具有低磷礦粉含量的硫基肥料組合物的制作方法
【專利摘要】提供了肥料組合物，其包含硫和磷礦粉。該肥料組合物可以是受控釋放的肥料，其包含元素硫、磷礦粉和溶脹材料。磷礦粉在該肥料組合物中以少量存在，例如是5重量%或者更低。該肥料組合物可以通過(guò)將熔融元素硫與磷礦粉混合，并且冷卻該混合物來(lái)生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】具有低磷礦粉含量的硫基肥料組合物
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般性地涉及包含磷礦粉(rock phosphate)和元素硫的肥料組合物，及其制造方法。更具體地，本發(fā)明的一些方面涉及受控釋放的肥料組合物，其包含元素硫、磷礦粉和溶脹材料。
[0002] 【背景技術(shù)】
在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中，使用肥料來(lái)為植物提供養(yǎng)分，它們通常通過(guò)土壤傳遞給植物。肥料可以顆?；蛘咤V劑(pastille)形式加入到土壤中，例如，從存儲(chǔ)和散播能力的角度看這是有利的。
[0003]硫是必需的植物養(yǎng)分，其包含在肥料組合物中來(lái)改善作物性能，并且被認(rèn)為是次要養(yǎng)分。
[0004]磷是必需的植物主要養(yǎng)分，并且大量包含在肥料中來(lái)改善作物性能。一些肥料通過(guò)使用磷酸二銨(DAP)和磷酸一銨(MAP)來(lái)引入磷酸鹽。這樣的肥料通常不能用于被認(rèn)定為有機(jī)的作物，這是因?yàn)榱姿徜@組分是用酸處理過(guò)的。美國(guó)專利4547213號(hào)公開了將磷礦粉以相對(duì)較大的量用在肥料組合物中來(lái)為土壤提供足夠的磷酸鹽養(yǎng)分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]元素硫必須由土壤中存在的微生物轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，然后才能夠?yàn)橹参锼?。在這個(gè)過(guò)程中，由于形成了硫酸，硫會(huì)使土壤的pH降低或者使土壤酸化。磷礦粉不溶于水，并且在磷可利用之前必須使其溶解。當(dāng)磷礦粉與元素硫共存時(shí)，微生物對(duì)元素硫的分解(breakdown)能夠使磷礦粉酸化,并且使磷轉(zhuǎn)化成植物可利用的磷酸鹽形式。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使磷礦粉酸化能夠進(jìn)一步提高微生物將元素硫轉(zhuǎn)化成植物可利用的硫酸鹽形式的活性。因此，將元素硫與相對(duì)少量的磷礦粉組合的肥料組合物能夠提供與植物可利用的硫酸鹽的可利用率相關(guān)的協(xié)同效應(yīng)。
[0006]此外，除上述外，具有磷礦粉的元素硫基肥料可用于被認(rèn)定為有機(jī)的作物，因?yàn)樵亓蚝土椎V粉在制造過(guò)程中都沒有用酸處理。
[0007]在一方面，本發(fā)明涉及有機(jī)和無(wú)機(jī)肥料組合物，其包含至少50重量％的元素硫；和
0.01-5重量％的磷礦粉。在另一方面，本發(fā)明涉及制造包含硫和磷礦粉的肥料組合物的方法，該方法包括將熔融的元素硫與磷礦粉混合，其中磷礦粉占該混合物的0.1-5重量％ ;以及冷卻該混合物以獲得肥料組合物。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是例示用于生產(chǎn)肥料組合物的示例性方法的示意圖；和
圖2是例示用于借助旋轉(zhuǎn)成型機(jī)來(lái)生產(chǎn)肥料錠劑的示例性方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]本文所述的肥料組合物包含元素硫和少量(例如5重量％或者更低)的磷礦粉。[0010]在肥料組合物包含硫和少量磷礦粉的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是磷礦粉的酸化有助于硫微生物分解成植物可利用的硫酸鹽。因此，能夠提高來(lái)自例如受控釋放的肥料的硫酸鹽的可利用率。此外，僅將少量的磷礦粉混入到含硫肥料中能夠有利于更精確的土壤管理，因?yàn)槟軌蚋菀椎卣{(diào)控土壤中植物可利用的硫量，而不顯著影響土壤中的磷量。
