蒸发岩包覆的种子以及肥料丸粒制备
阅读：923发布：2020-05-11
专利汇可以提供蒸发岩包覆的种子以及肥料丸粒制备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种丸粒形式的 肥料 产品，其包含：至少80 质量 ％的平均粒度为50μm～400μm的 蒸发 岩矿物粉末；和 粘合剂 ；所述丸粒的压缩强度大于2kgf。一种经包覆的 种子 产品，所述产品包含至少一种 植物 种子以及粘附至所述植物种子的外部的包衣，所述包衣包含蒸发岩矿物。，下面是蒸发岩包覆的种子以及肥料丸粒制备专利的具体信息内容。
1.一种丸粒形式的肥料产品，其包含：
至少80质量％的平均粒度为50μm～400μm的蒸发岩矿物粉末；和
粘合剂；
所述丸粒的压缩强度大于2kgf；
其中，所述蒸发岩矿物是杂卤石。
2.如权利要求1所述的肥料产品，所述丸粒包含至少90质量％的所述蒸发岩矿物粉末。
3.如权利要求1或2所述的肥料产品，所述丸粒包含1质量％～3质量％的所述粘合剂。
4.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述粘合剂是淀粉。
5.如权利要求4所述的肥料产品，其中，所述淀粉是玉米淀粉。
6.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒的压缩强度大于5kgf。
7.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒的平均直径为2mm～5mm。
8.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒是基本上球形的。
9.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述粉末的平均粒度为100μm～250μm。
10.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒包含用于化学和/或机械稳定和/或保持所述丸粒的稳定剂。
11.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒包含用于在接触土壤时加速所述蒸发岩矿物的分解的成分。
12.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒包含用于在接触土壤时延迟所述蒸发岩矿物的分解的成分。
13.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒包含除草剂、杀真菌剂、杀虫剂、灭鼠剂、激素、植物刺激剂和菌根真菌或孢子中的一种或多种。
14.如权利要求1或2所述的肥料产品，其中，所述丸粒包含种子。
蒸发岩包覆的种子以及肥料丸粒制备
[0001] 本发明涉及形成例如用作肥料的丸粒化产品。
[0002] 杂卤石是一种蒸发岩矿物。其是通式为K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O的钾、钙和镁的复合水合硫酸盐。杂卤石的沉积发生在澳大利亚、中国、德国、印度、伊朗、土耳其、乌克兰、英国和美国等国家。
[0003] 杂卤石具有有价值作为农业肥料来源的能力。在某些现有技术工艺中，已提出分解天然的杂卤石以提取特定营养物。参见例如WO 2013/074328、US 1,946,068和US4,246,019。然而，完整的杂卤石也可用作肥料，能够向土壤供应硫、钾、钙和镁。
[0004] 矿物杂卤石可以以未加工的粉碎形式施撒。这使加工成本最小化，但其具有大量缺点。一旦给土壤施用，原生矿物需要一些时间分解，延迟了其成分的生物利用度。如果以碎裂形式施用，杂卤石往往具有不规则的形状和大小，这意味着在均匀施用它时可能存在问题，并且难以使用某些类型的农业施撒机械来施用。在某些情况下，未处理的粉末状杂卤石可能能够均匀施撒。然而，由于杂卤石粉末可能是强吸湿性的，故一旦暴露于空气，则其机械性质随着时间的推移可能迅速且根本地改变；并且再次难以用某些类型的机械均匀施撒。
