浅析生物质炭基缓释肥的成型特性

1引言

目前，我国化肥当季利用率平均为30%。其中，氮肥利用率仅为30%~35 %磷肥约为10%~25 %钾肥为35% ~50% ，不仅远远低于欧美发达国家60%~70%的水平，而且近年来还有下降的趋势。以氮肥为例，20世纪90年代利用率平均约为35%，现今己降至27%左右。此外，化肥过量投入、盲目施用、作物利用率不高，都会引起土壤、水体、大气和农产品的污染，化肥己被视为仅次于农药的污染源，造成的危害也与农药旗鼓相当。控/缓释肥是解决这一问题的良好措施，国内外均在大力发展氮肥的控/缓释技术。用于肥料养分缓/控释的控释材料种类较多，然而目前的控释材料缺少补充土壤有机碳的功能，且大部分材料受资源制约、不可再生。生物质是可再生的，因而生物炭是可再生的，资源无穷。生物炭具有土壤改良和土壤固碳的作用，还可吸附和负载肥料养分，延缓肥料养分在土壤中释放和降低淋洗损失，是有益功能更多的肥料缓释绿色控释材料。目前，生物炭与肥料复合为土壤一肥料一环境提出了综合解决方案，生物炭作为肥料增效载体有生物炭载体肥料、生物炭包膜肥料、生物炭基肥料及生物菌剂肥料等形式。

本文以挤出造粒机上在500 温度下制备的稻壳炭为基质，以改性玉米淀粉为粘结剂，以尿素为肥料，研究了生物质炭基缓释肥的成型特性，分析了缓释肥的抗压强度、成型率、干燥特性和N损失情况。

1材料与方法

1.1试验材料与设备

1.1.1试验材料

试验采用生物质连续热解制炭，设备采用华南农业大学设计的连续热解装置。该装置采用变螺距的特殊螺旋输送器，密螺旋保证顺畅送料的同时系统具有良好的密闭性。将稻壳在热解温度500 、热解时间8 min的条件下进行热解，获得的稻壳炭利用工业分析仪、ICP等仪器进行工业分析及养分离子检测，分析结果如表1所示。稻壳炭经研磨过40目标准筛后使用。

试验所用的化学试剂:Hz Oz (30% ) , NaOH, Fe-SO4、CO(NHz)z、Naz BO4, Hz 0、Naz Sz 03SHzO、TBP, Hz SO4 , HN03 , HCL, CuS04 , SO4(以上为分析纯级别)和玉米淀粉(GB /T 12309一1990)。

1. 1.2试验设备

试验采用的设备如表2所示。

1.2试验方法

1.2. 1粘结剂的制取

在徐鹏翔、你金等对改性淀粉粘结剂的研究基础上，制作新型缓释肥玉米淀粉粘结剂。其合成步骤如下:①调浆。向反应釜中加入适量的温水，加入工业级玉米淀粉和适量催化剂FeS04溶液((6% )搅拌，直至成均匀的浆料。②氧化。缓慢向体系中加入一定量的HZ Oz溶液(30% )，并加入适量的NaOH(10% )溶液，连续搅拌60 min使淀粉充分氧化。③糊化。继续加入一定量的NaOH (10% )溶液，确保氧化后的玉米淀粉充分糊化，此过程持续20 min 。④系统中加入适量硼砂、少量尿素溶液以及NaZ SZ 03溶液，继续搅拌之后进行定容，待冷却至室温即可。整个反应在恒温水浴环境中进行。

1.2.2肥料造粒

将计量好的尿素和稻壳炭粉，按照比例A1 (2:1) ,A2(1 :1) ,A3 (1 :2)充分混合加入一定量的改性玉米淀粉粘结剂，混匀，置于挤出造粒机中进行造粒。将制造出来的炭肥分别置于温度B1 ( 60 ) , B2 ( 80 ) , B3 (100 )下分别进行烘干，持续2h，每隔10 min取出，干燥器冷却至室温后称重。由于造粒机造粒直径固定，造出的颗粒肥直径范围约为6.5 ~7.5mm，将烘干后的肥料颗粒进行人工筛分，计算筛剩的颗粒质量占全部质量的百分率;将制作好的球形肥料置于谷物硬度计上测定其抗压强度，分析其颗粒性能。

2结论

1)各组肥料在烘干90min左右基本达到质量平衡，低炭氮比肥料的干燥时间较长。当炭肥比)1:1时，温度越高，烘干所需时间越短;而当炭肥比,1:2时，温度越高，烘干所需时间反而增长。生物炭本身的多孔隙结构易于水分的散发，而尿素暴露在空气中时容易吸收空气中的水分并粘附在颗粒表面，烘干初期容易表面结壳，不利于水分的散发，从而延长了干燥时间。

2)采用挤出式造粒法可获得良好的抗压强度和成型率，当烘干温度为60一100 、炭肥比,1:1时，成型肥料的抗压强度炭肥比)1:1时，成型率95%。过低的炭氮比会降低成型率。

3)低炭氮比下尿素含量较多，暴露在空气中容易吸收空气中的水分，在造粒过程中豁附在造粒机上造成损失。因此，过低的炭氮比会增加N损失率。

参考文献:

[1]张民，杨越超，宋付朋，等包膜控释肥料研究与产业化开发.化肥工业，2005 (2) :7一13rz〕

[2]杜昌文，周健民控释肥料的研制及其进展.土壤，2002 ( 3 ):127一133