[0011]硫組分可以作為元素硫來(lái)提供。如同下文結(jié)合肥料錠劑的生產(chǎn)所論述的，元素硫可以熔融形式提供并與其他肥料組分混合。元素硫可以是至少大約95%，至少大約99%或者至少大約99.5%純度。
[0012]硫可以構(gòu)成肥料組合物的大部分(即，至少大約50重量％)，并且可以形成該肥料的基質(zhì)，其他組分分散在其中。在一些方面，以元素硫的重量計(jì)，硫在肥料組合物中的存在量可以是大約40至大約95重量％，大約60至大約90重量％，大約70至大約95重量％或者大約80至大約90重量％。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“大約”應(yīng)理解為將所述范圍稍微加寬，以包括可能由已知的測(cè)量誤差、肥料組合物的復(fù)合或者原材料組合物中的可預(yù)期變化導(dǎo)致的值。
[0013]磷礦粉(也稱作磷酸鹽巖或者磷灰?guī)r)通常是非碎屑型(nondetrial)的沉積巖，其包含大量的帶有磷酸鹽的礦物。本發(fā)明的磷礦粉中的磷酸鹽或者磷含量沒有特別限制。通常，磷礦粉中的磷酸鹽含量是至少大約15%。但是，在一些磷礦粉來(lái)源中，巖石中的磷酸鹽含量可以超過(guò)大約20重量％的水平，或者甚至高到大約75重量％的磷酸鹽。因此，磷礦粉中磷酸鹽的含量可以是大約15至大約75重量％，大約20至大約65重量％，大約20至大約35重量％，或者大約35-50重量％。該磷礦粉的總磷含量，即通過(guò)AOAC 2.3.02 (OfficialMethods Of Analysis Of AOAC International,第 17 版，1998)作為 P2O5 所測(cè)得的含量,可以是大約5%至大約50%，大約10%至大約40%，或者大約20%至大約30%。該磷礦粉可利用的磷含量，即通過(guò)AOAC 2.3.14作為P2O5所測(cè)得的含量，可以是大約0.5%至大約20%，大約1%至大約10%或 者大約2%至大約6%。
[0014]磷礦粉中的磷酸鹽成分可以各種形式存在，包括但不限于磷灰石，例如氟磷灰石(Ca5(PO4)3F)、羥基磷灰石(Ca5(PO4)3OH)和氯磷灰石(Ca5 (PO4) 3C1)，和化學(xué)溶解的磷酸鹽礦物，例如來(lái)自于火成巖和變質(zhì)巖。
[0015]本發(fā)明的磷礦粉可以是任何類型的磷礦粉。一些通常形式的磷礦粉可以包括各種石灰?guī)r和泥巖，它們是常見的帶有磷酸鹽的巖石。沉積磷酸鹽巖通?？梢栽诤４采虾徒咏?yè)巖、燧石、石灰?guī)r、白云巖和某些情況下接近砂巖處找到。該磷礦粉還可以包括包含磷灰石的療效泥(peloid)、鮞狀巖(oolite)、化石(fossil)和碎屑巖(clast)。
[0016]一些形式的磷礦粉可以經(jīng)干燥和/或煅燒。煅燒通?？梢栽诖蠹s1480 °F至大約1520 °F的溫度進(jìn)行。可選擇地，取決于磷礦粉的來(lái)源，可以存在有機(jī)物，并且在一些情況下該磷礦粉可以加熱到大約1400 °F至大約1600 °F的溫度來(lái)除去有機(jī)材料。
[0017]以加入到肥料組合物中的磷礦粉量計(jì)，本發(fā)明所提供的肥料組合物可以包含大約
0.01至大約5重量％的磷礦粉，和在一些實(shí)施方案中可以包含大約0.05至大約2重量％，大約0.1至大約1.0重量％和大約0.25至大約0.5重量％的磷礦粉。因?yàn)榱椎V粉的磷含量小于100%,因此肥料組合物中元素磷的含量低于前述范圍。
[0018]基于這些相對(duì)低濃度的磷礦粉，能夠從肥料組合物中作為植物養(yǎng)分加以利用的磷量將非常低。事實(shí)上，根據(jù)許多管轄區(qū)域(jurisdiction)的法規(guī)，可利用的磷酸鹽含量可能低于使該肥料標(biāo)記為含磷酸鹽肥料所需的閾值限度。但是，如上所述，將低濃度的磷礦粉包含在肥料組合物中提高了土壤中微生物將元素硫分解成硫酸鹽的活性。就此而言，令人意外地發(fā)現(xiàn)少量的磷礦粉能夠顯著提高本文所述的硫酸鹽可利用率。
[0019]磷礦粉優(yōu)選基本上均勻地混入到肥料組合物中，例如，它可以基本上均勻地分散在硫基質(zhì)中，使得在取樣中磷礦粉含量的變化不大于10% (例如5mg的取樣可以在4.75mg至5.25mg變化)。所期望的均勻性可以通過(guò)如下來(lái)實(shí)現(xiàn):確保肥料組分的充分混合和使用具有足夠細(xì)的平均粒度的磷礦粉?；揪鶆虻姆植伎梢蕴峁┲参锟扇苄粤蛩猁}從肥料中的更好預(yù)測(cè)的提高的受控釋放。
