受控釋放的肥料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含營(yíng)養(yǎng)素的肥料，所述營(yíng)養(yǎng)素被吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上。還提供了生產(chǎn)固體肥料的方法，該方法包括將營(yíng)養(yǎng)素吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上。本發(fā)明還提供了通過厭氧消化來處理廢棄材料以產(chǎn)生富含營(yíng)養(yǎng)素的液劑并且將營(yíng)養(yǎng)素從這種液劑吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上的方法。還提供了碳酸鹽礦物用于從厭氧消化液劑吸附磷的用途和用于控制釋放肥料中的磷的用途。
【專利說明】受控釋放的肥料
[0001]本發(fā)明涉及包含營(yíng)養(yǎng)素的固體肥料，所述營(yíng)養(yǎng)素被吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)固體肥料的方法，該方法包括將營(yíng)養(yǎng)素從厭氧消化液劑吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上。
[0002]厭氧消化(AD)過程在人類廢棄物的管理方面變得越來越重要。在AD過程中，廢棄物諸如污水或食物廢棄物被暴露于氧氣限制環(huán)境中的細(xì)菌以產(chǎn)生生物氣(通常是甲烷和二氧化碳的混合物)形式的可再生能量。能量在氧氣的存在下通過甲烷的燃燒得以釋放。
[0003]AD過程還產(chǎn)生消化物(digestate)-固體、污泥和液體副產(chǎn)物的富營(yíng)養(yǎng)素混合物。固體組分通常從混合物中分離出來并且制粒以得到肥料。液體副產(chǎn)物(在本文中被稱為AD液劑)也可被用作肥料。
[0004]AD液劑被用作肥料的一種方法是將液體簡(jiǎn)單地噴射在農(nóng)作物之上。然而，未立刻被農(nóng)作物吸收的任何營(yíng)養(yǎng)素可滲透到水系中并且導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化。在富營(yíng)養(yǎng)化中，水系變得富有營(yíng)養(yǎng)素。這可導(dǎo)致過度生長(zhǎng)和腐爛，這進(jìn)而使水系進(jìn)一步不平衡。例如，藻華可導(dǎo)致水系中的氧氣的消耗。在農(nóng)作物之上簡(jiǎn)單地噴射AD液劑的另一個(gè)缺點(diǎn)在于液體肥料必須被重復(fù)地應(yīng)用于農(nóng)作物。這是因?yàn)椴淮嬖跔I(yíng)養(yǎng)素從AD液劑的控制釋放機(jī)制。
[0005]韓國(guó)專利第10-0822377B1號(hào)描述了將由牲畜排泄物的AD產(chǎn)生的液體轉(zhuǎn)變成固體肥料的工藝。該工藝涉及濃縮液體，并且混合濃縮的液體與沸石以形成固體產(chǎn)物。然而，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，沸石僅能夠有限地吸收營(yíng)養(yǎng)素，特別是對(duì)用作磷源的化合物具有弱的吸收。因此，將需要大量的這樣的基于沸石的肥料以對(duì)農(nóng)作物提供足夠量的所需的營(yíng)養(yǎng)素。
[0006]除沸石以外的無機(jī)礦物材料諸如白云石和石灰石也被用于固體肥料。這些碳酸鹽礦物材料被稱為增濃劑(即，填滿其它材料)，因?yàn)樗鼈兡軌蛟黾油寥赖腜H而被稱為石灰浸物質(zhì)以及被稱為鈣和鎂的源。例如，US2009/241624描述了土壤改良劑，其包括可通過有機(jī)材料與農(nóng)業(yè)用石灰浸物質(zhì)諸如石灰石或白云石的AD產(chǎn)生的堆肥的組合。
[0007]US2003/084693描述了用于將可通過有機(jī)廢棄物的AD產(chǎn)生的污泥轉(zhuǎn)變成固體肥料的工藝。在該工藝中，沸石被用作氨保留劑，并且石灰石被用作增濃劑。在這樣的工藝條件下，例如由于水含量過低，營(yíng)養(yǎng)素在增濃劑上的吸附(如果有的話)最低。
[0008]因此，在本領(lǐng)域中對(duì)固體肥料和用于從AD液劑生產(chǎn)固體肥料的方法(其中固體肥料具有吸附在其上的高濃度的營(yíng)養(yǎng)素)存在需求。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種肥料，所述肥料包含吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上的磷，其中磷以每Ig碳酸鹽礦物至少50mg的量存在。
