CN119285406A - 一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，所述氮肥包括尿素和钙镁矿物质，所述氮肥中的尿素和钙镁矿物质为共晶混合物。本申请还涉及一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备工艺，包括S1:将尿素通入混合槽，并向混合槽中加入一定重量比例的钙镁矿物质，形成尿素‑钙镁矿物质熔融混合物；S2:将尿素‑钙镁矿物质熔融混合物通入造粒装置，得到尿素‑钙镁矿物质共晶混合物；S3:进一步冷却造粒，得到基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥。本申请通过合成尿素和钙镁矿物质的共晶混合物，使尿素氮的利用率有一定的提高，氨挥发相应减少。
Description
技术领域
本申请涉及复合肥料技术领域，特别涉及一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥及制备工艺。
背景技术
我国是农业大国，也是世界化肥生产和使用大国，然而我国大部分耕地土壤含氮量小于0.2％，随着农业的进一步发展，对肥料的需求日益增大，开发适应复杂土壤的肥料尤为重要。氮肥是世界化肥生产和使用量最大的肥料品种；适宜的氮肥用量对于提高作物产量、改善农产品质量有重要作用。70年代以来，尿素成为主导的氮肥品种。
尿素，又称脲、碳酰胺，化学式是CH4N2O或CO(NH2)2，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物，是一种白色晶体。作为一种中性肥料，尿素适用于各种土壤和植物。它易保存，使用方便，对土壤的破坏作用小，是使用量较大的一种化学氮肥，也是含氮量最高的氮肥。
然而，尿素的活性高，在土壤中转化快，可通过氨挥发或反硝化作用造成气态损失，转化为硝态氮后又不易被土壤胶体吸附，在土壤中易淋失，农作物对尿素氮的吸收利用率低，尿素中氮的利用率不超过50-60％，不仅造成经济损失，而且可能严重污染环境。为了解决这一问题，世界各国农业化学家进行了大量研究，目前国内外主要通过以下途径实现提高尿素中氮的利用率：(1)包膜型尿素，所用的包膜材料主要有两类，有机高分子聚合物，例如树脂聚烯烃类；水难溶性或微溶性的无机材料，如硫磺；(2)合成脲甲醛复合物，即将尿素与甲醛、乙醛、异丁醛等发生反应，生产具有缓释性的脲甲醛复合物，延长尿素的释放时间，实现尿素氮肥利用率的提高；(3)尿素生产过程中添加脲酶抑制剂、硝化抑制剂等化学成分，改变尿素在土壤中的转化过程，实现尿素氮肥利用率的提高。
上述方法可使尿素氮的利用率有一定的提高，氨挥发相应减少，但是，由于工艺复杂、生产成本高，产能低等技术和经济原因，未能在农业生产中大规模地推广应用。
发明内容
本申请提出基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥及制备工艺，以解决现有尿素氮肥的氮利用率低、尿素稳定性差的问题。
为解决上述技术问题，本申请提出一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，所述氮肥包括尿素和钙镁矿物质，所述氮肥中的尿素和钙镁矿物质为共晶混合物。
其中，所述尿素和所述钙镁矿物质的重量比例为(1-4)：(1-4)。
其中，所述钙镁矿物质为钙盐或镁盐中的一种或多种。
其中，所述钙盐为硝酸钙、硫酸钙、碳酸钙、硝酸铵钙中的一种或多种，所述镁盐为硫酸镁、硝酸镁、碳酸镁、硝酸铵镁中的一种或多种。
其中，所述钙镁矿物质为钙、镁的氧化物、氢氧化物中的一种或多种。
其中，所述氮肥中的尿素和钙镁矿物质为离子型共晶混合物。
为解决上述技术问题，本申请提出一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备工艺，所述工艺包括：
S1:将尿素通入混合槽，并向混合槽中加入一定重量比例的钙镁矿物质，形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物；
S2:将尿素-钙镁矿物质熔融混合物通入造粒装置，得到尿素-钙镁矿物质共晶混合物；
S3:进一步冷却造粒，得到基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥。
其中，步骤S1中形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物的方法包括：干法混合、料浆法混合、机械反应混合中的一种，所述干法混合为将钙镁矿物质脱水后放到熔融的尿素中进行溶解反应，所述料浆法混合为将钙镁矿物质与熔融状态的尿素直接混合后进行溶解反应，所述机械反应混合为将钙镁矿物质与粉状尿素直接混合并进行研磨反应。
其中，步骤S1中尿素与钙镁矿物质混合的温度为133-150℃。
其中，步骤S2中的造粒方式为高塔造粒、转鼓硫化床造粒、圆盘造粒、喷浆造粒中的一种，造粒温度为80-100℃。
本申请通过合成尿素和钙镁矿物质的共晶混合物，基于尿素和钙镁矿物质之间的相互作用力，实现尿素的稳定性，保证低氨挥发，挥发性下降，同时可延缓铵态氮转化成硝态氮的进程，进而减少氧化亚氮排放量，氮素利用率得以提高。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是一实施例的低氨挥发氮肥产品图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
