氧化速率提高的含有单质硫的溶胀性肥料颗粒制造技术

含有单质硫和水凝胶的肥料颗粒，该肥料颗粒在土壤中膨胀或溶胀，从而更容易在整个土壤中分散单质硫表面，这增加了对于氧化可利用的单质硫的表面积，以及最终的植物对硫的吸收。可以将单质硫和水凝胶作为外涂层添加到肥料组合物，或者与基础肥料组合物共造粒。

Swelling fertilizer particles containing elemental sulfur with increased oxidation rate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氧化速率提高的含有单质硫的溶胀性肥料颗粒相关申请本申请要求2017年5月23日提交的美国临时申请第62/510,080号的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术大体上涉及肥料组合物。更具体地，本专利技术涉及引入单质硫和溶胀性材料(例如水凝胶)，以增加单质硫的分散性从而增强在土壤中的氧化。
技术介绍
植物必需营养素包括主要营养素、次要或大量营养素以及痕量或微量营养素。主要营养素包括碳、氢、氧、氮、磷和钾。从空气中吸收碳和氧，而包括水(氢源)、氮、磷和钾在内的其他营养素获自土壤。使用含有氮、磷和/或钾源的肥料来补充缺乏这些营养素的土壤。根据常规肥料标准，肥料的化学组成或分析以必需的主要营养素氮、磷和钾的百分比(按重量)表示。更具体地，当表示肥料配方时，第一值表示以元素计表示为“总氮”(N)的氮的百分比，第二值表示以氧化物计表示为“有效磷酸”(P2O5)的磷的百分比，第三值表示也以氧化物计表示为“有效氧化钾”(K2O)的钾的百分比，或者已知为表达式(N-P2O5–K2O)。尽管磷和钾的量以其氧化物形式表示，但从技术上讲，肥料中没有P2O5或K2O。磷最常见以磷酸一钙的形式存在，但也以其他钙或铵磷酸盐的形式存在。钾通常为氯化钾或硫酸钾的形式。从P和K的氧化物形式到元素表达式(N-P-K)的换算可以使用以下公式进行：％P＝％P2O5x0.437％K＝％K2Ox0.826％P2O5＝％Px2.29％K2O＝％Kx1.21除了通过向土壤中添加的肥料而为植物可用的主要营养素以外，微量营养素和次要营养素对于植物的生长也是必不可少的。次要营养素包括硫(S)、钙(Ca)和镁(Mg)。微量营养素的需要量远少于主要营养素或次要营养素，包括硼(B)、锌(Zn)、锰(Mn)、镍(Ni)、钼(Mo)、铜(Cu)、铁(Fe)和氯(Cl)。次要营养素硫是植物生长的必需元素，在发生缺乏时植物显示叶片发黄和生长发育不良，导致作物减产。将硫引入土壤的最经济有效的方法是使用单质硫，因为其为100％S，因此运输和处理成本较低。当硫以其单质形式(S0)施用到土壤中时，硫首先需要被土壤微生物氧化为其硫酸盐形式，以使其能够被植物吸收。研究表明，当单质硫颗粒分散在土壤中时，较小的颗粒由于其较高的颗粒表面积而氧化得更快。为了以适合于施用至土壤的形式提供硫，不能将小的硫粒料与诸如磷酸盐、硝酸盐、尿素和/或钾盐等颗粒肥料掺混形成物理混合物，除非它们以与其余共混物相似的粒径混入锭剂或颗粒中。这是因为微细单质硫本身在空气输送时有爆炸/火灾危险，尤其是在诸如撒布设备、螺旋、斗式提升机等受限空间时或在存在任何潜在火源的地方。含有单质硫粒料的共混物的另一个问题是，在处理和运输过程中，在粒径沉降时，它们会发生尺寸偏析，导致较小的颗粒(即硫)集中在掺混物的底部附近。因此，硫在整个共混物中分布不均匀，当将共混物施用至土壤时，导致硫的剂量不均匀。例如，一些处理过的区域可能接收到太多的硫，而其他区域可能接收到太少的硫。硫也已作为涂层引入肥料组合物中，但是出于不同目的。特别是，硫已作为牢固地锚定在肥料颗粒表面上的相对较厚的外涂层或壳用于制造缓释肥料组合物。在这样的组合物中，目的是使下面的肥料缓慢释放到土壤中，并且可选地，用于将硫递送到土壤中以用于随后的氧化和植物利用。