控释肥技术样本

国内生产厂家及相关科研单位工艺技术

中国科学院南京土壤研究所, 60年代末至70年代初, 先后研制成功

硫包碳酸氢铵粒肥和用钙镁磷肥包裹的长效碳铵和长效尿素, 但未形成规模化生产。

中国科学院石家庄农业现代化研究所研制成功”涂层尿素”生产技术, 其关键技术是涂层液的配制和涂复工艺。涂层液是十烷基苯磺酸和高岭土等无机矿物混合成的胶质物质, 根据不同农业生态条件确定各类物质的组成比例, 在特定的工艺条件下制成。涂复工艺采用造料塔内喷涂的的新工艺, 并借助尿素本身的热量, 使包膜干固一次完成。

中国农业科学院土壤肥料研究所科技人员, 采用化学、物理的微乳化和高剪切技术, 研制生产了具有缓释性能的纳米肥料。纳米肥料的胶结包膜剂胶团直径均在100纳米以内。纳米材料的小尺寸效应, 可使肥料粒子带有磁效应, 从而使肥料养分更容易被植物吸收, 有效刺激植物生长。

北京市农林科学院植物营养与资源研究所的专家经过多年潜心研究, 采用各种废弃塑料作为包膜材料, 溶剂采用松节油, 包膜设备采用流化床喷动塔制备包膜化肥。经过调解包衣材料, 肥料在土壤中的缓释速度达到可控, 不烧苗, 不伤根。

山东农业大学研制成功控释时间长达70—400天不等的系列包膜控释肥产品, 经过调整配方能够设定膜上孔的数量、大小等控制养分的释放。控释肥的养分释放主要受温度、水分等条件的限制, 根据作物的需要可进行释放时间和释放高峰期的调整。包膜材料主要是苯乙烯等热塑性树脂和无机添加剂高岭土、滑石粉等。

广东省农科院土肥所从上个世纪九十年代起就开始缓释肥料的研究, 特别是在近年来取得可喜的突破性进展。利用自研的植物性复合控释包膜材料, 应用混合展着包膜新工艺, 率先在国内研发出廉价、高效、长效肥料产品。

该复合控释包膜材料采用造纸黑液中提取的磺化木质素, 所制备的包膜肥料在大田中能够使肥料养分缓慢水解与释放, 保持土壤对养分离子具有较高的吸附量, 并抑制氮素养分的淋失、挥发和损失, 从而达到保持肥料氮素养分较长时间缓慢供应的目标。

湖南省农科院土肥因此热塑性树脂材料为主作包膜, 研制新型肥料, 成功解决了30至330天内肥料可控养分释放的核心技术问题, 研制出可降解膜控释肥料和水稻专用控释肥料。

郑州大学乐喜施磷复肥技术研究推广中心开发的乐喜施(LUXEC- OTE) , 是以尿素等水溶性氮肥为核心, 以多种不同溶解度的无机植物营养物质(如磷酸铵镁)为包裹层, 整个包裹肥所有成分均为植物营养物质, 施入土壤后不会造成任何残留物污染, 对环境友好。其缓释程度可经过调节包裹层的组成及结构而改变。

中国科学院山西煤炭科学研究所研制开发的腐植酸包裹尿素(UH A), 是将廉价的天然风化煤腐植酸经活化后混入缩合淀粉及一些微量元素, 再将其包裹在尿素颗粒上, 包裹层占产品总量的15-25％。这样不但发挥了腐植酸本身的增进肥效、促进抗逆、改良土壤、抑制土壤脲酶和硝化菌活性的化学生物效应, 而且有效地控制了尿素的释放和分解速度, 还为农作物提供了必须的微量营养元素, 是一种多功能性的生态氮肥。

中国研究与开发缓释肥料的单位还有北京市园林科研所与北京市化工研究院(酚醛树脂包膜复合肥料)、华南农业大学(废弃物包裹缓释肥)、兰州石化公司研究院(高强度缓释尿素)等。

中国缓释肥料的生产虽然已经多年, 但到当前推广应用比较成功的只有郑州大学工学院的肥包肥型缓释肥料、广东农科院士肥所的缓释水稻肥、上海汉枫缓释肥料有限公司的缓释BB肥。下面介绍几家中国当前生产规模比较大的缓释肥料生产企业:

