一种基于镁渣的缓释颗粒自组装三元硅钾肥及其制备方法

技术领域

本发明涉及农业肥料制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于镁渣的缓释颗粒自组装三元硅钾肥及其制备方法。

背景技术

镁渣是在镁冶炼过程中生成的副产品，其主要产生于采用皮江法炼制金属镁的过程中，镁渣的生成主要源自原材料中的镁金属化合物在冶炼过程中被还原为金属镁，而其余部分则转化为镁渣，通常，每生产1吨金属镁会伴随产生6-8吨的镁渣。镁及镁合金作为战略性储备物质，我国是其最大生产和出口国，每年镁渣的产量约为650万吨左右，然而，镁渣的综合利用率普遍偏低，整体仅约为30％左右，许多企业未能进行充分的综合利用，或者其利用率极低，导致已积累的镁渣堆积量逐年增加，目前估计已超过6000万吨。

大多数镁渣目前被堆放于渣场或分散堆积于各地环境中，这不仅占用了大量土地资源，还需要巨额的堆场建设和维护费用，同时，这也是可用资源的浪费，未被充分综合利用的镁渣对我国镁产业的可持续发展构成了制约，镁渣主要含有矿物相为Ca2SiO4，可用于研制硅肥，满足土壤和作物对硅元素的需求。硅肥的制备可以有效减轻镁渣对环境造成的影响。

钾肥是氮、磷、钾三大基础肥料之一，我国传统的施肥模式偏向高氮、高磷和低钾，导致氮、磷、钾肥的施用比例严重失衡，土壤施肥结构不合理，导致我国土壤普遍缺钾，全国土壤普查数据表明，大约70％的耕地存在缺钾问题，其中45％的耕地严重缺钾，这已成为制约我国农产品质量和产量的重要因素，因此，采用缓释肥料是降低肥料施用次数并持续提供钾元素的有效方法。

本发明是针对镁渣利用率低的问题，提供一种基于镁渣的缓释颗粒自组装三元硅钾肥的制备方法，该肥料既能使镁渣得到有效的资源化利用、缓解镁渣污染问题，又能提供一种兼具缓释功能的无须二次加工成粒的硅钾肥即可有效改良土壤质量的肥料。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于镁渣的缓释颗粒自组装三元硅钾肥及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于镁渣的缓释颗粒自组装三元硅钾肥，所述缓释颗粒自组装三元硅钾肥包括以下重量份数的原料：镁渣58-81份，碳酸钾5-30份，硼酸1-3份，硼氢化钠1-3份，氧化铁1-3份和氧化铝1-3份，所述镁渣来自皮江法炼镁过程中产生的主要固体废渣。

优选地，所述缓释颗粒自组装三元硅钾肥所含有效硅含量≥20％，优选为20-30％。

优选地，所述缓释颗粒自组装三元硅钾肥所含K

优选地，所述缓释颗粒自组装三元硅钾肥可持续释放钾元素与硅元素19-60天，优选为60天。

优选地，所述缓释颗粒自组装三元硅钾肥颗粒的硬度为12-50N，优选为20-27N。

优选地，所述缓释颗粒自组装三元硅钾肥完全崩碎的时间为16-58天，优选58天。

本发明还提供一种制备方法，用于制备上述的一种基于镁渣的缓释颗粒自组装三元硅钾肥，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、将镁渣与碳酸钾、硼氢化钠、硼酸、氧化铁和氧化铝混合后，搅拌均匀，制得混合物；

步骤二、步骤一制备的混合物置于高温炉内加热，升温到400℃以上后，保温30min以上，得到固体颗粒；

步骤三、将步骤二中得到的固体颗粒进行冷却；

步骤四、将步骤三得到的固体颗粒以温度为60℃以上进行烘干，样品干燥后即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

优选地，在步骤一中，所述镁渣、碳酸钾、硼氢化钠、硼酸、氧化铁、氧化铝的质量比为58-81：15-30：1-3：1-3：1-3：1-3。

优选地，在步骤二中的升温速率为3-10℃/min，最终加热温度为400-1300℃，保温时间为30-120min。

优选地，在步骤三中，固体冷却方式为炉冷、风冷和水淬中的任意一种。

优选地，在步骤四中，烘干温度为40-160℃。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明通过将原材料进行高温煅烧形成K2O-CaO-SiO2,K2O-CaO-SiO2三元体系，该体系可有效减缓硅钾元素的释放，同时在硼酸以及硼氢化钠的存在下可自发的形成颗粒肥料，有效的减少了肥料的二次加工，降低了肥料的制造成本，并能够最终实现镁渣的资源化有效利用，具有广泛的应用前景；