与掺混或涂覆相比，将单质硫更均匀地递送到土壤的一种方法包括引入包埋在颗粒的肥料部分中的硫薄片，如名称为“含硫肥料组合物及其制备方法(Sulfur-containingfertilizercompositionandmethodforpreparingsame)”的美国专利第6,544,313号中所述，其全部内容通过引用并入本文。薄片提供大的表面积，从而增加了用于氧化的硫的暴露。对于这些颗粒，已经显示单质硫的氧化速率取决于当可溶性化合物扩散开时在颗粒塌陷后与土壤接触的表面积。结果，相对氧化速率随着颗粒尺寸的减小以及随着肥料颗粒中单质硫的百分比的降低而增加。但是，这些颗粒中单质硫的氧化速率仍然比通过土壤分散的单质硫慢。如图1所示，颗粒的可溶性成分SOL(如磷酸一铵或磷酸二铵(MAP或DAP)、三重过磷酸钙或尿素)扩散开，而包括单质硫ES在内的不溶物留在塌陷的颗粒腔中。这会捕获否则可用的单质硫颗粒，这些单质硫保留下来无法用于氧化，因此无法被植物利用。仍然需要增加肥料颗粒中单质硫的表面积，以使颗粒残余物中可用于氧化的硫最大化。
技术实现思路
本专利技术的实施方式涉及含有单质硫的肥料颗粒，该肥料颗粒与土壤水分接触时膨胀或溶胀，从而更容易地将单质硫分散在土壤基质内，这增加了对于氧化可利用的单质硫的表面积，以及最终的植物对硫的吸收。在第一实施方式中，单质硫与一种或多种水凝胶材料共混并作为涂层施用于基础肥料颗粒的外表面。出于本申请的目的，水凝胶是能够吸收或吸取大量水的聚合物网络。此外，水凝胶是可生物降解的，对植物、土壤、微生物和人类无毒。合适的水凝胶可包括例如树胶、多糖和/或聚合物。当将涂覆有水凝胶/单质硫的颗粒引入土壤中时，水凝胶溶胀，导致单质硫的粒料或薄片从基础颗粒分散到土壤中，从而使其更易于氧化。在另选实施方式中，单质硫粒料与水凝胶材料共混，并与基础肥料组合物一起添加或均质。然后将均质的肥料组合物造粒，以使具有单质硫粒料的水凝胶与基础肥料组合物一起共造粒并分布在整个基础肥料组合物中。共造粒也可以通过将ES和水凝胶均匀地引入基础肥料造粒、颗粒化或压实回路中来实现。在实施方式中，基础肥料组合物可以包含多种合适的NPK肥料中的任何一种，包括例如氮类肥料(例如尿素)、钾类肥料(例如钾碱或氯化钾(MOP))或磷酸盐类肥料(例如磷酸一铵或磷酸二铵(MAP或DAP)、三重过磷酸钙(TSP))或其组合。基础肥料组合物可以可选地含有一种或多种来源的微量营养素和/或次要营养素，或与一种或多种来源的微量营养素和/或次要营养素共造粒，所述一种或多种来源的微量营养素和/或次要营养素有例如包括硼(B)、锌(Zn)、锰(Mn)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)和/或氯(Cl)在内的微量营养素，和/或包括单质形式的硫(S)的另外来源、氧化硫酸盐形式的硫(SO4)、镁(Mg)和/或钙(Ca)在内的次要营养素，或其各种浓度的各种组合中的任一种。本专利技术的以上概述并非旨在描述本专利技术的每种说明性实施方式或每种实施情形。以下的详细描述更具体地例示了这些实施方式。附图说明图1显示现有技术的含硫肥料颗粒。图2显示根据一个实施方式的膨胀性含硫肥料颗粒，其中水凝胶和ES涂覆在颗粒上。图3显示根据另一个实施方式的膨胀性含硫肥料颗粒，其中水凝胶和ES与颗粒共造粒。图4A-4E显示根据实施方式的具有各种配方的单个颗粒在水中的溶解。图5显示根据实施方式的具有各种配方的硫-膨胀性肥料颗粒在湿土壤中的分散。图6显示根据实施方式的肥料中单质硫的柱氧化。虽然本专利技术适应各种修改和替代形式，已借助附图中的实例显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种溶胀性含硫颗粒，其包含：/n基础肥料组合物；/n单质硫源；和/n水凝胶，/n其中，所述颗粒配置成在引入土壤环境时溶胀从而将所述单质硫源分散在所述土壤环境中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170523 US 62/510,0801.一种溶胀性含硫颗粒，其包含：
基础肥料组合物；
单质硫源；和
水凝胶，
其中，所述颗粒配置成在引入土壤环境时溶胀从而将所述单质硫源分散在所述土壤环境中。


