分层肥料组合物的制作方法
【专利说明】分层肥料组合物
[0001] 背景
[0002] 颗粒肥料可进行包衣以减少粉尘产生并减缓营养物质随时间释放到土壤中，从而 降低环境风险。如果肥料营养物质释放太快，那么植物可能由于通过浸析到地下和/或通 过挥发到大气、降解（化学、光化学和生物降解）、吸附或土地固持在土壤中损失营养物质 而受到损害。包衣材料通常在水中具有有限的溶解度-这种有限的溶解度对于随时间缓慢 释放营养物质是必需的。
[0003] 典型的包衣包括聚合物、石油产品、油和含硫材料。这些包衣的每一种遭受一个或 多个缺点之苦，诸如成本、环境不友好及增加土壤盐碱化。在本领域仍然需要改良的颗粒肥 料包衣。
[0004] 概述
[0005] 本文描述了一种肥料组合物，其包含无机肥料颗粒、设置在所述无机肥料颗粒上 的第一层和设置在所述第一层上的第二层，其中所述第一层包含生物材料且所述第二层包 含磷酸、多磷酸铵或包含前述物质的至少一种的组合。
[0006] 本文还描述了制备肥料组合物的方法，其包括用生物材料对无机肥料颗粒包衣以 形成具有第一层的包衣颗粒，和用磷酸盐组合物对所述包衣颗粒包衣以形成具有第一层和 第二层的包衣颗粒，其中所述磷酸盐组合物包含磷酸、磷酸铵或包含前述物质的至少一种 的组合。
[0007] 上述特征和其它特征通过以下附图和详述来举例说明。
[0008] 详述
[0009] 本文所述的肥料组合物具有若干独特特征和优势。所述第一层包含形成天然聚合 材料的生物材料以对所述无机肥料颗粒包衣。所述生物材料本身向土壤提供营养物质以及 用作无机肥料颗粒的缓慢释放层。所述第二层包含磷酸、多磷酸铵或包含前述物质的至少 一种的组合。当将肥料组合物引入土壤，所述磷酸、多磷酸铵或包含前述物质的至少一种的 组合将与土壤中的钙在高pH(> 7.0)下反应，以形成磷酸三钙。磷酸三钙在水中具有较低 的溶解度，因此将在肥料组合物的外面形成一个缓慢释放层。磷酸三钙具有作为缓慢释放 层的优势，其仅向土壤引入环境友好组分。所述钙本来就是土壤的一部分，并且磷酸盐是重 要的营养物质。本文所述的肥料组合物是环境友好型缓慢释放肥料。
[0010] 所述无机肥料颗粒可包含硫酸铵，硝酸铵，硫酸铵-硝酸铵，硝酸钙，硝酸铵钙，尿 素，磷化合物诸如磷酸铵、磷酸一铵和磷酸二铵，多磷酸盐化合物，和三元过磷酸钙，及钾化 合物诸如硝酸钾、氯化钾和硫酸钾（通常被称为钾碱）。还可采用前述物质的组合。可包含 微量的其它常见肥料元素诸如铁、锌、铜、锰、镁或其组合。
[0011] 所述无机肥料颗粒可具有任何形状。在一些实施方案中，所述无机肥料颗粒是球 形的。所述无机肥料颗粒的平均粒度可为1. 〇至4. 0毫米（_)。在这一范围内，平均粒度可 大于或等于1. 5,或大于或等于2. 0_。还在这一范围内，平均粒度可小于或等于3. 5,或小 于或等于3. 0mm。在一些实施方案中，至少90重量％的无机肥料颗粒具有2. 0至4. 0mm的粒 度。粒度是根据 International Fertilizer Center(IFDC)发布的"Size Analysis-Sieve Method" IFDC S-107确定的，所述方法是最常见且国际认可的用于测定肥料粒度的方法。