[0010]驚奇地發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽礦物展現(xiàn)出對(duì)農(nóng)作物有利的營(yíng)養(yǎng)素的意想不到的高吸附。特別地，當(dāng)與肥料中已知的其它礦物諸如沸石相比時(shí)，碳酸鹽礦物展現(xiàn)出特定營(yíng)養(yǎng)素例如磷的改善的吸附。
[0011]本發(fā)明的肥料可包含每Ig芯材料至少IOOmg的量的磷，優(yōu)選地每Ig芯材料至少150mg的量的磷,更優(yōu)選地每Ig芯材料至少200mg的量的磷,并且最優(yōu)選地每Ig芯材料至少250mg的量的磷。本發(fā)明的肥料可包含每Ig芯材料高至500mg的量的磷,每Ig芯材料高至400mg的量的磷,或者每Ig芯材料高至350mg的量的磷。本發(fā)明的肥料可包含每Ig芯材料從50mg到500mg的磷,優(yōu)選地每Ig芯材料從IOOmg到400mg的磷,并且更優(yōu)選地每Ig芯材料從150mg到350mg的磷。如上所述,磷被吸附到芯材料上。
[0012]本發(fā)明的肥料還可包含以每Ig芯材料至少15mg的量被吸附到芯材料上的氮，優(yōu)選地每Ig芯材料至少40mg的量的氮,更優(yōu)選地每Ig芯材料至少55mg的量的氮,并且最優(yōu)選地每Ig芯材料至少80mg的量的氮。本發(fā)明的肥料可包含每Ig芯材料高至350mg的量的氮，每Ig芯材料高至250mg的量的氮,或者每Ig芯材料高至150mg的量的氮。本發(fā)明的肥料可包括每Ig芯材料從15mg到350mg的氮,優(yōu)選地每Ig芯材料從40mg到250mg的氮，并且更優(yōu)選地每Ig芯材料從55mg到150mg的氮。
[0013]本發(fā)明的肥料還可包含以每Ig芯材料至少IOmg的量被吸附到芯材料上的鉀，優(yōu)選地每Ig芯材料至少20mg的量的鉀,更優(yōu)選地每Ig芯材料至少30mg的量的鉀，并且最優(yōu)選地每Ig芯材料至少40mg的量的鉀。本發(fā)明的肥料可包含每Ig芯材料高至IOOmg的量的鉀，每Ig芯材料高至80mg的量的鉀,或者每Ig芯材料高至60mg的量的鉀。本發(fā)明的肥料可包括每Ig芯材料從IOmg到IOOmg的鉀，優(yōu)選地每Ig芯材料從20mg到80mg的鉀，并且更優(yōu)選地每Ig芯材料從30mg到60mg的鉀。
[0014]碳酸鹽礦物可包括石灰石(B卩，基于CaC03的礦物)或白云石(B卩，基于CaMg (C03) 2的礦物)。在一個(gè)實(shí)例中，碳酸鹽礦物可包括石灰石。在碳酸鹽礦物包括白云石的情況下，含白云石的材料優(yōu)選是細(xì)碎的白云石(具有小于100微米的粒度的白云石)、熱活化的白云石(在高于600°c的溫度下被加熱I至6小時(shí)的白云石)，或其組合。最優(yōu)選地，碳酸鹽礦物是細(xì)碎的白云石。在一個(gè)實(shí)施方式中，芯材料可包括單一的碳酸鹽礦物。在可選的實(shí)施方式中，芯材料可包括碳酸鹽礦物的混合物，諸如石灰石和白云石的混合物。
[0015]用于本發(fā)明的碳酸鹽礦物或碳酸鹽礦物的組合可考慮肥料的期望的目的來選擇。例如，雖然石灰碾現(xiàn)出對(duì)來自某些AD液劑的磷的較大的吸附，但是白云石自身作為肥料是有利的，因?yàn)樗擎V離子源。
[0016]營(yíng)養(yǎng)素例如磷酸鹽被吸附到微孔中，所述微孔既存在于碳酸鹽礦物的外表面上也存在于內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。例如，白云石中的微孔的直徑通常是從IxlO-1Om到lxl0-6m，諸如約IxlO-Sm0營(yíng)養(yǎng)素經(jīng)熱力學(xué)過程以化學(xué)方式結(jié)合到微孔。由于營(yíng)養(yǎng)素與碳酸鹽礦物本身不經(jīng)受化學(xué)反應(yīng)，因此碳酸鹽礦物在化學(xué)方面和物理方面保持不變。
[0017]肥料優(yōu)選地是顆粒的形式，所述顆?？删哂袕?.1到IOmm的尺寸，優(yōu)選地從I到5mm的尺寸，并且更優(yōu)選地從2到4mm的尺寸。顆粒可具有任何形狀。例如，顆?？梢允切∏蛐螤畹?。顆粒的優(yōu)選的尺寸和形狀將受到肥料的預(yù)期用途的影響。例如，如果需要非常慢的釋放肥料，則可使用具有較小表面積的較大的顆粒。
[0018]肥料還可包括粘合劑，優(yōu)選地是聚合物粘合劑，例如有機(jī)粘合劑。優(yōu)選地，粘合劑是生物可降解的。在一個(gè)實(shí)施方式中，粘合劑是聚醚，諸如聚乙二醇(優(yōu)選PEG4000)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，粘合計(jì)是纖維素衍生物，諸如甲基纖維素或羧甲基纖維素(優(yōu)選羧甲基纖維素)。粘合劑可包括不同粘合劑的混合物，諸如聚醚粘合劑和纖維素衍生物粘合劑的混合物。聚合物粘合劑可被包括在制劑中以改善所產(chǎn)生的顆粒的機(jī)械強(qiáng)度。
