專(zhuān)利名稱(chēng)：木質(zhì)素磷肥及其生產(chǎn)方法
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的實(shí)踐證明，充分合理地利用化學(xué)肥料是促進(jìn)作物增產(chǎn)、加速農(nóng)業(yè)發(fā)展的行之有效、不可替代的重要途徑?；适┯靡呀?jīng)成為農(nóng)民生產(chǎn)投資中最大的物質(zhì)投資，約占其全部生產(chǎn)性投資的50％。
我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)肥料利用率普遍較低，磷肥在氮、磷、鉀三大要素中的利用率最低，特別是其當(dāng)季作物的利用率僅約為10～28％，其余磷素殘留在土壤中或流失到水環(huán)境中，不僅因大量肥料未能得到有效利用造成能源、資源的嚴(yán)重浪費(fèi)和巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且使納污水體造成富養(yǎng)化導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的破壞。無(wú)疑，磷肥利用率低是造成危害的主要原因之一。
磷素肥料是依賴(lài)磷的礦物資源生產(chǎn)合成的，是僅次于氮肥的作物三大要素之一。與富磷國(guó)家相比，我國(guó)的磷礦資源相對(duì)匱乏，因此必須重視有限磷礦資源的有效利用。我國(guó)土壤缺磷面積約占總耕地面積的74％，高濃度磷化肥產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口，每年花費(fèi)大量外匯。實(shí)際生產(chǎn)表明，提高作物產(chǎn)量對(duì)磷肥的依賴(lài)性越來(lái)越高。但是，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷肥利用率低是嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，約70％的磷肥殘留土壤、流入環(huán)境，造成肥料浪費(fèi)帶來(lái)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失及生態(tài)環(huán)境破壞形成水體富營(yíng)養(yǎng)化，這種不良影響呈上升趨勢(shì)。因此，研究新的肥料品種，提高利用率，減少有效成分損失，削除其對(duì)生態(tài)環(huán)境影響是急需解決的問(wèn)題。
目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于磷肥利用率的研究，多集中于磷肥在土壤中形態(tài)與轉(zhuǎn)化機(jī)理和利用率不高原因研究以及施肥、耕作方式的合理化方面。從肥料自身的理化特性、研制與生產(chǎn)方面提高磷肥在土壤中有效性和利用率的研究很少。因此，無(wú)論對(duì)有限磷礦資源的合理利用還是對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量提高的需求以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境，研究開(kāi)發(fā)在土壤中有效性強(qiáng)、作物利用率高的磷肥品種十分必要。
從肥料自身而言，造成磷肥利用率低的主要原因在于可溶磷肥，特別是高溶磷肥如磷酸二銨、普鈣等施入土壤后，在施肥點(diǎn)周?chē)芤褐辛姿岣鶟舛群芨?，土壤組分中的鐵、鋁、鈣等物質(zhì)與活性磷酸離子反應(yīng)沉淀，生成低溶乃至不溶的磷酸鹽，使得磷對(duì)植物的有效性降低。在酸性土壤中，磷酸與金屬氧化物(如鐵、鋁、鈣等)結(jié)合，生成膠狀無(wú)定形態(tài)的磷酸鐵、磷酸鋁等。經(jīng)過(guò)水解、老化，轉(zhuǎn)變成晶態(tài)粉紅鐵礦、磷鋁石、羥磷石灰，進(jìn)一步成為閉畜態(tài)磷酸鹽，更嚴(yán)重地失去磷對(duì)植物的有效性，造成磷肥利用率低下的惡果。近些年有研究表明，施入的速效磷肥未被土壤全部永久性固定，連續(xù)施用可表現(xiàn)出后效作用。但是。這種作用的顯示尚需10～20年的時(shí)間，其利用率僅提高到約30％，磷肥的有效利用總體水平仍然很低，肥料浪費(fèi)依然很?chē)?yán)重。
磷肥施入土壤，遇不良?xì)夂蛉缃邓凸喔?，產(chǎn)生的隨水遷移是磷肥利用率低的另一個(gè)重要原因。而因此種損失造成的水體生態(tài)環(huán)境破壞越來(lái)越重，不少水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，可用性降低，水資源短缺的局面加劇，工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與群眾生活用水受到嚴(yán)重的影響。部分農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量也因化肥在環(huán)境中積累降低，直接威脅人類(lèi)健康。
