用于增强肥料颗粒强度的增效剂与其应用
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，具体涉及一种用于增强肥料颗粒强度的增效剂、含有增效剂的颗粒肥及其制备方法与颗粒肥的施肥方法。
背景技术
随着全国土地流转进程的加快，农民进城务工导致农村劳动力流失的加剧，国家大力推行农业规模化生产，农业机械化生产水平不断提高。据最新统计数据，2008年全国农作物耕种综合机械化水平为45.8％，2016年全国农作物耕种综合机械化水平为65.2％，比2008年增长了19.4％。近年国家加大农机补贴力度，农业机械化生产正在加速推进。农业机械化，其中就包括了肥料机施，目前国内机施肥料水平还不高，满足不了农机机施的需求。
颗粒肥是机施肥料种类的一种，目前国内肥料造粒工艺以常规圆盘/转鼓造粒工艺和高塔熔融造粒工艺为主。其中，高塔工艺生产的肥料虽然颗粒强度高，适宜机施，但其存在造价高、不节能、不环保等问题，因此其具有一定的局限性，且不符合国家“可持续发展”的发展战略。基于高塔熔融造粒工艺特性，目前其在复合肥中常用，但在有机肥中不适用。
常规圆盘/转鼓造粒工艺生产的颗粒肥料虽然相对复合国家“可持续发展”的发展战略，但是生产的颗粒肥普遍存在颗粒强度低，从而导致其颗粒肥机施过程中容易掉粉、破碎、堵槽，不利于机器施肥。
为了解决常规圆盘/转鼓造粒工艺生产的颗粒肥料强度不高的问题，目前也有尝试增加颗粒肥颗粒强度的方法，如添加胶黏剂，但是该方法存在造价高，而且有些胶粘剂还降解慢，残留在土壤当中。目前还公开了在颗粒肥成分中添加氧化镁和固化增强剂，具体的该固化增强剂为氧化镁、硫酸镁。其利用氧化镁与水反应的基础上，通过增加该固化增强剂以增加反应对水的吸收，在加快了肥料凝结的进程，同时遇水后可快速反应形成结晶体，增强了颗粒成品的强度。但是在实际生产中发现，向含有氧化镁的肥料中增加氯化镁、硫酸镁的固化增强剂仅仅能够有效加速氧化镁与水反应的速率，加速肥料的凝结速率，但是改善颗粒肥颗粒强度有限。因此，如何提供颗粒肥颗粒强度特别是提高常规圆盘/转鼓造粒工艺生产的颗粒肥颗粒强度，以提高机肥的效果是本领域一直在努力试图解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种增效剂，以解决现有肥料颗粒固化增强剂对肥料颗粒强度增强效果不理想的技术问题。
本发明另一目的是提供一种颗粒肥及其制备方法，以解决现有肥料颗粒强度不高而导致其在施肥过程中以出现粉化和破碎以及堵槽等不良现象的技术问题。
为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种增效剂。所述增效剂用于增强肥料颗粒强度，其包括如下重量百分比的成分：
膨润土20％-50％
改性金属硅酸盐40％-60％
聚乙烯醇10％-20％。
本发明的另一方面，提供了一种颗粒肥。所述颗粒肥包括颗粒肥基体成分，所述颗粒肥还包括增效剂，且所述增效剂与所述颗粒肥料基体成分形成混合物；其中，所述增效剂本发明增效剂。
本发明的再一方面，提供了一种颗粒肥的制备方法。所述颗粒肥制备方法包括如下步骤：
将本发明增效剂与颗粒肥基体成分进行混合处理，获得肥料混合物料；
将所述肥料混合物料进行造粒处理。
本发明的再一方面，提供了本发明颗粒肥的施肥方法。所述颗粒肥的施肥方法包括将所述颗粒肥采用机施对植物施肥的步骤。
与现有技术相比，本发明增效剂通过所含的膨润土、改性金属硅酸盐和聚乙烯醇组分之间的协同作用，能够与颗粒肥成分作用，使得形成的颗粒肥混合物具有良好的粘结性，形成的晶体物质相互交错，使得最终形成的肥料颗粒内力高，因此，所述增效剂能够与颗粒肥成分混合后制备的肥料颗粒强度高，且颗粒不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象，提高了颗粒肥的机器施肥效果。另外，所述增效剂含有植物所需的钙、镁、铁、硅、钾等营养元素，能够协助颗粒肥料促进作物的生长。