2.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述颗粒的单质硫的氧化速率大于没有水凝胶的颗粒中所含的单质硫的氧化速率。


3.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述水凝胶选自由以下组成的组：膨润土或其他吸水性粘土、洋车前子壳、玉米淀粉、卡拉胶、大米淀粉、聚丙烯酸钠、葡萄糖、藻酸钙、菊粉、壳聚糖、羧甲基纤维素、气相法二氧化硅、瓜尔胶、黄原胶、豆胶、阿拉伯胶及其组合。


4.如权利要求3所述的颗粒，其中，所述水凝胶包含树胶。


5.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述水凝胶的存在量为所述颗粒的约0.1重量％至约20重量％。


6.如权利要求5所述的颗粒，其中，所述水凝胶的存在量为所述颗粒的约1重量％至约10重量％。


7.如权利要求6所述的颗粒，其中，所述水凝胶的存在量为所述颗粒的约5重量％。


8.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述单质硫的存在量为所述颗粒的约0.1重量％至约20重量％。


9.如权利要求8所述的颗粒，其中，所述单质硫的存在量为所述颗粒的约1重量％至约10重量％。


10.如权利要求9所述的颗粒，其中，所述单质硫的存在量为所述颗粒的约5重量％。


11.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述水凝胶材料和单质硫作为涂层施加到由所述基础肥料组合物形成的颗粒的外表面上。


12.如权利要求11所述的颗粒，其中，分散涂层还包含量为所述颗粒的约1重量％至约10重量％的钠膨润土。


13.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述水凝胶材料和单质硫与所述基础肥料组合物共造粒以形成所述颗粒。


14.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述基础肥料组合物选自由磷酸一铵、磷酸二铵、三重过磷酸钙、尿素、氯化钾或其组合组成的组。


15.如权利要求15所述的颗粒，其中，所述基础肥料组合物包含磷酸一铵。


16.如权利要求1所述的颗粒，其中，所述基础肥料组合物包含主要营养素，以及选自由硼(B)、锌(Zn)、锰(Mn)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)和/或氯(Cl)、单质形式的硫(S)的另外来源、氧化硫酸盐形式的硫(SO4)、镁(Mg)和/或钙(Ca)及其组合组成的组中的一种或多种来源的微量营养素和/或次要营养素...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·麦克劳克林，J·德格里斯，R·贝尔德，R·C·达席尔瓦，
申请(专利权)人：美盛公司，
类型：发明
国别省市：美国;US