環(huán)保型內(nèi)質(zhì)控失復(fù)合肥生產(chǎn)技術(shù)與應(yīng)用總結(jié)*

馬曉麗，盧曉峰，張 超，王學(xué)波，黃 濱

(山東金沂蒙生態(tài)肥業(yè)有限公司 山東臨沭 276700)

化肥是以提供植物養(yǎng)分為主要功用和部分兼有改善土壤性質(zhì)的物料，是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，肥料工業(yè)的發(fā)展在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中起著不可替代的作用。

據(jù)有關(guān)資料顯示，我國耕地基礎(chǔ)地力偏低，化肥施用對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)較大。但是當(dāng)前我國化肥使用中仍然存在施肥結(jié)構(gòu)不平衡、有機(jī)肥資源利用率低、單位面積施用量大等問題，制約著我國農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。為推進(jìn)化肥減量提效和新肥料、新技術(shù)應(yīng)用，積極探索產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展之路，原農(nóng)業(yè)部制定了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》。

1 新型肥料研究概況

近年來，新型肥料的科技創(chuàng)新開發(fā)工作越來越受到國內(nèi)相關(guān)企業(yè)的青睞和重視，新型肥料如雨后春筍，發(fā)展快速，產(chǎn)品呈現(xiàn)多樣化、專業(yè)化?；谄渑d起所肩負(fù)的“化肥零增長”的戰(zhàn)略使命和“提高肥效利用率、發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)”的歷史任務(wù)，新型肥料的快速發(fā)展推動著行業(yè)的進(jìn)步。當(dāng)前國內(nèi)外新型肥料有緩釋/控失肥、商品有機(jī)肥、多功能肥料等，如聚合物包膜肥料、硫黃類包膜肥料、磷酸銨鉀鹽包膜肥料等。

中國科學(xué)院離子束重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室課題組經(jīng)過數(shù)年研究，通過對天然材料進(jìn)行物理和生物改性，研制出了化肥養(yǎng)分控失劑，利用控失劑形成的互穿分子網(wǎng)“網(wǎng)捕”住養(yǎng)分，生產(chǎn)出新型肥料控失肥。

2 環(huán)保型內(nèi)質(zhì)控失復(fù)合肥技術(shù)創(chuàng)新路線

環(huán)保型內(nèi)質(zhì)控失復(fù)合肥采用環(huán)境友好、成本較低、無溶劑型的改性化肥養(yǎng)分載體材料研制而成，所采用的控失劑由中國科學(xué)院離子束重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)?？厥?fù)合肥針對肥料施用中養(yǎng)分移出的多少，控制其流失。而緩控釋肥重在控制養(yǎng)分釋放速率，而非解決養(yǎng)分流失問題[1]。

環(huán)保型內(nèi)質(zhì)控失復(fù)合肥工作原理：遇水自組裝成的絮狀海綿體“放大”了肥料分子的空間尺度而被土壤截留，網(wǎng)捕住肥料養(yǎng)分，改變了肥料的溶解特性及主動釋放性，“定植”在作物根系周圍形成營養(yǎng)庫，延長了作物對有效養(yǎng)分吸收利用的有效期，增加土壤保水性能；可有效解決硫包膜或樹脂包膜肥料影響作物對養(yǎng)分的前期吸收、破壞土壤結(jié)構(gòu)、因氨氮揮發(fā)造成的水體富營養(yǎng)化等難題。

高塔造粒控失復(fù)合肥的創(chuàng)新工藝流程如圖1所示。在尿素熔液中添加經(jīng)過加熱的磷酸一銨或磷酸氫鈣、氯化鉀或硫酸鉀、粉狀填充料，同時添加化肥養(yǎng)分控失劑、肥料增效劑，使添加的所有固體物料與尿素熔液充分混合。其中，尿素熔液40～65質(zhì)量份、磷酸一銨或磷酸氫鈣1～40質(zhì)量份、氯化鉀或硫酸鉀10～40質(zhì)量份、填充料1～38質(zhì)量份、化肥養(yǎng)分控失劑3～5質(zhì)量份、肥料增效劑1～2質(zhì)量份[2]。在尿素熔融溫度、機(jī)械攪拌和剪切作用下，各種原料迅速復(fù)合成具有一定流動性的低溫共熔體，然后通過噴淋造粒工藝進(jìn)行造粒，形成一種具有控制肥料養(yǎng)分流失功能的復(fù)合肥料。

3 高塔造?？厥?fù)合肥主要設(shè)備創(chuàng)新

3.1 新型高效混合裝置

目前，傳統(tǒng)復(fù)合肥生產(chǎn)工藝中的料漿混合裝置只能混合部分料漿且不均勻，容易導(dǎo)致溢流管堵塞，對造粒操作影響較大，不能滿足產(chǎn)品外觀光滑度的要求。

創(chuàng)新技術(shù)將原有的造粒塔頂一級混合槽槳葉式攪拌漿改造為強(qiáng)力攪拌器，同時在一級混合槽之后增設(shè)二級混合槽。二級混合槽由槽體、乳化剪切攪拌器、擋流板、進(jìn)料口、出料口和放料閥等組成，槽體內(nèi)的中下部設(shè)置有水平擋流板，進(jìn)料口位于擋流板所在平面之下，出料口位于擋流板所在平面之上，放料閥位于槽體底部；乳化剪切攪拌器垂直貫穿槽體中部，由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子外徑與擋流板中間的圓孔孔徑相同，定子的底部水平設(shè)置在圓孔上[3]。