山东金正大公司生产的控释肥料外层的包膜材料采用热塑性树脂、滑石粉和玉米粉, 包膜工艺采用流化床喷动塔。

上海汉枫缓释肥料用硫磺包膜技术主要生产农业缓释肥、林业缓释肥与高档缓释肥。

首创集团复合肥缓控释研究中心以热塑性树脂松节油为原料, 年产3000吨包膜肥料。

天津康龙生态农业有限公司年产5万吨包膜肥料, 天津武清区撒尔特

公司年产10万吨控释肥料, 湖南益阳康利泰实业公司年产5万吨包膜肥料, 深圳芭田生态工程公司年产10万吨控释肥料, 新沂蒙复合肥有限公司设计年产

30万吨包膜控释肥料, 以上几个公司主要采用水溶性高分子材料如聚乙烯醇、

聚丙烯酰胺、聚丙烯酸等与高岭土、缩合淀粉等制备包膜材料。

国外包膜技术发展状况

1961年美国TVA公司研究硫磺包膜尿素, 并于1971年投产。这一工

艺被世界上许多公司采用如英国ICI公司、美国ADM公司等。由于硫膜存在残缺孔洞及易被微生物分解致使养分控释不稳定, 20世纪80年代其改进工艺采

用有机聚合物和硫双层膜改进硫包尿素控释性能, 即在硫包尿素外层再包一层

有机聚合物成为硫-聚合物包膜尿素( PS CU) 。聚合物包膜材料是当前发展最快、效果最好的一类控释包膜材料。1964年美国ADM公司开发了以热固性树

脂为原料的包膜技术并率先实现了工业化生产。此后德国、日本、加拿大等

国陆续开发了各类聚合物树脂包膜材料。当前在生产中常见的树脂有下面几类:

1) 醇酸树脂1967年美国生产的Osmocote所用的包膜材料就是醇酸

树脂, 使双环戊二烯和甘油酯的共聚物。醇酸树脂能够很好的控制成膜厚度,

控释性能较好, 能够应用到各类颗粒肥料。

2) 聚氨酯类这类包膜材料是在肥料表面直接以聚异氰基和多元醇反

应生成的树脂包膜, 形成了抗磨损的包膜材料。

3) 热塑性树脂包膜材料最常见的技术是将热塑性树脂如聚乙烯溶于

有机溶剂如氯仿中, 经过流化床反应器喷涂到肥料表面上; 或者将聚烯烃与辅

料的熔融液直接喷涂到肥料表面。日本首先开创了热塑性树脂包膜研究。90年

代初, 日本研制出聚烯烃包膜肥料技术。具体做法是在聚烯烃熔融体内加入滑

石粉和金属氧化物从而改进聚烯烃的通透性和降解性, 达到控制肥料释放速度的目的。还有一些热塑性聚合物包膜技术和产品, 如加拿大的一种乳胶包膜尿素产品, 选用聚偏二氯乙烯水乳液喷涂在肥料表面, 不需回收溶剂; 英国的研究技术是将天然橡胶经过改性涂敷在肥料表面。波兰的研究集中在聚砜包膜材料上, 利用反相技术在肥料表面生成聚砜树脂、醋酸纤维素和聚丙烯氰包膜, 研究表明能够达到控释目的, 并改进了肥料表面的抗磨损性。进一步的研究表明, 在聚砜中加入改性淀粉能够调节聚砜的降解性和核心肥料的释放量。

4) 由于人们意识到塑胶薄膜对环境的污染破坏, 能够生物降解的高分子材料成为了包膜研究的焦点。日本、德国、以色列等国相继开发了光降解塑料和生物降解塑料的包膜技术。其中光降解聚乙烯树脂包膜材料的使用已经占到日本包膜肥料的50%。

另外, 当前国际上研究热点集中在具有多功能的包膜材料上, 例如保水功能、改进土壤环境、防止水土流失。

缓控释肥料的发展历程与前瞻

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杂谈

控释肥料是以包膜、包裹的方式达到延长水溶性肥料的肥效期, 提高肥料利用率, 减轻施肥过量对环境的污染, 日益受到各国专家的重视。

氮肥因受到脱氮(denitrification)、挥散(volatilization)、淋溶(leaching)、土壤固定(soil fixation)以及土壤表面径流(surface runoff)等作用之影响, 氮素损失高达50%以上, 特别在高温多雨气候下, 施用方法不当如表土施肥不覆盖, 以及排水不良或水田不排水等情况下施肥, 氮肥利用率可能更低。钾肥亦同样因淋溶、表面径流、土壤固定等作用而容易损失。

以提高作物对营养要素回收的立场观之, 控释肥有下列三个主要的优点:

1. 减少要素因淋溶与表面径流所造成之损失;

2. 减少土壤中之化学性与微生物性的固定作用;

3. 对氮素而言, 减慢硝化作用及减少因氨挥散与脱氮之损失;

另外尚有下列各项优点:

4. 减少因局部聚积高浓度之盐分与大量施肥所造成之种子与幼苗之肥伤与叶面灼伤;

5. 以稳定的速率供应营养成分, 能够改进作物之质量;

6. 对饲料作物而言, 施用控释肥能够获致较佳的生长, 使其季节性之分配较佳, 配合牲畜之需求;

7. 获得较高的经济效益及节省施肥次数。

控释肥的研究已有多年历史先后研制的有尿素甲醛(Ureaform, UF)、尿素乙醛(Crotonylidene diurea, CDU)、异丁醛二尿素(Isobutylidene diurea, IBDU或 IB)、胍脲盐(Guanylurea salt)、乙二酰二胺(Oxamide)、被覆肥料(Coated fertilizers)与浆状肥料(Paste fertilizer)等。