[0012] 所述生物材料源自动物废物，应理解的是如本文所用的"动物废物"不仅包括通 常理解的动物排泄物，还包括动物本身的身体。即，本文中的"动物废物"可包括死亡动物 身体及其部分。根据本发明，所述生物材料可由动物排泄物、由动物身体或由两者产生。因 为动物排泄物可在不破坏宿主动物的情况下使用，并且另外由于排泄物的处理可造成显著 的环境影响，因此优选仅使用动物排泄物和其它来自宿主动物的废弃材料特别是毛发和其 它此类易耗物质。然而，动物饲养和肉类生产可产生大量的死亡动物身体（全身或身体部 位），并且本发明可提供有益处理此类身体从而将其转化为生物材料的方法。
[0013] 所述生物材料可由动物排泄物组成，特别是粪肥，粪肥应被理解为合并的粪便、尿 及添加物诸如水、残余饲料、毛发和的动物草垫，添加物通过非常难以从尿/粪便排泄物中 分离。粪肥可来自于任何动物来源，甚至人类。猪、鸡、牛、小羊、山羊和马粪肥可能是产生 生物材料的最佳来源，因为大量的这些动物通常一起聚集在一个地方供动物饲养，从而在 一个地方产生大量的粪肥，更易于收集。猪粪肥令人特别感兴趣，因为与其它动物相比猪倾 向于产生大量的粪肥。
[0014] 所述生物材料可通过热化学（即，热解）反应或水热转化工艺产生，由此在不存在 氧的情况下高温和高压的组合从动物废物通常存在的较大烃分子产生较小烃分子。这一工 艺描述于EP2509932中。
[0015] 所述生物材料是一种富含极性有机化合物的物质，包括含氮、含钾和含磷化合物、 烃及无机矿物。所述生物材料可单独使用，但在一些申请中，所述第一层（也被称为生物材 料层）可另外包含添加剂诸如聚合物、相容性试剂、其它树脂、增量剂、改性剂、填充剂，及 添加剂的组合。当需要特定最终用途时，这些添加剂可在施加所述生物材料至肥料的过程 中通过简单添加和混合或者通过原位添加而掺入生物材料。
[0016] 所述生物材料层可包含75至100重量百分比（重量％ )生物材料和0· 0至25重 量％添加剂。可选地，所述生物材料层可包含60至100重量％生物材料和40至0重量％ 添加剂。重量％基于所述生物材料和添加剂的总重量（即，生物材料包衣的总重量）。
[0017] 所述生物材料层覆盖无机肥料颗粒的90. 0至100%的表面积。在这一范围内，所 述生物材料层可覆盖无机肥料颗粒的大于或等于99. 0%，或者大于或等于99. 9%表面积。
[0018] 所述生物材料层可具有20至70微米的厚度。在这一范围内，厚度可为大于或等 于25,或者大于或等于30微米。还在这一范围内，厚度可为小于或等于65,或者小于或等 于60微米。
[0019] 第二层设置在生物材料层上。所述第二层包含磷酸、多磷酸铵或包含前述物质的 至少一种的组合。所述第二层可覆盖具有生物材料包衣的颗粒的90至100%的表面积。在 这一范围内，所述第二层可覆盖具有生物材料层的颗粒的大于或等于95 %、或者大于或等 于99%的表面积。具有生物材料层的颗粒的表面积被定义为生物材料层的合并表面积和不 具有生物材料包衣的无机肥料颗粒的任何表面积。
[0020] 第二层（也被称为磷酸盐层）具有20至70微米的厚度。在这一范围内，厚度可 为大于或等于25,或者大于或等于30微米。还在这一范围内，厚度可为小于或等于60,或 者小于或等于55微米。增加第二层的厚度增加了生物材料和无机肥料的释放时间的量。