3.2 篩分專用自動振打回轉(zhuǎn)篩

傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)篩篩分裝置易堵篩孔、糊篩，篩分效率較低，對篩分質(zhì)量影響較大；需人工進(jìn)行清理，且存在容易損壞篩網(wǎng)等問題。

開發(fā)了篩分專用的自動振打回轉(zhuǎn)篩，其特征在于篩體的內(nèi)表面上固定有自動振打裝置。自動振打裝置的主體結(jié)構(gòu)是內(nèi)裝鋼球的加長直角彎頭，一端是帶有通氣孔的堵板封頭，另一端由護(hù)板封閉，加長直角彎頭堵板的朝向與篩體轉(zhuǎn)向一致。篩體啟動時，高效自動振打裝置隨之轉(zhuǎn)動，內(nèi)裝的鋼球從堵板端滾落至護(hù)板，勢能轉(zhuǎn)化為動能對篩體進(jìn)行振打，使堵在篩網(wǎng)上的肥料自動脫落。

4 應(yīng)用效益分析

4.1 提高養(yǎng)分利用率

環(huán)保型內(nèi)質(zhì)控失復(fù)合肥可提高肥料利用率11%～22%，作物產(chǎn)量平均提高10%，同時降低作物中硝酸鹽的含量?？厥Р牧显谕寥乐凶詣咏到?，可減少環(huán)境污染，保證糧食安全，同時又滿足農(nóng)民實(shí)際需求[4]。

目前，我國肥料的當(dāng)季利用率氮肥和鉀肥為30%～35%，磷肥為10%～20%[5]。施用控失復(fù)合肥(19-11-8)平均利用率可提高15%以上。據(jù)企業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，年施用1 000 kt控失復(fù)合肥替代普通復(fù)合肥，則每年可減少損失12 930萬元。

4.2 增產(chǎn)帶來的收益

環(huán)渤海低平原區(qū)冬小麥?zhǔn)┯每厥?fù)合肥產(chǎn)量增加了17%～29%,相比常規(guī)肥料,控失復(fù)合肥的肥料農(nóng)學(xué)效率提高了71%～228%,肥料貢獻(xiàn)率提高了53%[6]。

田間試驗(yàn)研究了在山東省內(nèi)施用控失復(fù)合肥對玉米生長的影響，結(jié)果表明：與普通復(fù)合肥相比，施用控失復(fù)合肥每穗玉米的穗粒數(shù)增加15粒，增加率為2.39%，每畝(1畝=666.7 m2)增產(chǎn)28.7～71.5 kg，每畝平均增產(chǎn)率為9.37%。

4.3 減少施肥次數(shù)

田間試驗(yàn)報告數(shù)據(jù)表明：農(nóng)民每畝地少追一次肥，少投入約0.4個工日(包括人工及犁工)，按每個工費(fèi)50元、1 t控失復(fù)合肥可施約20畝地計，合計省工時費(fèi)400元/t。

5 創(chuàng)新性分析

(1)開發(fā)的內(nèi)質(zhì)型控失復(fù)合肥生產(chǎn)工藝可解決現(xiàn)有高塔造粒工藝適應(yīng)性單一、兼容性差以及生產(chǎn)能力受限、產(chǎn)品溶解快、肥料養(yǎng)分易流失和易揮發(fā)等難題[7]；實(shí)現(xiàn)了尿基復(fù)合肥和控失復(fù)合肥兩種工藝的生產(chǎn)互換。

(2)新型高效混合裝置可提高混合均勻度，達(dá)到乳化效果，減少清理造粒機(jī)次數(shù)，同時因制漿細(xì)度達(dá)到了微米級，能保證造粒機(jī)良好運(yùn)行。產(chǎn)品外觀形成一層致密的光滑層，減少了肥料顆粒間的接觸面積，可達(dá)到減輕肥料結(jié)塊的目的。

(3)篩分專用自動振打回轉(zhuǎn)篩具有篩分效率高、防糊篩效果好、篩網(wǎng)損壞次數(shù)少等優(yōu)點(diǎn)，可保證肥料顆粒粒度均勻，產(chǎn)品外觀質(zhì)量良好。

6 結(jié)語

環(huán)保型內(nèi)質(zhì)控失復(fù)合肥既能滿足農(nóng)作物對養(yǎng)分的需求，又能將多余養(yǎng)分保持在土壤中，還可控制氨氮揮發(fā)，解決了因氮、磷徑流造成的水體富營養(yǎng)化問題，大幅度減輕了農(nóng)業(yè)面源污染，達(dá)到了提高肥料利用率和減輕肥料對土壤、水系污染的目的[2]。

在推進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展由數(shù)量擴(kuò)張向質(zhì)量提升轉(zhuǎn)變的過程中，開展以農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)為重點(diǎn)的技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)環(huán)保型內(nèi)質(zhì)控失復(fù)合肥等新型肥料，符合國家制定的《到2020年化肥使用量零增長行動方案》要求，可為農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展、建設(shè)美麗中國、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展提供堅實(shí)支撐。