2021年腐植酸复混肥的生产基本工艺与关键技术及基本工艺作业流程图

腐植酸复混肥生产工艺和技术伴随腐植酸机理研究不停深化,中国腐植酸肥料研制开发及其在农业上应用有了新进展。现从腐植酸复混肥性能、作用、机理、生产工艺特点及农田效果等方面进行探讨和分析,以推进腐植酸复混肥料在农业上快速推广应用。1腐植酸性能腐植酸是一个化学结构相当复杂胶体无定型高分子有机化合物,它是由多个相同结构单元所形成大分子复合体,每个单元又以芳香族聚合物为核,在核外面带有羧基、酚羟基、羰基、甲氧基等活性基团。这些活性基团使腐植酸含有酸性、亲水性、较强离子交换能力和吸附能力,能和K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+和NH4+形成腐植酸盐,并能和一些金属离子生成络合物或螯合物。腐植酸由很多极小球形微粒积聚而成,内表面大,其阳离子交换量比矿质胶体大10～20倍。腐植酸可和碱成盐,其1价盐如NH4+、Na+、K+盐为水溶性,2价盐如Ca2+、Mg2+盐和3价盐如Fe3+、Al3+盐均不溶于水。腐植酸含有胶体性质,在水溶液中展现出疏松结构,加入电解质后会破坏腐植酸胶体溶液稳定性,使其凝聚成絮状沉淀。腐植酸热稳定性差,在高温下很轻易脱羧基、酚羟基而发生裂解,以致失去原有活性。腐植酸含有良好生理活性,其分子中所含多酚基结构参与了植物体内氧化还原过程,有活化生物体内多个酶活性,促进细胞分裂,加速作物生长点分化及增强根系发育,刺激作物生长作用。它还能抑制土壤中脲酶和硝化菌活性,增强作物对养分吸收,提升化肥利用率。腐植酸存在于泥炭、褐煤和风化煤中,其总含量通常为30%～50%。现在统称腐植酸由胡敏酸(黑腐酸和棕腐酸)和富里酸组成,富里酸又称黄腐酸,含量少。因为原生植物、地质年代所经历改变和环境不一样,其腐植酸含量、成份、结构有很大差异,直接影响到腐植酸产品质量和应用效果。通常来讲,活性基团含量越高,调剂肥料中养分释放和供给能力越强。腐植酸在农业上应用,则表现出含有5大作用,即:改良土壤;增强化肥效能;刺激作物生长;改善作物品质;增强作物抗逆能力。中国蕴藏着上千亿吨腐植酸资源,为发展腐植酸复混肥提供了可靠物质基础。2腐植酸对氮肥分解抑制机理2·1腐植酸脲酶抑制和硝化抑制机理多元复混肥,其氮源多采取尿素为原料。(1)酰胺水解作用尿素进入土壤后,在土壤脲酶作用下,很快发生水解而生成氨。水解后氨,首先和土壤中水发生水合反应而形成NH4+,使其存在于土壤中供作物吸收利用;其次可进入大气而损失。其化学反应过程为：山西农大陆欣等人研究结果表明,腐植酸对土壤脲酶活性含有抑制作用,可维持在100天左右。腐植酸在作物生长前期能很好地抑制尿素水解,极大降低氮素挥发及淋溶损失;在作物生长中、后期,伴随腐植酸消耗,又能够逐步减弱其抑制作用,以适应作物发育旺盛时期对氮素大量需求。(2)硝化作用和反硝化作用尿素施入土壤后经水解和水合作用生成NH4+，在土壤亚硝化细菌作用下，被氧化成NO2-，又在销化细菌作用下，被深入氧化成NO3-。其化学反应式为:NO3-是作物可吸收利用氮,不过,NO3-易于移动,可被淋溶而进入地下水,污染水质。NO3-在嫌气条件下,经反硝化作用被还原成N2O和N2,形成气态损失,造成大气污染。其路径关键为:NO3-—NO2-—NO—N2O—N2。反硝化作用关键是一个氮素损失过程,而且其气态中间产物均可产生一定程度大气污染。山西煤化所成绍鑫等人研究结果表明,腐植酸对硝化细菌活性有抑制作用。经试验研究,在尿素中添加2%～20%腐植酸物质,在土壤中保持35天内,总抑制率达69.3%。62天后含腐植酸尿素比一般尿素在土壤中多保留42%～50%氮。