[0006] 期望能够使用诸如杂卤石等蒸发岩矿物作为原料形成容易施撒的肥料产品。然而，已发现难以从此种原料获得可靠的丸粒化产品。已发现一个困难来自于控制蒸发岩矿物吸收水的问题，其导致了加工的不规则运行。已发现另一个困难来自于蒸发岩矿物粉末结合成丸粒的问题，其中在一些运行环境中结合是不可靠的。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种丸粒形式的肥料产品，其包含：至少80质量％的平均粒度为50μm～400μm的蒸发岩矿物粉末；和粘合剂；所述丸粒的平均压缩强度大于2kgf。
[0008] 所述丸粒可以包含至少90质量％的蒸发岩矿物粉末。
[0009] 所述丸粒可以包含1质量％～3质量％的粘合剂。
[0010] 所述粘合剂是淀粉，例如玉米淀粉。所述淀粉可以是预凝胶化形式。
[0011] 所述丸粒优选具有大于5kgf的平均压缩强度。
[0012] 所述丸粒的平均直径可以为2mm～5mm。
[0013] 所述丸粒可以是基本上球形的。
[0014] 所述粉末的平均粒度可以为100μm～250μm。
[0015] 所述丸粒可以包含用于化学和/或机械稳定和/或保持丸粒的稳定剂。
[0017] 所述丸粒可以包含用于在接触土壤时延迟蒸发岩矿物的分解的成分。
[0019] 所述丸粒可以包含种子。
[0020] 根据本发明的第二方面，提供了一种经包覆的种子产品，所述产品包含：至少一种植物种子；以及粘附在所述植物种子的外部的包衣，所述包衣包含蒸发岩矿物。
[0021] 所述蒸发岩矿物可以是杂卤石。
[0022] 植物种子可以是作物的种子。
[0023] 所述包衣可以包含粉末形式的蒸发岩矿物。粉末的平均粒度可以为50μm～400μm，更优选为100μm～250μm。
[0024] 所述包衣可以包含粘合剂，借此使蒸发岩矿物粘附至种子的外部。
[0025] 所述蒸发岩矿物可以是杂卤石或者包含杂卤石。所述蒸发岩矿物可以是两种以上蒸发岩成分的混合物。这种混合物优选包含80重量％以上的杂卤石。
[0027] 图1显示丸粒化方法的总概述。
[0028] 在下面要描述的方法中，可形成主要由蒸发岩矿物组成的丸粒。这些丸粒可以用作肥料。蒸发岩矿物可以是粉末形式，其可改善所述丸粒在土壤中分解时的生物利用度。
[0029] 如以上所指出，杂卤石是通式为K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O的钾、钙和镁的复合水合硫酸盐。杂卤石的莫氏硬度为约2.5～3.5。
[0030] 一旦被开采，杂卤石可以破碎成适当尺寸的块或碎片以便运输和加工。例如，可以将开采原样的岩石进给至诸如颚式破碎机和/或圆锥破碎机等破碎机，以便产生大致均匀尺寸的碎裂材料。已发现最大尺寸不超过约20mm和/或平均尺寸为5mm～10mm的碎片便于从矿山运输。通常，优选的是，在碎裂之后，将杂卤石储存在基本上气密的容器中，例如由非渗透性片形成的封闭袋中，使得其从大气吸收水分的能力受到限制。实现类似结果的另一种方式为，在有限的时间内，例如在碎裂后小于6小时、12小时或24小时内，将碎裂的杂卤石传递至该方法的下一个阶段。
[0031] 可能需要将杂卤石形成为可施撒的肥料产品。现将描述可以做到这点的一种方式。
[0032] 对未加工的或碎裂的杂卤石进行加工以形成杂卤石粉末。这可以适当地通过研磨进行，例如在球磨机(例如连续式“Hardinge”球磨机)中或者更优选在磨碎机中进行。在磨碎机中，原料与诸如钢球等自由移动的研磨元件一起搅拌。可以施加风扫抽吸以将研磨过的材料从磨机中吸出。如果需要，这允许研磨作为连续的过程进行，将碎裂的原料添加至磨机中，并且在研磨元件继续搅拌的同时通过气流将粉末吹扫出磨机。粉末的平均粒度取决于各种工艺参数，包括原料在磨机中的停留时间。方便地，可以将磨机设置为生产粒度为50μm～400μm、更优选为100μm～250μm的杂卤石粉末。方便地，至少50质量％或更优选至少70质量％的杂卤石粉末由粒度或者最大或平均直径为50μm～400μm、更优选为100μm～250μm的颗粒组成。粒度可以通过Malvern Mastersizer 2000测量或通过振动筛测量。
[0033] 与一些其它蒸发岩矿物相比，通常认为杂卤石在水分存在时是相对稳定的。然而，已发现新近粉末化的杂卤石具有强烈吸湿性，达到除非仔细控制水分含量的水平否则就可能极大地妨碍其后续加工的程度。特别是，已发现本文描述的丸粒化方法的成功强烈地依赖于混合期间杂卤石的含水量。因此，已发现有利的是，将杂卤石从平均尺寸大于1mm的颗粒变为平均尺寸小于1mm的颗粒之间的延迟设置为不超过24小时，更优选不超过12小时，再更优选不超过6小时。已发现，可以将粉末状杂卤石储存在环境条件下，而不需要在进行后续加工前进行额外的干燥。如果大气条件特别干燥，则延迟可以延长，反之亦然。因此，通常优选将碎裂的杂卤石仅在其进行进一步的加工前不久研磨成粉末。优选用非渗透性片或其它封闭物覆盖粉末状杂卤石，以便在储存时抑制其对水的吸收。