堿木質(zhì)素是一種可自然生長(zhǎng)資源物。我國(guó)每年秸桿產(chǎn)量約5億噸。堿木質(zhì)素在各類(lèi)秸桿中的含量約20％，每年可自然再生約1億噸。制漿造紙秸桿的利用量每年約4千萬(wàn)噸，其中的木質(zhì)素較少被利用，多數(shù)隨制漿廢水排放入環(huán)境，造成了大量的資源浪費(fèi)和嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。若造紙用秸桿中堿木質(zhì)素的50％為可回收量，則每年可回收3百余萬(wàn)噸。造紙黑液資源化處理生產(chǎn)大量堿木質(zhì)素是本方法可靠的原料來(lái)源。堿木質(zhì)素的應(yīng)用是有效利用農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)物、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益與農(nóng)業(yè)環(huán)境良性循環(huán)的積極舉措。
本發(fā)明特點(diǎn)在于利用堿法制漿造紙黑液回收的堿木質(zhì)素等原料生產(chǎn)木質(zhì)素磷肥，堿木質(zhì)素作為主要的原料組分，利用其來(lái)源充足、易得及其結(jié)構(gòu)特性合成增效磷肥，實(shí)現(xiàn)增加磷肥在土壤中的有效性，提高肥料利用率、減少其流失造成的環(huán)境污染。通過(guò)為高溶磷肥改性，使高溶磷肥溶解度降低，減少施肥點(diǎn)磷酸根的濃度，削弱土壤組分固持磷酸根的速率和程度。引入競(jìng)爭(zhēng)吸附，利用堿木質(zhì)素分子的羥基、羰基、羧基及其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及其被土壤微生物降解產(chǎn)生有機(jī)酸對(duì)土壤中固持有效磷的鐵、鋁、鈣等的螯合、絡(luò)合與吸附作用，降低對(duì)可溶磷酸根毒性離子的濃度，減少活性磷酸根的化學(xué)沉淀和固定，提高土壤磷的有效性，達(dá)到節(jié)肥增產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益的多重目的。
堿木質(zhì)素作為磷肥改性原料的主要優(yōu)點(diǎn)在于(1)．堿木質(zhì)素是一種可自然生長(zhǎng)性資源，發(fā)展應(yīng)用有充足的來(lái)源保障；(2)．堿木質(zhì)素是一種酚型三維空間有分枝的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子聚合物，結(jié)構(gòu)單元的多種活性基團(tuán)如羧基、羥基、羰基等，其較高的反應(yīng)活性及其被土壤微生物降解產(chǎn)生有機(jī)酸，對(duì)土壤中固持活性磷的鐵、鋁、鈣等產(chǎn)生強(qiáng)的絡(luò)合、吸附作用，可削弱活性磷被化學(xué)沉淀和固定，增加土壤中磷的有效性；(3)．堿木質(zhì)素使土壤產(chǎn)生團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，在土壤中被微生物降解為腐殖質(zhì)起土壤改良劑的作用，促進(jìn)土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)生成，增加土壤的氣體交換作用，提高土壤持水、保肥的能力。因此，普通磷肥以木質(zhì)素改性、增效達(dá)到的綜合效應(yīng)是其他材料不能比擬的。
·本發(fā)明的目的通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)將堿木質(zhì)素、磷肥(磷酸二銨或普鈣)和/或粘合劑和/或助劑等原料，按一定比例混合；在溫度35～80℃的條件下，將原料以物流方式送入特制的轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器；根據(jù)物料組成、反應(yīng)產(chǎn)物的粘合強(qiáng)度等要求，調(diào)節(jié)反應(yīng)器加熱溫度和/或轉(zhuǎn)速，控制物料的停留時(shí)間和合成溫度，觀測(cè)肥料合成效果。出料經(jīng)冷卻后計(jì)量，產(chǎn)品包裝。
·實(shí)施例實(shí)施例一按重量比計(jì)量配料。木質(zhì)素、磷酸二銨、粘合劑、助劑分別為35、450、14和1kg。將堿木質(zhì)素與磷化肥拌和均勻，然后分次加入粘合劑和助劑再混合勻化。勻化物料以物流方式送入轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器中。調(diào)整反應(yīng)器轉(zhuǎn)速和溫度并檢驗(yàn)合成效果，在50±5℃條件下完成反應(yīng)。產(chǎn)品冷卻后計(jì)量包裝。