本发明颗粒肥由于在颗粒肥基体成分中混合了本发明增效剂，因此，所述颗粒肥颗粒中的晶体物质相互交错，颗粒内力高，从而赋予所述颗粒肥颗粒强度高，且颗粒不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象，机器施肥效果好，肥效好。
本发明颗粒肥制备方法直接将本发明增效剂与颗粒肥基体成分混合处理造粒，一方面使得制备的肥料颗粒内力高，强度高，且颗粒不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象；另一方面所述颗粒肥制备方法工艺条件易控，条件温和，能够有效保证制备的颗粒肥颗粒性能稳定，且有效提高了制备的效率，降低了生产成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例颗粒肥的制备方法工艺流程示意图；
图2为本发明实施例颗粒肥工业化生产线工艺流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例说明书中所提到的各组分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书各组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的重量单位。
一方面，本发明实施例提供了一种增效剂。增效剂用于增强肥料颗粒强度，其包括如下重量百分比的成分：
膨润土20％-50％
改性金属硅酸盐40％-60％
聚乙烯醇10％-20％。
这样，所述增效剂所含的膨润土作为无机粘结成分，能够增加颗粒肥混合物的粘结性；所述改性金属硅酸盐能够于颗粒肥肥料中发生水化反应，形成的晶体物质相互交错，增强肥料颗粒强度；所述聚乙烯醇可以进一步增加肥料颗粒内力，增加颗粒的强度及防结块效果。因此，所述增效剂通过所含的膨润土、改性金属硅酸盐和聚乙烯醇组分之间的协同作用，能够与颗粒肥成分作用，使得形成的颗粒肥混合物具有良好的粘结性，形成的晶体物质相互交错，使得最终形成的肥料颗粒内力高，赋予肥料颗粒强度高，颗粒不掉粉，不发生破碎，防结块效果好。
一实施例中，是增效剂所含的所述膨润土为层间阳离子为Ca+的钙基膨润土，蒙脱石≥85％，表观粘度为50mpa.s。另一实施例中，所述聚乙烯醇的平均聚合度为2400-2600，醇解度为87-89％，具体的如88％。另一实施例中，所述改性金属硅酸盐是由浓硫酸改性处理的金属硅酸盐，如所述改性金属硅酸盐是由如下方法改性获得：
将黑云母、金云母进行混合处理，再加入浓硫酸进行浸泡处理。
其中，所述浓硫酸加入的量优选是浓硫酸占所述黑云母、金云母总重量的1wt％-3wt％，所述浸泡处理的时间为0.5-3h，具体的如1h。所述黑云母、金云母优选是按照重量比为1：(2-4)的比例进行混合处理。
因此，通过对所述膨润土、改性金属硅酸盐和聚乙烯醇等组分的优化，能够进一步优化各组分的作用，提高各组分之间的协同作用，进一步提高所述增效剂对肥料颗粒强度的增强作用，提肥料颗粒的强度，避免肥料颗粒发生掉粉，破碎，结块等不良现象发生。
由上述可知，所述增效剂能够与颗粒肥成分混合后制备的肥料颗粒强度高，且颗粒不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象，提高了颗粒肥的机器施肥效果。另外，所述增效剂含有植物所需的钙、镁、铁、硅、钾等营养元素，能够协助颗粒肥料促进作物的生长。
另外，上述各实施例中的所述增效剂可以按照所含的组分种类以及含量进行混合处理，形成混合物，从而形成所述增效剂。
