一种利用滚筒造粒技术制备环保复合肥的方法与流程

本技术涉及肥料与土壤改善，具体涉及一种利用滚筒造粒技术制备环保复合肥的方法。

背景技术：

1、滚筒造粒是复合肥生产的主流工艺之一，具有产能高、成本低、适配性强等优势，在大宗复合肥生产中应用广泛。随着农业绿色高质量发展的推进，降低养分流失、提升肥料利用率、减少生产过程污染已成为复合肥行业的重要发展方向。

2、现有的滚筒造粒复合肥普遍存在养分释放快、当季利用率低的问题，氮素易挥发与淋失，磷素易被土壤固定，不仅造成肥料资源浪费，还会带来相应的污染风险。为改善滚筒造粒复合肥的缓释性能，部分生产技术直接向物料中掺混缓释填料或硝化抑制剂，但缓释组分分散均匀性差，且与肥料基体结合力弱，在造粒机械作用下易发生相分离，缓释效果波动大；另有包膜型缓释肥多采用难降解的高分子树脂，易造成土壤微塑料残留，且生产工序复杂、成本较高，难以在大田用肥中普及。

3、在生产工艺层面，传统滚筒造粒多采用敞开式注酸方式，酸雾挥发严重，作业环境差，环保治理成本高；造粒时的水分多依靠人工经验调控，批次稳定性差，使得成品颗粒成球率低、粒度不均，后续烘干能耗居高不下。此外，大量元素与微量元素一次性混合的工艺易因粒径、密度差异产生分级偏析，导致产品微量元素分布不均，影响肥效稳定性。同时，现有多数复合肥产品功能单一，难以兼顾养分供给与土壤改良的相互配合作用。

4、因此，急需开发一种更具优势的利用滚筒造粒技术制备环保复合肥的方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本技术将尿素、氯化铵、磷酸一铵、氯化钾与改性碳酸钙缓释复合材料投入一级混合机混合，再加入硫酸铜、硫酸锌、硼砂得到第二混合物；将第二混合物送入二级混合机，密闭加注98%浓硫酸并调控ph进行反应后，进入滚筒造粒机，通过入口加水与出口在线水分检测闭环调控造粒水分，经烘干、冷却、筛分等处理制得环保复合肥。本技术制得的产品颗粒均匀，兼具长效缓释与土壤改良作用，养分利用率高、生产环保清洁。

2、为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、本技术提供一种利用滚筒造粒技术制备环保复合肥的方法，包括如下步骤：

4、s1、按照配比，由plc自动控制系统投加尿素、氯化铵、磷酸一铵、氯化钾及改性碳酸钙缓释复合材料至一级混合机混合，得到第一混合物；

5、s2、向一级混合机中添加硫酸铜、硫酸锌和硼砂，与第一混合物进一步混合，得到第二混合物；

6、s3、将第二混合物送入二级混合机，经密闭管道由酸泵及自控阀门向二级混合机中加注98%浓硫酸，随后边搅拌边实时监测并调控物料的ph值，反应后得到混合产物；

7、s4、将混合产物输送至滚筒造粒机，控制滚筒造粒的工艺参数，并在滚筒造粒机入口处加水；

8、s5、通过滚筒造粒机出口的在线水分检测仪检测出料水分，并根据出料水分调节进水阀开度；

9、s6、将水分合格的出料依次经烘干、冷却、筛分和包膜的工序，再由自动包装机称重封包，即得到环保复合肥。

10、本技术提供的制备环保复合肥的方法中，投料方式采用plc自动化投料，后续通过自控阀门控制98%浓硫酸的加注，再配合后续ph及水分的在线检测，能够实现全流程精准化生产，提升产品批次稳定性，降低人工误差与劳动强度。此外，通过引入改性碳酸钙缓释复合材料，能够增强制得的环保复合肥的缓释持效性能，减少环保复合肥养分的淋失与挥发，同时碳酸钙可中和土壤酸度，兼具土壤改良价值。而且，s1和s2中，占比高的成分先在一级混合机中混合形成均匀基体；占比低的成分后续加入可缩短混合路径，避免因粒径、密度差异等导致的组分偏析，保证占比低的微量养分在整体物料中均匀分布。s3中，通过密闭管道与酸泵加注浓硫酸，能够减少酸雾挥发，提升生产安全性与环保性。s4和s5中，在造粒过程中采用入口处加水和出口处水分在线检测调节的控制手段，能够稳定造粒过程中所需的液相的加入量，提升制得的环保复合肥的成球率与颗粒尺寸均匀性。

11、在一种可能的实现方式下，s1中，所述尿素、氯化铵、磷酸一铵、氯化钾及改性碳酸钙缓释复合材料的质量比为（44.5～46.5）：（3.5～5.5）：（22.5～25.0）：（18.5～21.0）：（5.0～7.5）。