[0019]粘合劑還可被選擇以改變營(yíng)養(yǎng)素從肥料的釋放速率。例如，其中粘合劑是羧甲基纖維素的肥料將以比其中粘合劑是聚乙二醇的肥料快的速率釋放營(yíng)養(yǎng)素。不希望受理論的束縛，認(rèn)為釋放速率受到許多因素影響。例如，認(rèn)為不同的粘合劑產(chǎn)生不同的顆?？紫堵?，其進(jìn)而影響肥料的溶解；不同粘合劑的溶解度影響釋放；并且，在較小程度上，顆粒的強(qiáng)度可影響營(yíng)養(yǎng)素的釋放。
[0020]在一個(gè)實(shí)施方式中，有機(jī)粘合劑可以是AD液劑的組分。用作有機(jī)粘合劑的AD液劑的組分包括纖維素纖維和木素纖維素纖維，具體地是長(zhǎng)度為10到100微米的纖維素纖維和木素纖維素纖維。不希望受理論的束縛，這些纖維被認(rèn)為用作粒子之間的固體橋。
[0021]顆?？砂粗亓坑?jì)小于10%的水，更優(yōu)選地按重量計(jì)小于5%的水，并且甚至更優(yōu)選地按重量計(jì)小于3%的水。干產(chǎn)物的益處包括更容易存儲(chǔ)，降低的產(chǎn)物結(jié)塊，以及降低的運(yùn)輸成本。
[0022]肥料(優(yōu)選地是顆粒的形式)還可包括涂層。這種涂層可包括有機(jī)蠟，諸如蜂蠟、石蠟、地蠟或其組合?？蛇x地或另外地，涂層可包括疏水性聚合物，諸如聚乙烯或丙烯酸酯乳膠。涂層可被用于對(duì)肥料提供額外的機(jī)械強(qiáng)度，以改善肥料的摩擦阻力，并且減慢營(yíng)養(yǎng)素從肥料的釋放速率。
[0023]涂層的厚度可以是從10 μ m至Imm,并且更優(yōu)選地厚度是從50 μ m至500 μ m。涂層的厚度可以被選擇以改變肥料的溶解度和肥料中的營(yíng)養(yǎng)素的釋放曲線。
[0024]肥料可以是多曲線肥料顆粒，即，在芯材料的表面上可包括一個(gè)或多個(gè)層，使得肥料包括至少兩個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線。營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線是特定營(yíng)養(yǎng)素從芯或?qū)拥尼尫潘俾省＠?，芯可含有比第一層高的磷含量，或反之亦然?？蛇x地，芯可含有與第一層相同量的磷，但是芯材料可以以比第一層快的速率釋放磷。作為另一個(gè)可選方案，營(yíng)養(yǎng)素的不同的比可包含在芯和層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，除芯材料以外，肥料可包括一個(gè)層。在另一個(gè)實(shí)施方式中，除芯材料以外，肥料可包括2、3、4或5個(gè)層。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，2個(gè)層被添加到芯材料，以得到包括三個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線的肥料。
[0025]多曲線肥料顆粒允許營(yíng)養(yǎng)素被放置在顆粒中明確界定的位置，這確保其在預(yù)定的時(shí)間得以受控地釋放。例如，植物生長(zhǎng)后期所需的營(yíng)養(yǎng)素包裝可被放置在顆粒的芯處，而植物立刻所需的營(yíng)養(yǎng)素包裝可被放置在顆粒的外周層中。而且，過多材料的滲透可通過這種方式被控制。
[0026]在一個(gè)實(shí)施方式中，與芯材料一樣，層材料可包括碳酸鹽礦物。另外，層可包括粘合劑材料。優(yōu)選的碳酸鹽礦物和粘合劑材料如關(guān)于芯材料所描述的。每層材料具有與先前層不同的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線，或者如果不存在先前的層，具有與芯材料的釋放曲線不同的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線。因此，由三層組成的肥料顆粒可具有:具有營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線A的芯材料，具有營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線B的第一層材料和具有營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線C的第二層材料，換句話說，是A-B-C顆粒。由三層組成的肥料顆粒可以可選擇地是A-B-A顆粒，其中芯材料和第二層的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線是相同的。