[0020]在與肥料組合物的元素硫組分混合之前對(duì)原料磷礦石進(jìn)行研磨。采掘的磷礦石可以制成水漿，并且在球磨機(jī)或者棒磨機(jī)中濕磨。該漿體然后可以在大約250 °?的直燃式(direct-fired)干燥機(jī)中干燥,在此磷礦粉的水分含量會(huì)從大約10至大約15%降低到大約I至大約3%。磷礦粉原料可以在輥磨機(jī)或者球磨機(jī)中研磨到非常細(xì)目數(shù)的粒度(大約270目)。在一些實(shí)施方案中，磷礦粉的粒子直徑可以小于大約100微米(μπι)(其中至少85%的粒子具有這個(gè)尺寸)，和優(yōu)選小于大約75 μ m和小于大約55 μ m。
[0021]當(dāng)組合物被潤(rùn)濕時(shí)，受控釋放肥料組合物隨時(shí)間以受控的量釋放植物養(yǎng)分。在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“受控釋放”用于表示硫組分從肥料組合物中逐步地釋放，并且不必表示磷酸鹽組分從磷礦粉中的釋放。磷酸鹽可以受控的速率釋放或者可不以受控的速率釋放。該受控釋放組合物通常以細(xì)粒、丸粒、錠劑或者顆粒的形式提供。該肥料組合物在一種實(shí)施方案中可以是大體球形的，或者在另一種實(shí)施方案中，可以是大體錠劑的形式。球形或者錠劑形式的?；柿狭Ｗ佑兄诮档陀捎诹Ｗ娱g的研磨相互作用而產(chǎn)生的細(xì)粉，進(jìn)而降低了作為灰塵隨空氣散播的這類細(xì)粉的量，提高了最終沉積在特定地塊上的肥料量，同時(shí)降低了廢物。一些實(shí)施方案可以包括直徑為大約0.5至大約4mm或者大約l_3mm或者大約2.5mm的肥料丸粒。
[0022]肥料組合物中的溶脹材料在潤(rùn)濕時(shí)膨脹。在錠劑或者丸粒形式(或者類似的形式)中，膨脹會(huì)允許水分進(jìn)入到錠劑中，并且會(huì)使硫分裂成更小的粒子，這使得土壤中存在的微生物能夠?qū)⒘蜣D(zhuǎn)化成植物可利用的硫酸鹽形式。該硫酸鹽形式釋放到土壤中并在此被植物利用。當(dāng)元素硫與膨脹粘土一起配制時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮硫的膨脹(bulking)性質(zhì)、其受控的分解速率、以及任何所含磷酸鹽和微量養(yǎng)分的釋放。
[0023]溶脹材料可以包括膨脹粘土如高膨脹性潤(rùn)土。一種合適的膨潤(rùn)土產(chǎn)品是CANAPRILL PLUS,可獲自 Canadian Clay Products (Wilcox, Saskatchewan),其具有200目的粒度(85-95%)。另一種合適的膨潤(rùn)土膨脹粘土可獲自Muldoon Minerals, Inc.(Muldoon, TX)。
[0024]溶脹材料在肥料中的存在量可以是大約2至大約30重量％，大約5至大約25重量％，大約5至大約15重量％和優(yōu)選大約8至大約12重量％。
[0025]肥料組合物還可以任選地包含其他植物養(yǎng)分，包括氮、鉀、硼、鐵、銅、鋅、錳、鎂或者前述的組合。如果存在硼，則該肥料組合物可以包含這樣的含硼化合物，其公開在DrewTaylor等人2012年 10月 22 日申請(qǐng)的申請(qǐng) 13/657550號(hào)，標(biāo)題為“Fertilizer CompositionContaining Sulfur and Boron (含硫和硼的肥料組合物)”,其通過(guò)引用整體并入本文,并且公開了包含無(wú)水含硼化合物(例如無(wú)水硼砂)的受控釋放的肥料。其他植物養(yǎng)分以元素重量計(jì)可以如下的量存在于肥料組合物中:大約0.25至大約40重量％，大約0.5至大約20重量％，或者大約I至大約5重量％。
[0026]示例性的包含磷礦粉的受控釋放的肥料可以通過(guò)將熔融硫與經(jīng)研磨的磷礦粉混合來(lái)制造。在一些實(shí)施方案中，磷礦粉的水分含量可以保持在或者干燥到水分含量低于1%，直到即將混合之前。確保磷礦粉具有低的水分含量防止了在制造過(guò)程中發(fā)火花(flashing)或者起泡。溶融硫可以首先與溶脹材料混合，和在一些實(shí)施方案中，溶脹材料和憐礦粉先后加入到熔融硫與溶脹材料的混合物中。可選擇地，磷礦粉可以首先與熔融硫混合，然后溶脹材料可以隨后加入。