2·2腐植酸氨稳定机理腐植酸含有很大内表面积和较强吸附能力。当尿素被水解成NH3和NH3经水合成NH4+时,很快被腐植酸吸附,并和其发生氨化反应生成较稳定腐植酸铵盐,首先降低了氨挥发损失,首先为作物吸收提供了NH4+源,故腐植酸含有氨稳定作用。其化学反应式为:式中R-COOH代表含有1个羧基腐植酸(HA),以下同。3腐植酸在复混肥生产中化学反应3·1腐植酸和氮肥反应(1)和碳酸氢铵或氨水反应腐植酸不溶于水,经和碳酸氢铵或氨水氨化后,可生成溶于水腐植酸铵,该反应在常温下即可缓慢发生。它易被作物吸收利用,而且可降低碳酸氢铵或氨水分解造成氨挥发损失。(2)和尿素反应该反应生成水溶性腐植酸尿素复合物是一个长久有效缓释肥料。经试验研究得悉,腐植酸和尿素在物料干燥和常温下不发生化学反应。当物料含有水分时,伴随温度升高,化学反应缓慢发生;当温度达100℃以上时,反应加紧,并伴随水分增加而反应增快。该化学反应结果,使尿素和腐植酸混合物料性状由干散变成了湿润,甚至成稠糊状。3·2腐植酸和磷肥反应(1)和过磷酸钙或重钙中游离酸反应式中Me代表Ca、Mg离子。该反应使水溶性磷被固定，变成枸溶性磷酸盐（MeHPO4）。（2）和磷酸盐反应这些反应表明,腐植酸对土壤中潜在磷源有着活化作用,能使难溶性磷转化成可被作物吸收有效磷。3·3腐植酸和钾肥反应和氯化钾或硫酸钾反应腐植酸钾为胶体化合物,在土壤中不易随水流失,而氯化钾、硫酸钾在土壤中则易随水流失。3·4腐植酸和微肥反应如和锌肥反应4腐植酸复混肥生产工艺技术4·1工艺步骤(见图1)将已粉碎成<1mm颗粒多种单体肥料和已粉碎成<0.25mm腐植酸原料,按配方要求经计量,进入混合机中混合搅拌均匀后,送入造粒机中造粒,当颗粒达成要求后送入回转干燥机中,通热烟气(300℃左右)进行并流干燥,干燥后约70℃左右粒肥进入回转冷却机中,抽冷风(常温)进行逆流通风冷却到35℃以下,经筛分机筛分,合格颗粒经扑粉防结块处理后,经计量包装即为成品。4·2工艺技术关键点(1)选择质量高腐植酸原料煤腐植酸是植物死亡后残体在微生物作用和化学作用(腐殖化)下,最终形成一个比较稳定大分子天然物质,详见表1和表2。多种煤中腐植酸含量相差很大，总腐植酸含量，低者为20%~30%，高者竟达60%~70%。表1摘录部分腐植酸含量居中。从表1能够看出，其灰分含量以泥炭为多，褐煤、风化煤较少，腐植酸含量相差不大;但其容重以泥炭为小,风化煤为大,褐煤居中。风化煤有弱粘结性,泥炭、褐煤几乎无粘结性。从表2可看出,羧基含量从泥炭HA到褐煤HA再到风化煤HA,依次增大;而酚羟基泥炭为多,褐煤、风化煤为少。上述3种不一样煤炭HA,因为其原始植物和腐殖化程度不一样,活性基团组成差异很大,尤其是风化煤HA是烟煤长久风化生成HA,其含氧活性基团(羧基)显著增加。故在制造腐植酸复混肥时,多采取褐煤或风化煤为原料。因为各地腐植酸原料煤质量不一样,要选择那些腐植酸含量较高(40%以上),含水量较低(20%以下),粒度较细(<0.25mm)品种为宜。腐植酸含量低,农用效果差。腐植酸原料煤含水高,成粒难度大,增加制造成本。假如条件许可,还应尽可能选择那些含羧基和酚羟基较高品种,以期制得农用效果最好腐植酸复混肥。(2)搞好原材料预处理①对所用无机原料全部必需粉碎到1mm以下。腐植酸原料煤因其粘结性能差,要求粒径在0.25mm以下。②腐植酸要进行氨化处理因腐植酸不溶于水,褐煤、风化煤应采取碳酸氢铵或硫酸铵进行氨化预处理,使其生成水溶性腐植酸铵后再和其它无机肥料混配。③过磷酸钙或重钙要进行氨化等预处理。氨化预处理方法有:加入碳酸氢铵或硫酸铵氨化法;亦可采取一定百分比钙镁磷肥方法,切不可使用石灰(CaCO3或Ca(OH)2),因为石灰是碱性物质,轻易造成局部pH值过高,而影响磷有效性。