干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 腐植酸尿素和土壤修复剂工业化生产技术

Arid

	腐植酸尿素和土壤修复剂工业化生产技术
	靳鹭; 吕铁彪; 李学金; 王琪; 张军; 赵山智; 李松; 李锦生; 王俊; 靳若东
完成单位	德邦华源
登记(发布)日期	2012
中文摘要	(1) 任务来源：计划项目应写清计划名称及其编号。计划外的应说明是横向或自选项目。腐植酸尿素及土壤修复剂工业化生产技术的研究(自选项目) (2)应用领域和技术原理。主要应用于农业生产领域,腐植酸尿素作为一种缓释氮素肥料,主要应用在农业种植、水产养殖、土壤改良、饲料添加剂等农业生产领域;土壤营养修复剂主要用于退化土壤的修复,荒漠化土壤、矿山废弃地、污染土壤的植被恢复、绿化、农作物种植。技术原理：开发利用腐殖酸资源,褐煤具有得天独厚的资源优势。传统的褐煤腐殖酸生产技术限制了生产规模、产能、性能及其生产成本。低温等离子体撞击材料表面时,不仅可以发生物理撞击作用,还可以对材料表面进行化学侵蚀。破坏材料表面的旧化学键继而形成新键,从而赋予材料表面新的特性。腐植酸具有对化学肥料的增效作用,对作物生长发育的刺激作用,提高作物的抗逆性能,改善作物果实质量,缩小叶片气孔开张度,减少水分蒸腾的抗旱节水性能、对农药的缓释作用等。褐煤低温等离子改性后,褐煤中腐植酸含量有了较大的提高, 在表面上引入了大量的含氧官能团,含硝基、胺基和酰胺基的官能团。使褐煤腐植酸的络合、螯合能力增强,褐煤粉经低温等离子改性后,再制备的混合料浆,无论是亲水性、吸附性、粘度、流动性以及料浆的结晶性能都有很大的改善。腐植酸与尿素在加工过程发生复杂化学变化和一系列反应,内部价键也发生改变,形成大量氢键和/或络合配位键、离子键、共价键等;腐植酸对尿素的直接作用包括腐植酸与尿素发生的络合、自由基反应和物理化学吸附等。在腐植酸官能团诱导下,尿素中-NH2向NH+4转变,发生离子反应,改变氮素形态,使部分速效氮转变为缓效氮;腐植酸的酚羟基、醌基等活性基团抑制土壤脲酶活性,减缓尿素在土壤中的分解;官能团的数量和活性直接对氮素转化释放产生影响,从而改变氮素释放速度。肥料中水溶性腐植酸含量高,活性官能团增加,在一定条件下与尿素结合,延缓氮释放,但水溶性腐植酸含量可能只是影响肥料缓释性因素之一。肥料缓释性还可能与原料类型有关,不同原料类型中活性物质含量和产品中生成的价键种类、数量不同也会影响肥料氮释放速度。腐植酸尿素工厂化制备的工艺原理是利用尿素熔体与腐植酸、磷、钾等混合形成低共熔点的特性,生成均匀的含有固体悬浮物的较低温度熔体料浆。熔体料浆通过特制喷头,喷入造粒塔中分散为一定粒度的液滴,液滴在空气中与上升气流进行热交换冷却并表面收缩,成为表面圆滑的小球粒,即可获得养分分布均匀的多养分颗粒状肥料。这个过程主要影响的因素有：褐煤腐植酸的性质(亲水性、吸附性)、造粒塔的直径与高度、褐煤腐植酸物料预热温度,尿素熔融温度,腐植酸与尿素混合时间,褐煤腐植酸物料细度,腐植酸与尿素配比、熔融混合物料的冷却时间(速度)等。本项目以多次实验为依据,确定了腐植酸尿素规模化生产工艺的主要参数,制作了小型实验样机和年产10万吨腐殖酸络合氮肥及土壤修复剂工业化生产线。经调试和试运行,生产线性能稳定,田间应用实验表明,达到了预期效果。 (3)性能指标(写明合同书要求的主要性能指标和实际达到的性能指标)。此技术能兼容团粒法、料浆法,解决长期以来腐植酸络合尿素无法进行工业化生产的难题。工艺原理先进,产品质量优于其它类似产品,稳定可靠,粒度均匀、表面光滑、机械强度高,速效性与缓释性兼具,能使农作物产量增加,有益于农产品质量的提高,土壤修复剂有益于退化土壤的修复改良和植被恢复。生产过程低能耗、低成本、无污染物排放。 (4)与国外同类技术比较。达到国际先进水平 (5)成果的创造性、先进性。 1)、含腐植酸褐煤的氮气/氧气低温等离子活化技术开发利用腐殖酸资源,褐煤具有得天独厚的资源优势。传统的褐煤腐殖酸生产技术限制了生产规模与产能。"含腐植酸褐煤的氮气/氧气低温等离子活化技术"有效解决了规模化生产瓶颈,可使年产量达到10万吨以上;为规模化生产腐植酸尿素及有机活性荒漠化土壤修复剂提供了丰富的腐殖酸原料。 2)、腐植酸尿素的无水工业化生产工艺及工艺设备该工艺和设备完全体现了腐植酸尿素的生产特征、工艺流程,完全实现生产自动化,节省人力70%以上。