下面结合附图来详细描述本公开的具体实施方式。
本申请提出一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，所述氮肥包括尿素和钙镁矿物质，所述氮肥中的尿素和钙镁矿物质为共晶混合物。
需要说明的是，共晶即由两种或两种以上不同的分子和/或离子化合物在非共价键的作用下，如氢键、范德华作用、卤键、ππ堆积等，通过特定的分子识别过程形成的常温下具有一定化学计量比的单相晶体态物质，且化合物间不存在质子转移。
本申请提供的共晶混合物中，含有尿素和钙镁矿物质，基于尿素和钙镁矿物质之间的相互作用力，实现尿素的稳定性，保证低氨挥发，挥发性下降，同时可延缓铵态氮转化成硝态氮的进程，进而减少氧化亚氮排放量，氮素利用率得以提高，即基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥。本申请中的尿素，又称脲、碳酰胺，化学式是CH4N2O或CO(NH2)2，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物，是一种白色晶体。本申请中的钙镁矿物质即含有钙元素和镁元素的矿物质。
进一步的，所述共晶混合物中所述尿素和所述钙镁矿物质的重量比例为(1-4)：(1-4)，其重量比例可以根据实际的尿素氮肥生产过程确定，其重量比例可以为1:.1、2:1、1:2等。
在本申请中，所述钙盐为硝酸钙、硫酸钙、碳酸钙、硝酸铵钙中的一种或多种，所述镁盐为硫酸镁、硝酸镁、碳酸镁、硝酸铵镁中的一种或多种。除此之外，所述钙镁矿物质还可以为钙、镁的氧化物、氢氧化物中的一种或多种，如氧化钙、氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁等。
在本申请中，所述氮肥中的尿素和钙镁矿物质为离子型共晶混合物。即本申请中的共晶混合物中由电荷辅助请见来维持结构，其中电荷为钙镁离子，氢键为尿素的分子间氢键。
本申请还提供了一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备工艺所述工艺包括：
S1:将尿素通入混合槽，并向混合槽中加入一定重量比例的钙镁矿物质，形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物；
S2:将尿素-钙镁矿物质熔融混合物通入造粒装置，得到尿素-钙镁矿物质共晶混合物；
S3:进一步冷却造粒，得到基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，如图1所示，图1为本申请实施例的低氨挥发氮肥产品图。
需要说明的是，步骤S1中形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物的方法包括：干法混合、料浆法混合、机械反应混合中的一种。
具体的，在干法混合中，首先需要对钙镁矿物质进行脱水，一般采用加热烘干的方式进行脱水处理，通过脱水处理将钙镁矿物质吸附的水分除去，保持干燥状态，通过脱水处理将钙镁矿物质的水分含量降到0.1％，然后根据实际生产过程中所需要的钙镁矿物质的重量比例，将钙镁矿物质放到熔融的尿素中进行溶解反应，形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物。
所述料浆法混合为将钙镁矿物质与熔融状态的尿素直接混合后进行溶解反应，无需对钙镁矿物质进行预处理。
所述机械反应混合为将钙镁矿物质与粉状尿素直接混合并进行研磨反应，得到粒径较小的反应原理，且保证尿素与钙镁矿物质的接触更加充分，在其固态充分混合后，再进行加热溶解，得到尿素-钙镁矿物质熔融混合物。
为了保证其能充分混合，并形成熔融混合物，且保证其形成共晶状态，需要对形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物的温度以及形成尿素-钙镁矿物质共晶混合物的温度进行控制，其中，步骤S1中尿素与钙镁矿物质混合的温度为133-150℃，步骤S2中的造粒温度为80-100℃，造粒方式为高塔造粒、转鼓硫化床造粒、圆盘造粒、喷浆造粒中的一种。
为了进一步测试不同组分含量的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的氨挥发性以及对作物产量及品质的影响，本申请进行了如下实验。
首先，本申请制备了不同组分的含量的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，并进一步测试其氨挥发浓度值，关于氮肥中尿素和钙镁矿物质的含量见表1。
表1：各试验例的氮肥中尿素和钙镁矿物质的含量
需要说明的是，CK组即为空白对照组，UREA组即表示该实施例中原料全部为尿素。试验例1-试验例4中氮肥的制备均采用基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备制备工艺制备而成，在此不做重复叙述，本次试验例1-4中所展示的钙镁矿物质为钙离子的硝酸铵盐，即硝酸铵钙，本次试验例5-8中所展示的钙镁矿物质为镁离子的硝酸盐，即硝酸镁，表1中的各组分含量按重量份表示。
本申请中，氨挥发的测定采用静态吸收法，即先称取250g供试土样放入洗气瓶中，加入70mL蒸馏水，另称取250g供试土样与0.5g肥料混匀后再放入瓶中，加入60mL蒸馏水，使供试土样土壤水含量达到25％，连续密闭室温25℃培养。分别于试验的第2、3、4、5、8、9、11天用便携泵吸式氨气检测仪测定洗气瓶中氨气挥发浓度值，各试验例具体测试结果见表2。