m(过磷酸钙):m(碳酸氢铵)=10∶1为宜,产品中水溶性P2O5不会降低。(3)控制好系统水平衡要确保系统正常运转,在控制系统水平衡时,要注意处理好以下多个问题。①尿素和过磷酸钙或重钙配合质量比应控制在2.5∶1以下为宜,若尿素加入百分比过大,则易造成物料液相量大于烘干时脱水量,而发生干燥机结疤现象。②尽可能控制混合后物料水分在8%以下,这么则有利于造粒机正常加水(或尿素水溶液)和造粒操作稳定运行。③干燥温度不宜太高,通常控制物料干燥温度在80℃左右为宜,应采取低温(烟气温度≤300℃)大风量,以降低氮损失和有效磷退化损失。(4)改善造粒操作条件在生产腐植酸复混肥时,因为添加褐煤或风化煤其粘结性能差,而且在烘干机前段造粒区,不存在2次造粒,为了得到较高成球率,必需采取提升物料粘结性等方法来改善造粒操作条件。关键有:①采取热水或加热部分尿素水溶液造粒。②采取2台造粒机串联法造粒,先将部分尿素水溶液喷入1#造粒机进行造粒,成球后自动卸入2#造粒机继续造粒,提升造粒效果。③在配料中加入少许硫酸铵使其生成粘结性较强复盐，即过磷酸钙或重钙和硫酸铵生成磷酸铵和溶解度较小硫酸钙和硫酸铵和硫酸钙复盐（铵石膏），游离水转化为结晶水，其化学反应式：④采取热返料造粒。假如腐植酸原料煤粘结性过低，亦可实施2次筛分方法，增加烘干后筛分，将筛上>5mm颗粒粉粹后和筛下<1mm颗粒，以热返料送入造粒机造粒。（5）严格控制返料比腐植酸复混肥造粒是基于液相理论为基础颗粒成长原理，也是附聚造粒理论。为了提升成粒率，要配置有一定数量小颗粒物料为芯核。为此，采取适宜返料比是提升造粒最有效手段。褐煤或风化煤,其粘结性差难于造粒,故需要较高返料比。具体指标要依据试验而定,并按腐植酸配入百分比不一样而有所不一样。腐植酸原料加入量越高，则需要返料比越大。通常情况下,团粒法其返料比在(2～2.5)∶1。4.3腐植酸复混肥产品质量（见表3）5腐植酸复混肥农业应用效果腐植酸复混肥料也称作增效肥、长久有效肥、有机无机复合肥,是一个很有发展前途好肥料。5·1提升化肥利用率,增加肥效因为腐植酸含有脲酶抑制、硝化抑制和氨稳定作用,从而提升氮素利用率。腐植酸能和土壤中Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+等金属离子结合形成较稳定络合物,抑制了这些离子和磷肥中磷酸根结合,降低了有效磷固定。它能和不溶性磷化物形成一个磷酸腐植酸复合体,并使不溶性磷酸盐活化,从而提升磷利用率。腐植酸能和钾肥和其它微量元素发生络合或螯合反应,使其生成含有胶体性能腐植酸钾或腐植酸微量元素盐类,有利于作物根系吸收,并降低其随水而发生流失,提升其利用率。经试验研究得悉,腐植酸复混肥肥效比等养分化肥可提升10～20个百分点。5·2改善农产品品质,提升优级品率对玉米、水稻、小麦等粮食作物可提升其蛋白质、淀粉含量;对大豆、花生等可提升其含油量;对棉花可提升其纤维强度;对烟草作物可提升一级品率;尤其对薯类作物可促进薯块膨大和蛋白质、糖分含量显著提升；对果菜作物，可增加其糖分、Vc含量和提升其着色度、口感及一级口率。5·3提升作物产量,增加经济收入经大量农业试验结果表明:粮食作物,如玉米、水稻、小麦增产9.5%～14.5%;薯类作物,如甘蔗、甜菜、马铃薯增产15.4%～37.6%;油料作物,如油菜、花生增产9.4%～25.0%;蔬菜作物,如黄瓜、西红柿增产10.6%～24.5%;果树作物,如苹果、梨、桃增产8.2%～14.6%;经济作物,如甘蔗、棉花增产11.5%～26.0%。比等养分通常复混肥,可使作物再增产3～9个百分点。