[0027]對(duì)于添加次序或者混合次序沒有特別限制。在一些實(shí)施方案中，一部分的硫和全部的溶脹材料可以首先混合，然后可以將磷礦粉加入到溶脹材料與硫的混合物中，然后可以將剩余的熔融硫加入到該混合物中。在一些實(shí)施方案中，溶脹材料和/或磷礦粉在加入到混合物中之前可以經(jīng)過(guò)加熱。
[0028]該肥料組合物可以使用間歇方法或者使用連續(xù)流方法來(lái)制造。下文結(jié)合圖1和2所論述的示例性方法并不意味著將生產(chǎn)方法限制到具體的制造方法。
[0029]圖1顯示了用于制造包含磷礦粉的受控釋放肥料的示例性方法。將溫度為大約250 T的熔融硫加入到儲(chǔ)料罐中。然后通過(guò)過(guò)熱蒸汽管線向該儲(chǔ)存系統(tǒng)中加入熱量。在可選擇的實(shí)施方案中，非熔 融的硫可以加熱到熔融態(tài)，然后加入到儲(chǔ)料罐中。
[0030]該硫然后傳輸?shù)交旌瞎蕖Ｈ廴诹蚩梢员盟秃陀?jì)量加入到混合罐中。然后在加入磷礦粉和溶脹材料的同時(shí)，該混合罐混合所述熔融硫。在一種實(shí)施方案中，將膨脹粘土(其可以是膨潤(rùn)土)加入到連續(xù)攪拌的熔融硫中。然后將磷礦粉加入到熔融硫和粘土的混合物中。然后使該混合物在混合罐中混合足夠的時(shí)間，以產(chǎn)生基本上均勻的混合物。在一種實(shí)施方案中，該混合物可以混合大約I分鐘至大約10小時(shí)，大約10分鐘至大約5小時(shí)，大約15分鐘至大約I小時(shí)，或者大約30分鐘。在混合加工過(guò)程中，向該系統(tǒng)中加入熱量，以保持溫度遠(yuǎn)高于硫的熔點(diǎn)，例如在大約270 °F。
[0031]在混合過(guò)程完成后，可以將熔融混合物置于收集罐中，用于裝運(yùn)的油罐(tanker)中，或者可選擇地可以在旋轉(zhuǎn)成型機(jī)(rotoformer)中造粒。在一種實(shí)施方案中，該收集罐也可以進(jìn)行攪拌來(lái)確保熔融混合物保持基本均勻。此外，如圖1所示，熱量可以例如通過(guò)蒸汽管線加入到收集罐中。當(dāng)需要時(shí)，該熔融混合物可以轉(zhuǎn)移到旋轉(zhuǎn)成型機(jī)中。
[0032]圖2是例示用于借助旋轉(zhuǎn)成型機(jī)來(lái)生產(chǎn)肥料錠劑的示例性方法的示意圖。將所述熔融混合物從收集罐泵送通過(guò)過(guò)濾器，其可以例如是270目尺寸的過(guò)濾器。可選擇地，該過(guò)濾器可以是140目、230目、325目或者400目的過(guò)濾器。該熔融混合物然后泵送通過(guò)旋轉(zhuǎn)成型機(jī)到達(dá)鋼帶上。在該熔融混合物通過(guò)旋轉(zhuǎn)成型機(jī)送到鋼帶上之后，使該熔融混合物在鋼帶上冷卻形成錠劑。在一種實(shí)施方案中，可以額外地通過(guò)將經(jīng)冷卻的水噴淋到鋼帶的底部支架(undercarriage)上來(lái)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻。水可以再循環(huán)并在用于噴淋器中之前冷卻(chill)。所述熔融混合物也可以通過(guò)使該混合物與室溫平衡來(lái)冷卻。在錠劑充分硬化之后，它們可以借助刮刀從鋼帶上除去，然后放入用于散裝裝運(yùn)的倉(cāng)庫(kù)或者包裝在小袋中用于配送。
[0033]含磷礦粉的肥料的分析
進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究試驗(yàn)來(lái)評(píng)估向基于硫的受控釋放的肥料中加入磷礦粉的潛在益處。用于兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室是 Canadian Association for Laboratory Accreditation的成員，并且是經(jīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO) 17025認(rèn)證的。
[0034]實(shí)駘室試駘I
如上所述，元素硫必須轉(zhuǎn)化成硫酸鹽然后才可以被植物利用。進(jìn)行這個(gè)研究來(lái)評(píng)估在12周期間內(nèi)，從兩種包含磷礦粉的硫基肥料組合物中釋放的硫酸鹽量。