经过等离子活化后的褐煤和风化煤粉,与熔融脲液混合,通过控制温度与反应时间等工艺参数,工业化生产腐脲络合物。此能耗少、成本低、无污染;产品氮的利用率与传统尿素的氮的利用率相对提高38%,达到国际领先水平;可有效改良土壤,减少CO2的排放;水体污染、酸雨、土地板结、沙漠化等问题找到了解决的途径。 3)、低温等离子技术制取固体荒漠化土壤修复剂。等离子体就是指电离气体,它是电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体。低温等离子体撞击材料表面时,不仅可以发生物理撞击作用,还可以对材料表面进行化学侵蚀。破坏材料表面的旧化学键继而形成新键,从而赋予材料表面新的特性。褐煤与其它材料经低温等离子体处理后,表面活化成大量自由基,这些活性自由基可以引发含不饱和键单体接枝到材料表面。当在等离子体发生空间有氧存在时,氧直接或与自由基生成过氧化物,过氧化物受热分解易生成自由基,从而引发聚合,进行表面接枝改性。有机活性荒漠化土壤固体修复剂富含有机质、水溶性腐殖酸、速效氮和大量有益菌群,抗旱能力强、适合沙漠与沙地,并具有以下功能：高稳定性、高效性、高活性、高吸水保水性、粘结性,能在短时间内吸收自身重量数百倍的水分,并保持40天左右,而且由于有固氮菌等高效微生物菌群,利于肥沙养土,形成沙漠植被。修复剂能够改善土壤理化性质,对沙具有凝聚性质。同时它可以刺激绿化改沙作物根系的增长,强其固沙耐旱能力。可大规模用于沙漠改造工程。该成果可根据不同地域,不同沙漠化程度,不同的覆绿种类,不同的规格制备出不同的修复剂。该产品成本低廉,生产能力大,使用方便,生产过程中无三废排放。为扼制荒漠化加剧,修复沙漠,实现生态农业良性循环将起到巨大的作用。 (6)作用意义(直接经济效益和社会意义)。根据腐植酸尿素农业应用经济效益的记载统计,麦类每亩效益40元左右,水稻45元左右,玉米90元左右,棉花120元左右。大田作物腐植酸尿素比尿素平均每亩增收人民币70元左右,产出和投入比尿素高0.87,7种蔬菜平均每亩净增经济效益为573元。年产10万吨腐殖酸尿素,可供100万亩土地施用,按大田作物小麦和玉米计算,则年增加收益：100万亩* (40+90)/2 元/亩=6500万元。年产10万吨腐植酸尿素络合肥料(含氮30%),每吨的生产成本为1700元,按平均每吨的销售价格2000元计算,年利润3000万元。尿素分解转化形成的硝酸盐、亚硝酸盐、氮氧化合物严重污染环境,导致水体污染,导致酸雨,恶化人类生存环境,造成的间接损失多达1000亿元,经中科院土肥所和山西农科院土肥所等单位对七种农作物24点次氮肥利用率测定,腐植酸尿素产品氮素利用率可提高到38.7％,而一般尿素氮素的利用率仅为27.3％。解决氮肥利用率和肥效问题已成为关系国计民生的重大课题。推动生态农业更好更快发展,为农业尤其是有机农业生产提供优质有机肥源。 2000年发布的《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》报道,农业温室气体排放总量为6.21亿吨二氧化碳当量,占全国排放总量的17%,其中农业排放的甲烷和二氧化氮就分别占全国总量的50%和92%。本项目一期工程投产后,100万亩土地施用腐殖酸氮素肥,则每年少用纯氮化肥100万亩*0.01吨/亩=1万吨。既相当于减少消耗2.5万吨标煤,减少温室气体二氧化碳净排放量10万吨(材料来自中国农业大学2009年开展的1152户调查结果)。河南省共有耕地面积7900万亩,如有50%采用腐殖酸氮素肥,则每年可减少97.5万吨标煤消耗,减少温室气体二氧化碳净排放量390万吨。由于耕地过度农垦,用养失调,草场超载放牧等人类活动,导致目前我国土壤沙化退化情况十分严重,给农业生产和生态环境带来极大危害。公司年产10万吨土壤修复剂使用方便快捷,适应能力强,保墒、保水、保肥效果好,成活率高,可普遍适用于全国各地荒漠化土地治理。
中文关键词	腐植酸尿素 ; 土壤修复剂 ; 工业化生产
成果类型	应用技术
中图法分类号	TQ441.41
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001515475
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243090
推荐引用方式 GB/T 7714	靳鹭,吕铁彪,李学金,等. 腐植酸尿素和土壤修复剂工业化生产技术[Z]. 应用技术,2012.