[0027]當(dāng)肥料包括涂層時(shí)，涂層優(yōu)選地在肥料顆粒的外部。在又一個(gè)實(shí)施方式中，肥料可額外地或可選地在不同層材料之間包括一個(gè)或多個(gè)涂層。例如，肥料可包括內(nèi)部的蠟層和內(nèi)部的聚合物層。
[0028]各層和芯材料的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線可通過改變肥料的前述特征中的一個(gè)或多個(gè)來控制。例如，通過改變芯材料或?qū)硬牧系慕M成(例如，通過改變碳酸鹽礦物和粘合劑的量和類型)；芯材料或?qū)硬牧现刑囟I(yíng)養(yǎng)素的濃度；以及涂層及其在顆粒中的位置。
[0029]肥料產(chǎn)品可包含按重量計(jì)至少75%，優(yōu)選至少85%，更優(yōu)選至少90%，并且最優(yōu)選約95%的碳酸鹽礦物。肥料產(chǎn)品可包含按重量計(jì)1_15%，優(yōu)選2-10%，更優(yōu)選3-7%，并且最優(yōu)選約5%的粘合劑材料。肥料產(chǎn)品可包含按重量計(jì)0.1-5%，優(yōu)選0.3-3%，更優(yōu)選0.5-1.0%，并且最優(yōu)選約0.75%的涂層。因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，肥料產(chǎn)品可包含按重量計(jì)1-15%的粘合劑材料和0.1-5%的涂層，優(yōu)選地3-7%粘合劑材料和0.5-1.0%的涂層。在一個(gè)實(shí)施方式中，碳酸鹽礦物(具有相關(guān)的吸附營(yíng)養(yǎng)素)可占肥料產(chǎn)品的重量的剩余部分。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了生產(chǎn)固體肥料的方法，該方法包括將營(yíng)養(yǎng)素從AD液劑吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上，其中AD液劑包括按重量計(jì)小于20%的固體組分。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了生產(chǎn)固體肥料的方法，該方法包括將營(yíng)養(yǎng)素從AD液劑吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上，其中AD液劑具有從2至8的pH。
[0032]驚奇地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)碳酸鹽礦物被用于本發(fā)明的方法中時(shí)其展現(xiàn)出有益于農(nóng)作物的營(yíng)養(yǎng)素的意想不到高的吸附。
[0033]優(yōu)選地，AD液劑基本上不含在AD工藝中產(chǎn)生的任何固體組分。例如，AD液劑可包括按重量計(jì)小于20%的固體組分，按重量計(jì)小于10%的固體組分，按重量計(jì)小于5%的固體組分，按重量計(jì)小于3%的固體組分，按重量計(jì)小于1%的固體組分，或者按重量計(jì)小于0.5%的固體組分。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，AD液劑包括按重量計(jì)小于0.1%的固體組分。AD液劑可通過過濾(例如，壓濾)或離心與固體組分分離。用于分離AD液劑與固體組分的其它方法是本領(lǐng)域中熟知的，諸如沉降槽。AD液劑可以是無病原體的并且無菌的。用于使AD液劑滅菌的方法是本領(lǐng)域已知的。
[0034]本發(fā)明的令人驚奇的優(yōu)勢(shì)之一在于被吸附到固體芯材料上的來自AD液劑的營(yíng)養(yǎng)素可以是被控制釋放的，例如被控制釋放于農(nóng)作物。這與已知的現(xiàn)有技術(shù)方法是相反的，在所述已知的現(xiàn)有技術(shù)方法中，來自AD液劑的營(yíng)養(yǎng)素以液體形式被噴射到農(nóng)作物上或從其固體載體自由地滲透。
[0035]液劑優(yōu)選地具有2至8的pH，更優(yōu)選地從3至6的pH，并且最優(yōu)選地約4.5的pH。如果需要的話，液劑可利用磷酸、硝酸或硫酸酸化。這些酸有利地增加液劑的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。營(yíng)養(yǎng)素通過芯材料的吸附在這些PH水平下被最大化。相反，現(xiàn)有技術(shù)工藝?yán)镁哂休^高pH的污泥，因?yàn)檫@可降低病原體的含量(參見US2003/084693)。