12、尿素与氯化铵搭配，可以形成速效氮源与长效氮源的组合，磷酸一铵则同时提供磷源与部分铵态氮，氯化钾提供钾源，其中氮素形态兼顾前期供肥与后期持效。而改性碳酸钙缓释复合材料的加入比例控制，使其既可以充分发挥增强缓释以及改善土壤的作用，又能够不过度稀释养分浓度，同时可作为造粒填料提升造粒得到的颗粒的机械强度。

13、在一种可能的实现方式下，s1中，所述改性碳酸钙缓释复合材料的制备方法为：

14、取碳酸钙原料，粉碎后过200～300目筛，得到碳酸钙粉体；

15、将碳酸钙粉体投入高速混合机中，在室温下，以15～20hz的转速边搅拌边以喷雾的形式加入表面改性剂，随后继续保持搅拌5～10min，得到改性碳酸钙；

16、将改性碳酸钙与缓释包覆液在200～300rpm的搅拌速率下搅拌30～60min后，在50～70℃下干燥使包覆层固化，即得所述改性碳酸钙缓释复合材料。

17、改性碳酸钙缓释复合材料的制备方法中，200～300目筛分后的碳酸钙粉体比表面积相对较大，表面活性位点多，为后续表面改性和包覆提供充足的反应界面，提升改性与包覆的效果。此外，高速搅拌（15～20hz）下以喷雾形式加入表面改性剂，能够使表面改性剂以雾状快速分散吸附在碳酸钙粉体表面，能使其与后续有机包覆液的相容性提升，降低界面张力，使包覆液在其表面更均匀地铺展。缓释包覆液在搅拌下包裹改性碳酸钙颗粒，并在50～70℃干燥过程中水分蒸发，包覆液中的成膜物质交联固化，形成连续、致密的阻隔膜层，降低硝化抑制剂与外界的物质交换速率。

18、在一种可能的实现方式下，所述表面改性剂包括单（聚乙二醇）琥珀酸酯、2-(2-甲氧基乙氧基）乙酸和2-羧乙基丙烯酸酯中的任意一种或多种；所述表面改性剂的添加量为碳酸钙粉体质量的0.5%～2.0%。

19、单（聚乙二醇）琥珀酸酯、2-(2-甲氧基乙氧基）乙酸、2-羧乙基丙烯酸酯分子均含羧基（-cooh），可通过化学键合（与碳酸钙表面ca2+形成羧酸钙）或氢键作用牢固吸附在碳酸钙表面；这些分子另一端的聚乙二醇醚链、酯基等链段伸向颗粒外侧，与缓释包覆液中的腐植酸、水溶性高分子等更容易通过氢键等分子间作用力相互结合，提升界面粘结力，防止包覆层脱落；也可进一步促进包覆液中的硝化抑制剂在成膜物质交联固化时稳定保留在阻隔膜层中。

20、在一种可能的实现方式下，所述改性碳酸钙与缓释包覆液的质量比为（70～80）：（20～30）；所述缓释包覆液的成分包括腐植酸、水溶性高分子成膜剂、硝化抑制剂与去离子水；所述腐植酸、水溶性高分子成膜剂、硝化抑制剂与去离子水的质量比为（5～15）：（2～8）：（5～10）：（70～80）。

21、缓释包覆液的成分中，腐植酸为天然有机胶体，可吸附养分、改良土壤团粒结构，同时参与形成包膜，增加膜层致密性与生物降解性；水溶性高分子成膜剂则是包膜的骨架组分，提供膜的机械强度与连续性，防止包膜在造粒、运输过程中破损；硝化抑制剂则被包埋在包膜中，随包膜降解缓慢释放，长效抑制土壤硝化作用，减少环保复合肥的氮素损失；去离子水则作为溶剂均匀分散各功能组分，且在干燥后会挥发，形成固态功能包膜。

22、在一种可能的实现方式下，所述水溶性高分子成膜剂包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素和海藻酸钠中的任意一种；所述硝化抑制剂包括双氰胺、3，4-二甲基吡唑磷酸盐和硝基吡啶中的任意一种。

23、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、海藻酸钠均为亲水性高分子，分子链含大量羟基、羧基等极性基团，可通过氢键相互缠绕交联；当水分蒸发后，这些高分子会形成连续、柔韧的聚合物薄膜，且该类材料能够在土壤微生物作用下可逐步降解为小分子物质，不会造成土壤残留污染。此外，本技术使用的硝化抑制剂通过抑制土壤中亚硝化细菌的amo酶活性，阻断铵态氮向亚硝态氮的氧化过程，进而减少硝态氮生成；硝态氮易随水淋失和发生反硝化脱氮损失，因此减少硝态氮生成能够延长氮素在土壤中的留存时间，达到长效缓释效果，提升氮肥利用率，同时减少硝酸盐污染。