另一方面，在上文所述增效剂的基础上，本发明实施例还提供了所述颗粒肥。所述颗粒肥包括颗粒肥基体成分和增效剂，且所述增效剂与所述颗粒肥料基体成分形成混合物
其中，所述颗粒肥基体成分可以是适于制备颗粒肥的肥基体成分。如所述颗粒肥基体成分可以是复合肥、单质肥、有机肥、有机无机复混肥中的至少一种。
所述增效剂为上文所述增效剂。其是与所述颗粒肥基体成分进行混合处理后经过造粒获得所述颗粒肥。在一实施例中，所述增效剂在所述颗粒肥中的含量为3wt％-6wt％。基于上文所述增效剂所含的组分和作用及其效果，将所述增效剂在所述颗粒肥中的含量为3wt％-6wt％即可以赋予所述颗粒肥的颗粒具有良好的强度，保证肥料颗粒不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象，提高了颗粒肥的机器施肥效果。
因此，所述颗粒肥由于在颗粒肥基体成分中混合了上文所述增效剂，因此，所述颗粒肥颗粒中的晶体物质相互交错，颗粒内力高，从而赋予所述颗粒肥颗粒强度高，且颗粒不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象，机器施肥效果好，肥效好。
基于上文所述颗粒肥，本发明实施例还提供了上文所述颗粒肥的一种制备方法。所述颗粒肥的制备方法工艺如图1所示，其包括如下步骤：
S01：将上文所述增效剂与颗粒肥基体成分进行混合处理，获得肥料混合物料；
S02：将所述肥料混合物料进行造粒处理。
其中，所述步骤S01中的增效剂和颗粒肥基体成分均如上文颗粒肥实施例中所述，具体的如所述增效剂为上文所述增效剂。所述颗粒肥基体成分可以是适于制备颗粒肥的肥基体成分。在一实施例中，所述增效剂按照所述增效剂在所述颗粒肥中的含量为3wt％-6wt％的比例与颗粒肥基体成分进行混合处理。
一实施例中，所述颗粒肥基体成分含有磷肥成分、钾肥成分和氮肥成分时，且所述增效剂与颗粒肥基体成分进行混合处理的方法如图2所示，具体包括如下步骤：
S011：将所述增效剂与所述磷肥原料、钾肥原料进行混合处理，获得磷钾肥混合原料；
S012：将氮肥原料经熔融处理后与所述磷钾肥混合原料进行再次混合处理，获得所述肥料混合物料。
其中，步骤S011中的所述磷肥原料、钾肥原料和增效剂可以是加入如图2所示的混合槽1中进行混合处理，获得磷钾肥混合原料。步骤S012中的所述氮肥原料经熔融处理可以是在如图2中熔料槽中进行，然后倒入混合槽2中与混合槽1中的磷钾肥混合原料再次进行混合处理，获得所述肥料混合物料。其中，所述磷肥原料、钾肥原料和氮肥原料可以是适于制备颗粒肥的原料，所述磷肥原料、钾肥原料和氮肥原料的混合比例也可以根据颗粒肥施肥植物对象的营养需要进行调节混合比例。
所述步骤S02中的所述肥料混合物料的所述造粒处理可以根据颗粒肥料常规的造粒方法进行造粒，如可以采用圆盘和/或转鼓造粒工艺。一实施例中，所述造粒处理如图2所示，其包括如下步骤：
将所述肥料混合物料采用圆盘和/或转鼓造粒工艺进行造粒处理，后进行干燥处理和筛分处理。
因此，所述颗粒肥制备方法直接将本发明增效剂与颗粒肥基体成分混合处理造粒，不仅能够使得制备的肥料颗粒内力高，强度高，且颗粒不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象；而且所述颗粒肥制备方法工艺条件易控，条件温和，能够有效保证制备的颗粒肥颗粒性能稳定，且有效提高了制备的效率，降低了生产成本。
又一方面，基于上文所述颗粒肥及其制备方法，本发明实施例还提供了上文颗粒肥的施肥方法。所述施肥方法包括将所述颗粒肥采用机施对植物施肥的步骤。由于上文所述颗粒肥具有颗粒强度高，不掉粉，防结块效果好，不发生破碎、堵槽等不良现象，提高了其机施的效果，提高了施肥效率。