實(shí)施例二按重量比計(jì)量配料。木質(zhì)素、普鈣、粘合劑和助劑對(duì)應(yīng)的量為55、450、10、1.5kg。將堿木質(zhì)素與磷肥拌和均勻，然后分次加入粘合劑和助劑再混合勻化。勻化物料以物流方式送入轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器。調(diào)整反應(yīng)器轉(zhuǎn)速和溫度并檢驗(yàn)合成效果，在80±5℃條件下完成反應(yīng)。產(chǎn)品冷卻后計(jì)量包裝?！つ举|(zhì)素磷肥技術(shù)指標(biāo)①．外觀褐色顆粒②．磷含量 (P2O5)15～41％③．粒度(Φ0.5～3.0mm)85％④．水分≤1％·


圖1是本發(fā)明的工藝流程簡(jiǎn)圖。
·圖2是不同磷肥在土壤中14周的有效性觀測(cè)結(jié)果。
·木質(zhì)素磷肥對(duì)作物的生產(chǎn)效果田間施用結(jié)果，木質(zhì)素磷肥增效作用明顯。施用作物夏玉米和冬小麥的產(chǎn)量分別提高14.36％、18.50％。結(jié)果列表1和表2。
注(試驗(yàn)地單位面積基本苗相同)表1木質(zhì)素磷肥對(duì)夏玉米的生產(chǎn)效果 表2木質(zhì)素磷肥對(duì)作物冬小麥的生產(chǎn)效果
權(quán)利要求
1．一種木質(zhì)素磷肥及其生產(chǎn)方法，其特征在于采用木質(zhì)素、磷肥、粘合劑、助劑為原料，按重量比配料，則與木質(zhì)素∶磷肥∶粘合劑∶助劑相對(duì)應(yīng)的數(shù)值是(5～20)∶(75～90)∶(2～10)∶(0～4)。在35～80℃的溫度條件下，經(jīng)轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器反應(yīng)后制得顆粒磷肥。本發(fā)明的特征在于包括以下步驟(1)．將計(jì)量后的堿木質(zhì)素與磷肥混摻(2)．分次加入計(jì)量的粘合劑和助劑(3)．將物料充分混合勻化(4)．混勻物料以物流方式送入轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器(5)．調(diào)整反應(yīng)器轉(zhuǎn)速和/或合成溫度使物料在其中完成反應(yīng)(6)．檢驗(yàn)肥料合成效果(7)．對(duì)反應(yīng)后的產(chǎn)品冷卻、計(jì)量包裝
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素磷肥，其特征在于利用造紙黑液生產(chǎn)的堿木質(zhì)素對(duì)可溶磷肥改性制成的一種增效磷肥；
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的磷肥是指磷酸二銨或普通過(guò)磷酸鈣(簡(jiǎn)稱(chēng)普鈣)；
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于原料的最佳配比(重量比)在于與木質(zhì)素∶磷肥∶粘合劑∶助劑相對(duì)應(yīng)的數(shù)量是7∶90∶2.8∶0.2；
5．根據(jù)權(quán)利要求1.2所述的方法，其特征在于原料堿木質(zhì)素是指通過(guò)亞硫酸酸析、沉淀、分離、干燥處理堿法制漿造紙黑液獲得的堿木質(zhì)素產(chǎn)品。堿木質(zhì)素的特征是①．含量80±10％、②．水分0-10％、③．細(xì)度20-200目；
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的助劑，主要指粘土、膨潤(rùn)土、凹凸棒土、硅藻土、農(nóng)用稀土等；
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的粘合劑，主要指石蠟、植物油、礦物油、水玻璃、硬脂酸、羧甲基纖維素等；
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的反應(yīng)溫度為35～80℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及木質(zhì)素磷肥及其生產(chǎn)方法。其特征在于采用堿木質(zhì)素與磷肥(磷酸二銨或普鈣)或/和粘合劑或/和助劑為原料,在一定溫度和機(jī)器轉(zhuǎn)速下經(jīng)轉(zhuǎn)鼓反應(yīng)器生產(chǎn)木質(zhì)素磷肥。該生產(chǎn)方法工藝簡(jiǎn)單;設(shè)備少、造價(jià)低;原料來(lái)源廣泛、易得、成本低。生產(chǎn)的木質(zhì)素磷肥,具有緩釋、增效的功能,可提高磷肥利用率、削弱肥料損失造成的生態(tài)環(huán)境影響。施用作物冬小麥、夏玉米產(chǎn)量分別提高18.50%和14.36%。
文檔編號(hào)C05G3/00GK1312240SQ0110920
公開(kāi)日2001年9月12日 申請(qǐng)日期2001年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月28日
發(fā)明者穆環(huán)珍, 曾文, 黃衍初, 楊問(wèn)波 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心