24、在一种可能的实现方式下，s2中，所述硫酸铜、硫酸锌和硼砂的质量比为1:1:1，且硫酸铜、硫酸锌和硼砂的总质量为第二混合物总质量的1.5%。

25、硫酸铜、硫酸锌和硼砂分别为环保复合肥提供了铜、锌和硼这三种元素，其中铜能够参与作物光合作用与呼吸作用，锌能够参与生长素合成与酶代谢，硼则能够促进生殖器官发育与碳水化合物运输，三者均为作物必需微量营养元素。此外，这三者的配比可以适配多数作物的微量养分吸收比例，避免元素间拮抗。

26、在一种可能的实现方式下，s3中，所述98%浓硫酸的加注量为第二混合物总质量的4%—6%，所述物料的ph值调控在5.5～6.5。

27、98%浓硫酸加入物料中后，会与体系中的尿素、磷酸一铵等发生反应，生成硫酸脲、磷酸二氢铵等具有黏性的复盐或酸式盐，这些盐可在造粒过程中作为黏结剂，促进细粉团聚成核并长大，显著提升颗粒成球率与机械强度；而调控物料的ph值的目的在于：ph5.5～6.5的弱酸性环境下，铵态氮化学稳定性高，不易分解为氨气挥发损失；同时磷素主要以水溶性的磷酸二氢根形态存在，有效性高；ph过低则会加速设备腐蚀，ph过高则铵态氮易分解挥发，且磷素易与钙离子等结合生成难溶物，降低肥效。

28、在一种可能的实现方式下，s4中，所述滚筒造粒的工艺参数包括：滚筒造粒机的滚筒转速为10r/min，滚筒造粒机内的物料温度维持在20～25℃，并在滚筒造粒机入口处按每吨物料加注100l的比例加水。

29、滚筒造粒依靠离心力与摩擦力带动物料沿筒壁上升，再靠重力下落形成滚动料帘，通过滚动团聚使颗粒长大。10r/min的转速可形成稳定料幕，物料滚动时间充足；转速过快会使物料受离心力过大贴附筒壁，无法下落团聚；转速过慢则物料抬升高度不足，滚动作用力弱，成核困难、粉化率高。此外，20～25℃的常温区间内，水分蒸发速率较为稳定，物料液相的黏度与表面张力波动小，颗粒生长速度均匀；如果物料温度过高的话，会导致水分快速蒸发，液相不足，颗粒易粉化；如果物料温度过低的话，则物料粘性过大，易黏壁结团。最后，每吨100l的加水量为粉体团聚提供合适的条件，使细粉黏结成核并逐步生长为均匀颗粒；加水量过多会导致物料过湿，颗粒变形、粘连甚至粘壁；加水量过少则液相粘结力不足，成核困难，细粉多、成球率低。

30、在一种可能的实现方式下，s5中，所述出料水分为10%，调节进水阀开度的方式为：出料水分大于10%时关小进水阀、减少加水量；水分小于10%时开大进水阀、增加加水量。

31、控制出料水分是为了使制得的颗粒具有良好塑性，不易破碎，且颗粒形状规整；出料水分过高会增加后续烘干的热能消耗，且颗粒易在输送过程中变形粘连；出料水分过低则颗粒脆性大，易破碎粉化，成品率下降。

32、有益的技术效果：

33、本技术提供的制备环保复合肥的方法中，通过引入改性碳酸钙缓释复合材料，能够增强制得的环保复合肥的缓释持效性能，减少环保复合肥养分的淋失与挥发，同时碳酸钙可中和土壤酸度，兼具土壤改良价值。在具体的工艺流程中，占比高的成分先在一级混合机中混合形成均匀基体；占比低的成分后续加入可缩短混合路径，避免因粒径、密度差异等导致的组分偏析，保证占比低的微量养分在整体物料中均匀分布。后续通过密闭管道与酸泵加注浓硫酸，能够减少酸雾挥发，提升生产安全性与环保性；并且浓硫酸可以与体系中的尿素、磷酸一铵等发生反应，生成硫酸脲、磷酸二氢铵等具有黏性的复盐或酸式盐，这些盐可在造粒过程中作为黏结剂，促进细粉团聚成核并长大，显著提升颗粒成球率与机械强度。最后，在造粒过程中采用入口处加水和出口处水分在线监测调节的控制手段，能够稳定造粒过程中所需的液相的加入量，提升制得的环保复合肥的成球率与颗粒尺寸均匀性。