[0035]在這個(gè)試驗(yàn)中，使用沒有添加任何植物養(yǎng)分的當(dāng)?shù)赝寥?native soil)樣品作為對(duì)照，TIGER90CR? (Tiger-Sul Products)是粒狀可降解的硫基肥料(大約90%重量的硫和大約10%重量的膨潤(rùn)土膨脹粘土 )，其不含任何的含磷酸鹽組分，試驗(yàn)肥料I是粒狀可降解的硫基肥料，包含大約90%的硫、大約0.5%的磷礦粉，其余是膨潤(rùn)土，并且試驗(yàn)肥料2是粒狀可降解的硫基肥料，包含大約80.5%的硫、大約0.25%的磷礦粉，并且其余是膨潤(rùn)土。
[0036]將每個(gè)樣品的土壤用能夠氧化硫的微生物接種。將250mg的每種肥料組合物加入到200g的處于24%飽和度的土壤中。定期將水輸送通過(guò)該土壤，并且以表1所示的間隔進(jìn)行收集。分析所述水的硫酸鹽含量。結(jié)果表示在表1中。
[0037]表1:磷礦粉對(duì)于硫酸鹽(SO4)可利用率的影響
【權(quán)利要求】
1.肥料組合物，其包含: ⑴至少50重量％的元素硫；和 (ii)0.01-5重量％的磷礦粉。
2.權(quán)利要求1的肥料組合物，其進(jìn)一步包含溶脹材料。
3.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中磷礦粉的含量是0.05-2重量％。
4.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中磷礦粉的含量是0.1-1.0重量％。
5.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中磷礦粉的含量是大約0.25重量％至大約0.5重量％。
6.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中該肥料組合物包含至少75重量％的元素硫。
7.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中該肥料組合物包含60-90重量％的元素硫。
8.權(quán)利要求2的肥料 組合物，其中該肥料組合物是受控釋放的肥料組合物。
9.權(quán)利要求8的肥料組合物，其中該肥料組合物包含5-25重量％的溶脹材料。
10.權(quán)利要求8的肥料組合物，其中該肥料組合物包含5-15重量％的溶脹材料。
11.權(quán)利要求2的肥料組合物，其中所述溶脹材料是膨脹粘土。
12.權(quán)利要求11的肥料組合物，其中所述膨脹粘土是膨潤(rùn)土。
13.權(quán)利要求1的肥料組合物，其進(jìn)一步包含選自以下的一種或多種另外的養(yǎng)分:氮、鉀、鐵、銅、鋅、?l、猛和鎂。
14.權(quán)利要求13的肥料組合物，其中所述一種或多種另外的養(yǎng)分在肥料組合物中的含量是大約0.25重量％至大約40重量％。
15.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中該肥料組合物以丸粒、錠劑或細(xì)粒中的一種或多種形式提供。
16.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中所述磷礦粉包含至少20重量％的元素磷。
17.權(quán)利要求1的肥料組合物，其中所述磷礦粉包含至少50重量％的元素磷。
18.給植物施肥的方法，其包括將權(quán)利要求1的肥料組合物分散到土壤中。
19.權(quán)利要求18的方法，其進(jìn)一步包括將第二肥料組合物分散到土壤中，其中該第二肥料組合物包含磷。
20.制造包含硫和磷礦粉的肥料組合物的方法，該方法包括: 將熔融元素硫與磷礦粉混合，其中磷礦粉占該混合物的0.1-5重量％ ;以及 冷卻該混合物以獲得肥料組合物。
21.權(quán)利要求20的方法，其進(jìn)一步包括將所述組合物形成為錠劑、丸?；蛘呒?xì)粒，然后在冷卻步驟中將該組合物冷卻到硫的熔點(diǎn)以下。
22.權(quán)利要求20的方法，其進(jìn)一步包括在將磷礦粉與熔融元素硫混合之前，將磷礦粉研磨到平均粒度小于55 μ m。
【文檔編號(hào)】C05G3/00GK103980024SQ201310082747
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月7日
【發(fā)明者】D.P.泰勒, G.W.豪恩 申請(qǐng)人:虎速產(chǎn)品（加拿大）公司