[0036]液劑中的營(yíng)養(yǎng)素還可包括磷源，優(yōu)選是有機(jī)磷。磷源可包括磷酸鹽，優(yōu)選是有機(jī)磷酸鹽。優(yōu)選的磷源包括磷酸、磷酸一銨(MAP)和磷酸二銨(DAP)。磷酸鹽源可以以從250mg/L、從500mg/L或從750mg/L的量存在于AD液劑中。磷酸鹽源可以以高至3000mg/L、高至2500mg/L或高至2000mg/L的量存在于AD液劑中。優(yōu)選地，磷酸鹽源可以以從250至3000mg/L、從500至2500mg/L或從750至2000mg/L的量存在于AD液劑中。
[0037]液劑中的營(yíng)養(yǎng)素還可包括氮源。氮源可包括硝酸鹽和/或銨，諸如磷酸銨或氯化銨。優(yōu)選地，氮源是MAP或DAP。氮源可以以從250mg/L、從500mg/L或從750mg/L的量存在于AD液劑中。氮源可以以高至3000mg/L、高至2500mg/L或高至2000mg/L的量存在于AD液劑中。優(yōu)選地，氮源可以以從250至3000mg/L、從500至2500mg/L或從750至2000mg/L的量存在于AD液劑中。
[0038]液劑中的營(yíng)養(yǎng)素還可包括鉀源。優(yōu)選的鉀源包括氯化鉀。鉀源可以以從1250mg/L、從1500mg/L或從1750mg/L的量存在于AD液劑中。鉀源可以以高至3250mg/L、高至2750mg/L或高至2250mg/L的量存在于AD液劑中。優(yōu)選地，鉀源可以以從1250至3250mg/L、從1500至2750mg/L或從1750至2250mg/L的量存在于AD液劑中。當(dāng)與沸石比較時(shí)，碳酸鹽礦物具有對(duì)來自AD液劑的鉀的改善的吸附。不希望受理論的束縛，認(rèn)為這是由于沸石中現(xiàn)存的鉀，通常作為被稱為鈣十字沸石的礦物(鈉、鉀和鋁的硅酸鹽)。
[0039]肥料優(yōu)選是有機(jī)肥料。因此，液劑優(yōu)選來自有機(jī)廢棄物的厭氧消化。有機(jī)廢棄物源包括食物廢棄物、屠宰場(chǎng)廢棄物、人類廢棄物(即，污水)、綠色廢棄物和糞肥。優(yōu)選地，有機(jī)廢棄物包括食物廢棄物，諸如廢棄蔬菜和肉類物質(zhì)。這種廢棄物富含可用作磷源、氮源和鉀源的營(yíng)養(yǎng)素。
[0040]在本發(fā)明的方法的優(yōu)選的實(shí)施方式中，營(yíng)養(yǎng)素被從IL液劑吸附到從Img至20g的芯材料上，更優(yōu)選地被吸附到從5mg至IOg的芯材料上，并且甚至更優(yōu)選地被吸附到從IOmg至5g的芯材料上。例如，芯材料可以按重量計(jì)以從Ippm至20，OOOppm的量,更優(yōu)選地從5至10，OOOppm的量,并且甚至更優(yōu)選地從IOppm至5，OOOppm的量被添加到AD液劑。在某一點(diǎn)上，液劑中的營(yíng)養(yǎng)素的較高的濃度將導(dǎo)致負(fù)載到芯材料上的較高的營(yíng)養(yǎng)素。然而，本文所述的被添加到液劑的芯材料的量給出了營(yíng)養(yǎng)素的最佳的吸附，因?yàn)樘俚奶妓猁}材料可導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)素在AD液劑中的高度滯留并且太多的碳酸鹽材料可導(dǎo)致按碳酸鹽材料的重量計(jì)低的營(yíng)養(yǎng)素吸附。
[0041]優(yōu)選地，碳酸鹽材料被暴露于液劑至少24小時(shí)的時(shí)間。例如，碳酸鹽礦物可被暴露于液劑從24小時(shí)至72小時(shí)的時(shí)間。碳酸鹽材料可在至少15°C的溫度下被暴露于液劑。例如，碳酸鹽材料可在從15至40°C，優(yōu)選地從20至30°C的溫度下被暴露于液劑。
[0042]碳酸鹽礦物可以以粒子的形式被添加到液劑，所述粒子例如具有從0.5至100 μ m的粒度，優(yōu)選地從0.5至50 μ m的粒度,更優(yōu)選地0.5至5 μ m的粒度，甚至更優(yōu)選地I至
3μ m的粒度，并且最優(yōu)選約2 μ m的粒度。粒度在整篇申請(qǐng)中被用于粒子的質(zhì)量平均直徑。較小粒子的使用增加了營(yíng)養(yǎng)素在碳酸鹽礦物上的吸附速率。
[0043]在吸附步驟之后，粒子可被干燥。這是為了從產(chǎn)物除去過量的水分。粒子可利用在通風(fēng)廚中的盤式干燥、流化床干燥、微波干燥和風(fēng)扇輔助的烘箱來干燥。其它干燥方法對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是已知的。雖然任何對(duì)流改造方法均可被使用，但是微波干燥有利地加速該過程。
[0044]吸附產(chǎn)物可在從40°C至160°C的溫度下，優(yōu)選地從70°C至130°C的溫度下，并且更優(yōu)選地在約105°C的溫度下被干燥。
[0045]該方法還可包括使粒子形成顆粒的步驟。優(yōu)選地，粒子在形成顆粒之前被干燥。如所述的，顆?？删哂腥魏涡螤睢榱嗽跔I(yíng)養(yǎng)素吸附過程中使碳酸鹽礦物的表面積最大，形成顆粒的步驟優(yōu)選地在碳酸鹽礦物被暴露于液劑之后實(shí)施。