[0021] 在适用于生物材料包衣组合物和无机肥料颗粒的任何方法中，生物材料包衣组合 物可施加于无机肥料颗粒。例如，生物材料包衣组合物可被喷洒于所述颗粒上或与所述颗 粒混合。在一个实施方案中，将生物材料包衣组合物在辊乳机中与所述颗粒一起翻滚。可 选地，所述包衣颗粒可通过盘、滚筒和流化床包衣技术产生。
[0022] 所述生物材料包衣组合物通常为固体含量为35至85%的液体或浆料。在这一范 围内，固体含量可为大于或等于40%，或者大于或等于45%。还在这一范围内，固体含量可 为小于或等于80 %，或者小于或等于75 %。所述液体或浆料可使用稀释液诸如水或具有一 至四个碳的脂肪醇制备。
[0023] 在施加生物材料包衣组合物后，将包衣颗粒在60至80°C的温度下干燥15至35分 钟以形成具有第一层的颗粒（也称为具有生物材料层的颗粒）。在一些实施方案中，具有生 物材料层的颗粒的水分含量小于2. 5重量％。
[0024] 将磷酸盐包衣组合物施加至具有生物材料层的颗粒。可在适用于的磷酸盐包衣组 合物和具有第一层的颗粒的任何方法中，将所述磷酸盐包衣组合物施加至具有生物材料层 的颗粒。例如，可将磷酸盐包衣组合物喷洒于所述颗粒上或与所述颗粒混合。在一个实施 方案中，将所述磷酸盐包衣组合物在辊乳机中与所述颗粒一起翻滚。
[0025] 所述磷酸盐包衣组合物通常为固体含量高达30. 0%的液体或浆料。在这一范围 内，固体含量可大于或等于1. 〇 %。还在这一范围内，固体含量可小于或等于25. 0%，或者 小于或等于20. 0%。所述液体或浆料可使用稀释液诸如水或具有一至四个碳的脂肪醇制 备。所述磷酸盐包衣组合物的浓度可为1. 40-1. 68克/毫升（g/ml)。
[0026] 在施加磷酸盐包衣组合物之后，将包衣颗粒在65至85 °C的温度下干燥20至45分 钟，以形成具有第一层和第二层的颗粒。具有第一层和第二层的颗粒的最终水分含量可为 <1.0%。将具有两层的包衣颗粒施加至土壤。包含磷酸盐的第二层与土壤中的钙反应以 形成磷酸三钙。磷酸三钙已知在水中几乎不溶解，并因此形成了理想的控制释放层-延缓 释放肥料至土壤中所需的时间。 实施例
[0027] 多磷酸铵通过加热缩合磷酸以形成多磷酸获得。所述多磷酸用无水氨在适当的压 力下处理。产生包含多磷酸铵的粘稠液体。
[0028] 多磷酸铵和磷酸用于制备肥料组合物。使用三种类型的无机肥料颗粒-尿素肥料 颗粒（46:0:0)、NPK肥料颗粒（11:29:19)及NPK肥料颗粒（14:38:10)。所述颗粒尺寸大 约为2.0至4.0毫米。使所述颗粒通过热空气以使其干燥，之后进入包衣室。所述包衣室 具有循环空气以使颗粒在包衣过程期间保持运动。接受到干燥、热处理（以破坏潜在病原 体）材料的生物材料（动物和人类粪肥）。所述干燥材料与水混合以形成生物材料包衣组 合物。使所述生物材料包衣组合物栗送通过喷嘴并喷洒到包衣室内肥料颗粒上。然后将具 有生物材料包衣的颗粒在85-95°C下干燥，接着冷却，之后进行下一步包衣步骤。将包含磷 酸、多磷酸铵或包含前述物质的至少一种的组合的第二层以与生物材料类似的方式施加。
[0029] 测试包衣颗粒的肥料释放。将5g肥料（如表1所述经包衣和未经包衣的）掺入 50g石灰性土壤（25重量％CaC03)，并置于具有开口端的透明塑料管中。将一薄层棉花或羊 毛置于每个管的底部，以防止内含物漏出并使水和任何溶解的营养物