以下通过多个具体实施例来举例说明本发明实施例增效剂、颗粒肥及其制备方法。(注：本发明的强度增效剂对颗粒肥的养分没有要求的，颗粒肥的养分特征如NPK＝18-18-5，是根据作物的养分需求而定，非工艺要求)
1.增效剂实施例
下述各实施例中的膨润土为层间阳离子为Ca+的钙基膨润土，蒙脱石≥85％，表观粘度为50mpa.s；改性金属硅酸盐是将黑云母、金云母进行混合处理，再加入1wt％-3wt％浓硫酸进行浸泡处理1小时获得；所述聚乙烯醇的平均聚合度为2400-2600，醇解度为88％；
实施例1 1
本发明实施例提供了一种增效剂。以所述增效剂组分总量为100重量份计，包括如下组分：
膨润土：20份
改性金属硅酸盐：60份
聚乙烯醇：20份
实施例1 2
本发明实施例提供了一种增效剂。以所述增效剂组分总量为100重量份计，包括如下组分：
膨润土：30份
改性金属硅酸盐：50份
聚乙烯醇：20份。
实施例1 3
本发明实施例提供了一种增效剂。以所述增效剂组分总量为100重量份计，包括如下组分：
膨润土：40份
改性金属硅酸盐：40份
聚乙烯醇：20份。
实施例1 4
本发明实施例提供了一种增效剂。以所述增效剂组分总量为100重量份计，包括如下组分：
膨润土：30份；
改性金属硅酸盐：60份
聚乙烯醇：10份。
实施例1 5
本发明实施例提供了一种增效剂。以所述增效剂组分总量为100重量份计，包括如下组分：
膨润土：40份
改性金属硅酸盐：50份
聚乙烯醇：10份。
实施例1 6
本发明实施例提供了一种增效剂。以所述增效剂组分总量为100重量份计，包括如下组分：
膨润土：50份
改性金属硅酸盐：40份
聚乙烯醇：10份。
2.颗粒肥及其制备方法实施例
实施例21-26
本发明实施例21-26分别提供了一种颗粒肥及其制备方法。具体是将实施例11-16提供的增效剂分别与尿基复合肥(18-18-5)原料混合处理后造粒形成。并控制所述增效剂占所述颗粒肥总量的5wt％。
各实施例颗粒肥制备方法按照图2所述的工艺进行制备成尿基复合肥颗粒。
实施例27。
本发明实施例27提供了一种颗粒肥及其制备方法。具体是将实施例12提供的增效剂与尿基复合肥(18-18-5)原料混合处理后造粒形成。并控制所述增效剂占所述颗粒肥总量的3wt％。
对比例1
市售普通颗粒尿基复合肥(18-18-5)。
对比例2
采用CN201710551374中提供的518相固化增强剂，即氢氧化镁：氯化镁：水＝5：1：8组合进行试验，在1000kg尿基复合肥(18-18-5)原料中，加入30kg的氧化镁，5kg的氯化镁，40kg的水，进行造粒得到颗粒肥料。
相应实验
对实施例21-27提供的颗粒肥和对比例提供的肥料进行如下表1中相关性能测试，其中，
颗粒肥料抗压强度测试方法：按照芭田企业标准测定颗粒肥料平均抗压强度，即：在环境相对湿度应小于70％，在2.0-3.6mm的粒径范围内任意选取30颗球状试样，用YHKC-2A型颗粒强度测定仪逐个测定颗粒的抗压强度。
颗粒平均抗压强度(X)，以牛顿(N)表示，按式(1)计算：
式中：Fi-每个颗粒试样的抗压强度，单位为牛顿(N)。所得结果应表示至一位小数。
表1
由表1可知，本发明实施例颗粒肥通过添加本发明实施例增效剂，即使采用常规的圆盘/转鼓造粒工艺制备的颗粒肥，与对比文件1提供的普通常规肥对比，本发明实施例颗粒肥的颗粒平均强度均提高了100％以上，最高可以提高252.8％，效果明显。
本发明实施例与对比文件2中现有常规增效剂增强的颗粒肥料颗粒相比，本发明实施例颗粒肥的颗粒平均强度依然明显优于对比文件2中颗粒肥颗粒强度。
而且对比实施例21-26与实施例27颗粒强度可知，调整本发明实施例增效剂的含量，能够有效保证本发明颗粒肥颗粒强度的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