[0046]通過將粒子轉(zhuǎn)變成顆粒，營(yíng)養(yǎng)素的釋放速率可被控制。當(dāng)芯材料中的營(yíng)養(yǎng)素的量高時(shí)，這在本發(fā)明中是有用的。另外，顆粒比小粒子易于處理農(nóng)作物。例如，現(xiàn)有技術(shù)的粉末具有從靶部位吹走并且被容易地沖洗掉的趨勢(shì)。而且，與細(xì)材料的處理相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，例如材料的吸入，可得到降低。當(dāng)與小粒子相比時(shí)顆粒還具有增強(qiáng)的流動(dòng)性。例如，小粒子具有比顆粒材料大的結(jié)塊和粘住的趨勢(shì)。這使得顆粒肥料比先前已知的粉末肥料易于利用機(jī)械散布機(jī)施加到靶部位。
[0047]粒子可通過附聚形成為顆粒。如上所述，附聚后產(chǎn)生的肥料產(chǎn)品的顆?？删哂袕?.1至IOmm的尺寸,優(yōu)選地從Imm至5mm的尺寸，并且更優(yōu)選地從2至4mm的尺寸。附聚工
藝可被重復(fù)數(shù)次直到達(dá)到期望尺寸范圍的顆粒的明顯收率。
[0048]附聚可利用高剪切制粒、轉(zhuǎn)鼓制粒、流化床制粒、雙擠出制?；虮P式制粒(pangranulation)來實(shí)施。優(yōu)選地,附聚利用高剪切制粒來實(shí)施。發(fā)現(xiàn)這種方法得到窄的粒度分布。另外，利用高剪切制粒，發(fā)現(xiàn)僅在一個(gè)周期的粒子附聚之后顆粒的高收率在目標(biāo)尺寸范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，僅在一個(gè)周期的附聚之后顆粒的至少50%，優(yōu)選至少60%，更優(yōu)選至少70%在目標(biāo)尺寸范圍內(nèi)。
[0049]粘合劑可被用于附聚。粘合劑優(yōu)選是如以上所描述的。粘合劑，優(yōu)選是聚合物粘合劑，可作為溶液以按重量計(jì)從1:20至1: 1，優(yōu)選地從1:15至1: 3，并且更優(yōu)選地從1:10至1:5的液體與固體的比被添加到粉末。粘合劑，優(yōu)選地是聚合物粘合劑，可以以按重量計(jì)從5至70%，按重量計(jì)從10%至60%，或按重量計(jì)從20至40%的濃度存在于溶液中。
[0050]在特別優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘合劑是AD液劑。用AD液劑制粒的益處是雙重的。首先，盡管其低的粘度，但是AD液劑在制粒工藝過程中令人驚奇地用作粘合劑。不希望受任何特定理論的束縛，認(rèn)為是AD液劑的有機(jī)物含量(例如纖維素纖維和木素纖維素纖維，通常以按重量計(jì)約8至10%存在)賦予了對(duì)流體的粘附性能。其次，通過用AD液劑作為粘合齊Li，顆粒的營(yíng)養(yǎng)素成分被進(jìn)一步提聞。
[0051]來自附聚工藝的顆粒通常是濕產(chǎn)品。該方法還可包括用于干燥顆粒的步驟。優(yōu)選地，顆粒被干燥至按重量計(jì)小于10%的水，更優(yōu)選地按重量計(jì)小于5%的水，并且甚至更優(yōu)選地按重量計(jì)小于3%的水。顆?？筛鶕?jù)關(guān)于干燥粉末所描述的任一種方法來干燥。用于干燥顆粒的優(yōu)選的溫度通過粘合劑的存在來確定。在粘合劑不存在的情況下，優(yōu)選的溫度如關(guān)于干燥粉末所描述的。在粘 合劑的存在下，由于干燥顆粒的優(yōu)選溫度是低于粘合劑的熔點(diǎn)5至30°C，并且最優(yōu)選是低于粘合劑的熔點(diǎn)約20°C。例如，當(dāng)顆粒包括聚合物粘合劑(諸如聚乙二醇)時(shí)，顆?？稍诟咧?0°C的溫度下干燥，優(yōu)選地在高至60°C的溫度下干燥，并且更優(yōu)選地在高至50°C的溫度下干燥。當(dāng)AD液劑被用作粘合劑時(shí)，顆粒可在高至125°C的溫度下干燥，優(yōu)選地在高至115°C的溫度下干燥，并且更優(yōu)選地在高至105°C的溫度下干燥。
[0052]該方法還可包括篩選粒顆粒尺寸的步驟。這一質(zhì)量控制步驟涉及將(優(yōu)選是干燥的)顆粒通過一系列篩以從產(chǎn)品中除去尺寸過小的(細(xì)的)和尺寸過大的(粗的)顆粒。如上所述，優(yōu)選的顆粒尺寸是從2至4mm。尺寸過小的顆粒，例如小于2mm的顆粒再循環(huán)至附聚單元。
[0053]本發(fā)明的方法還包括壓碎任何尺寸過大的(例如大于4_)顆粒的步驟。然后壓碎的、尺寸過大的顆粒可再循環(huán)至附聚單元。
[0054]該方法還可包括添加涂層的步驟。涂層優(yōu)選是如以上所描述的。涂層可利用本領(lǐng)域中已知的方法來施加。例如，涂層可經(jīng)由流化床涂層的工藝來施加。