2、本发明所制备的肥料既能使固体废物镁渣得到资源化利用、缓解镁渣污染问题，又能提供一种兼具缓释功能的无须二次加工成粒的硅钾肥可以有效改良土壤质量。制备过程经高温煅烧工艺，以提高硅钾肥中有效硅元素含量以及硅钾营养元素缓释性能。

附图说明

图1为本发明的整体流程图。

具体实施方式

实施例1、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按58:30:3:3:3:3混合到马弗炉中按3℃/min升温到400℃，并保温30min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在60℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为21N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为30天，缓释时间可以达到32天，有效硅含量为20％，K2O含量为10％。

实施例2、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按62:30:1:1:3:3混合到马弗炉中按3℃/min升温到400℃，并保温30min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在60℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为22N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为16天，缓释时间可以达到19天。有效硅含量为20％，K2O含量为10％。

实施例3、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按64:28:3:3:1:1混合到马弗炉中按3℃/min升温到600℃，并保温90min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在60℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为21N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为40天，缓释时间可以达到42天。有效硅含量为21％，K2O含量为15％。

实施例4、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按67:25:2:2:2:2混合到马弗炉中按6℃/min升温到600℃，并保温90min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在90℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为20N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为58天，缓释时间可以达到60天。有效硅含量为25％，K2O含量为20％。

实施例5、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按70:22:2:2:1:3混合到马弗炉中按6℃/min升温到900℃，并保温60min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在90℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为25N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为20天，缓释时间可以达到29天，有效硅含量为20％，K2O含量为17％。

实施例6、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按73:19:2:2:3:1混合到马弗炉中按6℃/min升温到900℃，并保温60min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在90℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为26N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为31天，缓释时间可以达到48天。有效硅含量为21％，K2O含量为16％。

实施例7、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按76:16:1:3:2:2混合到马弗炉中按7℃/min升温到900℃，并保温100min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在90℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为26N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为30天，缓释时间可以达到37天。有效硅含量为20％，K2O含量为18％。

实施例8、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按79:13:3:1:2:2混合到马弗炉中按7℃/min升温到1000℃，并保温60min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在100℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为27N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为58天，缓释时间可以达到60天。有效硅含量为25％，K2O含量为25％。

实施例9、

将镁渣、碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁和氧化铝按81:15:1:1:1:1混合到马弗炉中按10℃/min升温到1200℃，并保温90min；将制成的样品进行风冷，将冷却得到后的样品进行烘干，烘干温度控在120℃；即可得到缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

经实验测定，颗粒成型效果很好，颗粒强度为21N，产品抗压效果好，颗粒完全崩碎时间为42天，缓释时间可以达到45天。有效硅含量为21％，K2O含量为20％。

在上述实施例中的镁渣是由皮江法炼镁后产生的固体废渣，其主要成分中含有硅酸钙。

总之，本发明的缓释颗粒自组装三元硅钾肥，以镁渣为主要原料，辅以碳酸钾、硼酸、硼氢化钠、氧化铁、氧化铝，在镁渣中的硅元素被活化的同时，将微量元素硅与常量元素钾进一步改变形态形成K2O-CaO-SiO2,K2O-CaO-SiO2三元体系，从而使得硅元素与钾元素的缓慢释放。该体系的形成同时可有效满足有效硅含量与钾元素作为肥料的要求。形成了缓释颗粒自组装三元硅钾肥。

实验：

选取上述实例中效果最好的实施例8所述方法制造的缓释颗粒自组装三元硅钾肥，并将缓释颗粒自组装三元硅钾肥与市售硅钾肥为对照，参照NY/T497-2002进行肥效田间试验；

其中田间试验采用面积为25m

由表1数据可知，本发明制得的缓释颗粒自组装三元硅钾肥施用后植物和土壤对硅与钾元素的吸收都得到了明显的提升，镁渣在活化剂以及高温的煅烧下可以有效的将硅元素活化，并形成K2O-CaO-SiO2,K2O-CaO-SiO2三元体系，该体系的形成可以有效减缓肥料的营养元素的释放速率，可以持续长久的改善土壤质量并未植物提供微量元素与常量元素，同时采用硼酸与硼氢化钠作为造粒剂，可有效的将形成的肥料凝聚成颗粒状，减少对肥料的二次加工可有效的减少制粒的成本。在施用在玉米后可以有效提高玉米对硅钾元素的利用转化能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。