表2：在不同培养天数条件下各种肥料氨挥发浓度值(以ppm计)
试验结果表明，UREA组处理从培养第2天开始氨挥发浓度值最高，第3-5天氨挥发浓度快速下降，第8-11天氨挥发浓度趋于平稳，但在整个培养过程中，UREA组氨挥发浓度一直是所有处理中最高值。试验例1中氨挥发值存在明显的下降趋势，试验例2处理从培养第2天开始氨挥发浓度次高，但较UREA组降低约70％，第2-3天氨挥发浓度值变化不大，第4-8天氨挥发浓度快速下降，第11天检测时氨挥发浓度为0。试验例3和试验例4处理的培养第2天检测氨挥发浓度很低，分别只有5.62ppm和3.50ppm，从第3天开始至第11天，氨挥发浓度检测值均为0ppm，未能检测到氨挥发，上述结果表明随着钙镁矿物质即硝酸铵钙含量的增加，氮肥中尿素也更加稳定，氨挥发量也在降低。
进一步通过试验例5-8可知，随着钙镁矿物质即硝酸镁含量的增加，氮肥中尿素也更加稳定，氨挥发量也在降低。
为了进一步确定不同组分氮肥对作物产量及品质的影响，本实施例采用盆栽上海青进行测试，试验用育苗基质，混匀，每个盆装基质1.5L，共设6个处理样品，每个处理样品进行3次重复，共18盆测试样，各处理施肥量见表3，其它田间管理一致。施肥方式，均匀撒施后浇水。
表3：试验处理施肥明细
进一步的，本申请对各试验例的处理对上海青的产品的影响进行了分析，具体影响结果见表4。
表4：各实施例的处理对上海青产量的影响
从表4-各实施例的处理对上海青产量的影响可以看出，各试验例处理中较CK组增产率较高的分别为试验例3和试验例7，分别较CK组上海青产量提高17.19％、11.52％，即在本试验例中尿素和钙镁矿物质的最优重量比例为1:1.5。
进一步的，本申请对各实施例的处理对上海青品质指标的影响进行了分析，具体影响结果见表5。
表5：各实施例的处理对上海青品质指标的影响
从表5-各实施例的处理对上海青品质指标的影响可以看出，各试验例处理中较CK组上海青可溶性蛋白含量较高的分别为试验例3和试验例7，分别较CK组上海青可溶性蛋白含量提高15.46％、13.54％。
本申请过合成尿素和钙镁矿物质的共晶混合物，使尿素氮的利用率有一定的提高，氨挥发相应减少。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
本申请中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，其特征在于，所述氮肥包括尿素和钙镁矿物质，所述氮肥中的尿素和钙镁矿物质为共晶混合物。
2.根据权利要求1所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，其特征在于，所述尿素和所述钙镁矿物质的重量比例为(1-4)：(1-4)。
3.根据权利要求1所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，其特征在于，所述钙镁矿物质为钙盐或镁盐中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，其特征在于，所述钙盐为硝酸钙、硫酸钙、碳酸钙、硝酸铵钙中的一种或多种，所述镁盐为硫酸镁、硝酸镁、碳酸镁、硝酸铵镁中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，其特征在于，所述钙镁矿物质为钙、镁的氧化物、氢氧化物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，其特征在于，所述氮肥中的尿素和钙镁矿物质为离子型共晶混合物。
7.一种基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备工艺，所述制备工艺用于制备权利要求1-6任一项所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥，所述工艺包括：
S1:将尿素通入混合槽，并向混合槽中加入一定重量比例的钙镁矿物质，形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物；
S2:将尿素-钙镁矿物质熔融混合物通入造粒装置，得到尿素-钙镁矿物质共晶混合物；
S3:进一步冷却造粒，得到基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥。
8.根据权利要求7所述基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备工艺，其特征在于，步骤S1中形成尿素-钙镁矿物质熔融混合物的方法包括：干法混合、料浆法混合、机械反应混合中的一种，所述干法混合为将钙镁矿物质脱水后放到熔融的尿素中进行溶解反应，所述料浆法混合为将钙镁矿物质与熔融状态的尿素直接混合后进行溶解反应，所述机械反应混合为将钙镁矿物质与粉状尿素直接混合并进行研磨反应。
9.根据权利要求8所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备工艺，其特征在于，步骤S1中尿素与钙镁矿物质混合的温度为133-150℃。
10.根据权利要求7所述的基于钙镁矿物质的低氨挥发氮肥的制备工艺，其特征在于，步骤S2中的造粒方式为高塔造粒、转鼓硫化床造粒、圆盘造粒、喷浆造粒中的一种，造粒温度为80-100℃。
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