[0055]該方法還可包括包裝顆粒的步驟。在包裝步驟中，滿足大小和營(yíng)養(yǎng)素成分的要求的產(chǎn)品被包裝到合適的單元(諸如盒子、袋子或紙箱)中。
[0056]在一個(gè)實(shí)例中，本發(fā)明的方法還包括在芯材料的表面上形成一個(gè)或多個(gè)層使得肥料包括至少兩個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線的步驟。一個(gè)或多個(gè)層優(yōu)選地是如以上所描述的。在芯材料的表面上形成一個(gè)或多個(gè)層的步驟包括提供種子顆粒(seed granule)并且用不同釋放曲線將粒子成層到種子顆粒上的子步驟。[0057]成層可利用制粒，優(yōu)選高剪切制粒來完成。制粒條件可以以使得主要制粒機(jī)制將是成層機(jī)制的方式來改變。制粒機(jī)制通過被稱為斯托克斯數(shù)的參數(shù)來控制；這是顆粒的動(dòng)能和在粒子的碰撞過程中消散的能量的比。斯托克斯數(shù)取決于粘度、表面張力、粒子大小和粒子移動(dòng)的速度。對(duì)于大的粒子，成層機(jī)制在高的斯托克斯數(shù)時(shí)是可能的。
[0058]與附聚相反，為了激勵(lì)成層，斯托克斯變形數(shù)(Stokes deformation number)應(yīng)該大于0.05，并且優(yōu)選地大于0.1。斯托克斯變形數(shù)S通過以下得到:
【權(quán)利要求】
1.一種肥料，其包含被吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上的磷，其中所述磷以每Ig芯材料至少50mg的量存在。
2.如權(quán)利要求1所述的肥料，其中所述肥料還包含以每Ig芯材料至少15mg的量被吸附到所述芯材料上的氮。
3.如權(quán)利要求1或2所述的肥料，其中所述肥料還包含以每Ig芯材料至少IOmg的量被吸附到所述芯材料上的鉀。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的肥料，其中所述碳酸鹽礦物是石灰石或白云石材料。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的肥料，其中所述芯材料包括碳酸鹽礦物的混合物。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的肥料，其中所述肥料是顆粒的形式。
7.如權(quán)利要求6所述的肥料，其中所述顆粒具有從0.1至IOmm的尺寸。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的肥料，其中所述肥料還包含聚合物粘合劑。
9.如權(quán)利要求8所述的肥料，其中所述聚合物粘合劑是有機(jī)粘合劑。
10.如權(quán) 利要求8所述的肥料，其中所述聚合物粘合劑是AD液劑。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的肥料，其中所述肥料還包括在所述芯材料的表面上的一個(gè)或多個(gè)層，使得所述肥料包括至少兩個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的肥料，其中所述肥料還包括涂層。
13.如權(quán)利要求12所述的肥料，其中所述涂層是有機(jī)蠟或疏水性聚合物。
14.一種生產(chǎn)固體肥料的方法，所述方法包括將營(yíng)養(yǎng)素從AD液劑吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上，其中所述AD液劑包含按重量計(jì)小于20%的固體組分。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述AD液劑具有從2至8的pH。
16.一種生產(chǎn)固體肥料的方法，所述方法包括將營(yíng)養(yǎng)素從AD液劑吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上，其中所述AD液劑具有從2至8的pH。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述AD液劑包含按重量計(jì)小于20%的固體組分。
18.如權(quán)利要求14至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳酸鹽礦物是石灰石或白云石材料。
19.如權(quán)利要求14至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述芯材料包括碳酸鹽礦物的混合物。
20.如權(quán)利要求14至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述營(yíng)養(yǎng)素包括磷源。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述磷源以每ILAD液劑從250至2000mg的量存在。