一、控释肥料的基本概念、测定标准及制程简介

1、基本概念

包膜肥料: 根据《中国农业百科全书》定义, 包膜肥料为在肥料颗粒表面涂覆其它物质制成的一类缓释肥料, 用于成膜的物质有天然产品和人工合成的多聚体如聚氨基甲酸乙酯、聚乙烯、石蜡、油脂、沥青和硫磺等, 它们成膜后具有减少肥料与外界的直接接触、控制水溶性肥料粒子中养分的释放速率、

改进肥料理化性能等作用。基本上包膜材料除硫磺外, 大多为非植物营养物质, 因此, 包膜层不允许太厚。但为了形成完整的密封层, 也不能太薄(因肥料颗粒

表面并非完全圆润光滑, 而是存在凹陷与凸起)。一般包膜层重量为肥料总重量的10%一30％。

包裹肥料(肥包肥): 包裹肥料是包裹型复合肥料的简称。据中国包裹型肥料制造联合体技术数据定义:包裹型复合肥料是一种或多种植物营养物质包裹另一种植物营养物质, 而形成的植物营养复合体, 虽然符合此定义的肥料早已创造如美国的裹硫尿素(sulfur-coated urea, SCU), 可是此定义是郑州工业大学许秀成等1987年的创造专利中提出的。

包裹肥料与包膜肥料的共同点均为经过包覆, 使肥料达到缓释的目的, 而其主要区别在于, 包裹肥料是以肥料包裹肥料, 因此, 包裹层的重量可占肥料总重量的30％-80％。

另外还有涂层肥料等等能够控制核心肥料不会在短时间内释放的肥料。

2、控释肥料测定标准

对于控释肥料的测定标准, 当前还没有国际标准, 世界各地有主导的几种测定方法:

( 1) 当前在美国生产与销售的缓释/控释肥料中的缓释氮均由AOAC970.04 (1990)方法测定。该条目包括两种方法: 方法一为水浸出法, 在室温下, 以去离子水按1:20比例浸泡肥料8小时后, 测定未溶解的氮; 方法二为淋洗法, 在专门设计的装置内测定所淋洗出的氮, 从而计算”修正控制释放氮”, 这种方法测得的未被淋出的氮, 可认为是控释氮。

( 2) 日本的包膜肥料中的养分溶出率, 是以水中恒温静置法测得, 分为初期溶出率(12.5g试样, 在30℃ 250ml水中, 静置7天), 这种方法是由美国田那西流域管理局(Tennessee Valley Authority,TVA)的伦特(Rindt)等人, 于1968年提出, 用以评价裹硫尿素的氮素溶出率。1971年为日本采用, 1977年作为法定方法。日本对包膜肥料采用初期溶出率与微分溶出率来测定肥料缓释率。所谓初期溶出率为称取试样12.5g, 加入250ml水, 在30℃的恒温箱中放置25小时后, 测定养分溶出率; 而微分溶出率是由测定在30℃下恒温7天后的溶出率

经过计算求出第2天至第7天之间的每天平均溶出率。初期溶出率是反映那些包膜不完整的肥料粒子数量, 显然, 包膜不完善的粒子越多, 初期溶出率越大, 而初期溶出率高的包膜肥料, 有可能引起作物烧苗或初期徒长。一般要求初期溶出率不大于40％; 微分溶出率是评判包衣完整的肥料粒子, 平均每天释放总养分百分率, 大多数包膜的缓释肥料微分溶出率为每天0.25％-2.5％。

( 3) 欧洲标准委员会( European Committee for Standardization, CEN) , 对评判缓释肥料(TC 260/WG 4/TFsrf)作了如下说明:若营养释放在25℃,能满

足下列三条件, 则该料肥可称为缓释肥料, 24小时释放不大于15％; 28天释

放不超过75％; 在规定的时间内, 至少有75％被释放。

一般以肥料在水中的溶出率来评价肥料的缓释性。另一类测定包膜肥料养分释放速率的方法为土壤溶出率, 此方法操作较复杂, 可是测定结果比较接近肥料在土壤中的释放规律, 此方法多用于研究机构进行控释肥料的研究工作。一般, 控释肥料在土壤中的溶出率会比在水中的溶出率小。因此, 常见的测定方法还是利用去离子水溶出率法评价控释肥料。

3、各种缓释/控释肥料的制程简介

聚合物包膜肥料, 将聚合物溶于水或有机易挥发溶剂中, 然后喷涂于流化的颗粒肥料中, 在热空气流的作用下, 溶剂迅速挥发, 在肥料颗粒外表形成均匀的外膜壳。当前主要有沥青、石蜡、聚烯烃类树脂及其衍生物、淀粉及其衍生物、纤维素及其衍生物、聚氨酯类树脂和醇酸类树脂等, 该类肥料具有控释功能。

包裹肥料, 采用盘式造粒(pan granulator)或滚桶造粒(drum granulator)制程, 在添加一定量固体物质的同时喷洒黏结剂(binder)滚动包裹而成, 所采用的固体物质能够是有机物料、黏土矿物和矿质肥料。

SCU 是用熔融的硫磺包裹被预先加热的尿素颗粒制成。尿素包膜后, 用密封剂(3%熔融蜡和2%煤焦油混合物)喷涂包住膜上的裂缝, 以减少硫包膜的生物降解