过滤洗涤；得到第一预制品；

将第一预制品与硅灰石按照3:7的重量比充分混合；并加入适量的凹凸棒土，在滚筒造粒机中造粒，得到复混肥成品。

将实施例1～4、对比例1～5中的复混肥进行检测：分别将实施例1、对比例1；实施例2、对比例2；实施例3、对比例3；实施例4、对比例4和对比例5中的产品在同一环境下放置20天；采用范式法对其中纤维素的含量进行测试，以表征其有机物降解率，纤维素含量越低表明降解率越高，具体数据如下：

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，包括：

(1)将富硅物质与富钙物质投入碱液，水热反应后得到pH为9～13的浆料；

(2)将固体有机废弃物加入到所述浆料中，反应预设时间，固液分离，即得到环保型有机无机复混肥成品。

2.如权利要求1所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述富硅物质选用粉煤灰、煤矸石、粘土、石英中的一种或多种；

所述富钙物质选用氢氧化钙、石灰中的一种或多种；

所述碱液为NaOH溶液和/或KOH溶液。

3.如权利要求1或2所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水热反应的温度为100～250℃，反应时间为1～30h；

富钙物质中CaO与富硅物质中SiO₂的摩尔比为(0.4～1.4)：1；

所述富钙物质与富硅物质的总质量与所述碱液的体积比为1：(5～40)g/mL。

4.如权利要求3所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水热反应的温度为150～250℃，反应时间为2～10h；

富钙物质中CaO与富硅物质中SiO₂的摩尔比为(0.8～1.1)：1。

5.如权利要求1所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括：

(1.1)将富硅物质与富钙物质投入碱液，水热反应，得到pH为9～13的中间浆料；

(1.2)将所述中间浆料冷却至30～90℃，得到浆料。

6.如权利要求1所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固体有机废弃物选用腐植土、农作物秸秆、糠醛渣、木糖渣、氨基酸渣、酒渣、农作物深加工渣(如花生渣、玉米油渣等)中的一种或多种。

7.如权利要求1或6所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机废弃物与所述浆料中固态产物的重量比为(1～9)：(9～1)；所述预设时间为10～180min。

8.如权利要求1或6所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，所述固体有机废弃物的粒度≤40目。

9.如权利要求1所述的环保型有机无机复混肥的制备方法，其特征在于，还包括：

(3)加入成型剂，造粒；得到颗粒状的环保型有机无机复混肥。

10.一种环保型有机无机复混肥，其特征在于，其由权利要求1～9任一项所述的制备方法制备而得。