22.如權(quán)利要求14至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述營(yíng)養(yǎng)素包括氮源。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述氮源以每ILAD液劑從250至2000mg的量存在。
24.如權(quán)利要求14至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述營(yíng)養(yǎng)素包括鉀源。
25.如權(quán)利要求14至24中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述AD液劑來自有機(jī)廢棄物的厭氧消化。
26.如權(quán)利要求14至25中任一項(xiàng)所述的方法，其中來自IL液劑的所述營(yíng)養(yǎng)素被吸附到從Img到20g的芯材料上。
27.如權(quán)利要求14至26中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳酸鹽材料被暴露于所述液劑至少24小時(shí)的時(shí)間。
28.如權(quán)利要求14至27中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳酸鹽材料在至少室溫的溫度下被暴露于所述液劑。
29.如權(quán)利要求14至28中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述碳酸鹽礦物是粒子的形式。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述方法還包括使所述粒子通過附聚形成為顆粒。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中所述顆粒具有從0.1至10mm的尺寸。
32.如權(quán)利要求30或權(quán)利要求31所述的方法，其中凝聚利用高剪切制粒、轉(zhuǎn)鼓制粒、流化床制粒、雙擠出制?；虮P式制粒來實(shí)施。
33.如權(quán)利要求30至32中任一項(xiàng)所述的方法，其中在附聚過程中聚合物粘合劑被添加。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述聚合物粘合劑是有機(jī)粘合劑。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述聚合物粘合劑是所述AD液劑。
36.如權(quán)利要求14至35中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法還包括在所述芯材料的表面上形成一個(gè)或多個(gè)層，使得所述肥料包括至少兩個(gè)不同的營(yíng)養(yǎng)素釋放曲線。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述層通過高剪切制粒形成于所述芯材料的表面上。
38.如權(quán)利要求36或37所述的方法，其中所述芯材料是具有從0.1至2_尺寸的種子顆粒的形式。
39.如權(quán)利要求14至38中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法還包括提供涂層。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述涂層是有機(jī)蠟或疏水性聚合物。
41.一種肥料，其是通過權(quán)利要求14至40中任一項(xiàng)所述的方法可獲得的。
42.一種用于處理廢棄材料的方法，所述方法包括: (i)使所述廢棄材料經(jīng)受厭氧消化以產(chǎn)生含有固體組分和富含營(yíng)養(yǎng)素的液劑的污泥；(?)使所述富含營(yíng)養(yǎng)素的液劑與所述固體組分分離以得到包含按重量計(jì)小于20%的固體組分的AD液劑；和 (iii)將營(yíng)養(yǎng)素從所述AD液劑吸附到包括碳酸鹽礦物的芯材料上。
43.碳酸鹽礦物用于從AD液劑吸附磷的用途。
44.如權(quán)利要求43所述的用途，其中所述碳酸鹽礦物還被用于從AD液劑吸附氮和/或鉀。
45.碳酸鹽礦物材料用于控制釋放肥料中的磷的用途。
【文檔編號(hào)】C05F17/00GK103842315SQ201280048435
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月2日
【發(fā)明者】加文·沃克, 斯蒂芬·艾倫, 彼得·弗羅斯特 申請(qǐng)人:英國(guó)貝爾法斯特女王大學(xué)