[0034] 当将粉末状杂卤石引入肥料中时，可以预期使用更小粒度的粉末可以提高杂卤石肥料的成分在土壤中变得可用的速率，因为它们的总表面积更大。这在某些应用中可能是有利的。然而，每单位质量的较细的杂卤石粉末的增加的表面积也使它们具有更快吸收大气水的趋势，这使得丸粒化工艺更难以控制。兼顾这些因素，已发现粒度为170μm～230μm的粉末提供了良好的结果。
[0035] 在下一个加工步骤中，将粘合剂添加至杂卤石粉末。粘合剂有助于杂卤石粉末自身的粘附，并增加最终丸粒的强度。这是很重要的，因为当通过常规农业施撒机施撒时，丸粒应当优选能够抵抗机械破碎。粘合剂也使杂卤石粉末更加塑性，这有助于后续的加工步骤。可以使用任何适合的粘合剂，但已发现，预凝胶化玉米淀粉是特别适合的。据信这至少部分是由于其不会大幅增加混合产品吸水的能力。优选的是粘合剂不比预胶凝化玉米淀粉更吸湿。另选的粘合剂包括来自其它天然或人造来源的预凝胶化淀粉、木质素硫酸盐、水泥、硅酸钠、硅酸钾、聚乙酸乙烯酯、糖和磨碎的谷物。当添加至杂卤石粉末时，粘合剂优选为粉末形式。粘合剂可以是至少部分水合的。粘合剂的最佳量可以通过平衡最终产品的强度与中间材料的加工性来确定。如果添加太少的粘合剂，则所得丸粒的强度可能不足。如果添加过量的粘合剂，则杂卤石/粘合剂混合物可能变得太粘而不容易加工。已发现对于平均粒度为200μm的杂卤石粉末，添加1.5重量％的预凝胶化玉米淀粉是高度有效的。已发现在本文所述方法中使用此种添加将所得丸粒的压缩强度增加至7kgf，相比之下杂卤石单独的丸粒仅为1kgf。这与可接受的农用丸粒的通常可接受的2.2kgf的下限相比是有利的。
[0036] 可以使用任何适合的混合器来将杂卤石和粘合剂组合。然而，已发现在具有较低剪切的第一混合步骤中和随后在具有较高剪切的第二混合步骤中将杂卤石和粘合剂组合是有利的。在第一混合步骤中，可以不添加液体，特别是不添加水。与此相反，可以在第二混合步骤中添加液体，例如包括水。通过在不添加水或其它液体的情况下混合杂卤石和粘合剂，可以调节杂卤石并使其增塑，而其行为基本上不受水的吸收的影响。
[0037] 在一个实例中，第一和第二混合步骤可以在混合器的单个混合室中进行。为了实现这一点，混合器可以在第一混合步骤期间以较低剪切的方式(例如通过设置其叶片以较低的速度和/或功率驱动)运行，而第二混合步骤期间以较高剪切的方式(例如通过设置其叶片以较高的速度和/或功率驱动)运行。在另一个实例中，对第一和第二混合步骤可用不同的混合器。
[0038] 例如，可以在带式混合器中进行第一混合步骤。带式混合器是原料在水平料槽中混合的混合器，其中螺旋叶片旋转以搅拌成分。在一个具体实例中，可以使用由Winkworth Machinery Ltd制造的类型的U形槽混合器或带式混合器。根据混合器的能力，杂卤石和粘合剂可以在这样的混合器中分批或以连续流组合。
[0039] 在第一混合步骤中，优选将杂卤石粉末和粘合剂混合足够的时间以产生均匀混合物。
[0040] 因此，在一个实例中，在第一混合步骤中，可将600kg的研磨杂卤石粉末和由Ingredion Inc.提供的9kg预凝胶化标准级玉米淀粉的批料进给至工作体积为1000升的Winkworth带式混合器。混合器的搅拌器可以随后以50rpm运行30分钟，在此时间内没有液体添加到所述混合物中。所得产物是具有良好均匀性的基于干混杂卤石的粉末。
[0041] 当使用两个混合器时，在第一混合步骤后，将混合的杂卤石粉末和粘合剂传递至第二混合器以进行调节。第二混合器优选以比第一混合器更高的剪切进行混合。
[0042] 第二混合器可以例如是销式混合器(pin mixter)。在销式混合器中，混合室被承载多个径向延伸的销的转子扫过。销式混合器可以具有40hp电机和长度为约1.5米且直径为30cm的工作腔。其可以例如以800rpm运行。
[0043] 在第二混合步骤中，优选对材料进行强烈混合。优选添加水或其它液体(优选包含游离水)。水或其它液体可在第二步骤期间通过在搅拌杂卤石/粘合剂混合物的同时直接喷洒进混合室中而添加。作为另一种选择，在第二混合步骤所涉及的搅拌之前，可以向杂卤石/粘合剂混合物添加适量的水。如果添加水，则可以发现第二混合步骤的强烈混合产生足够的热量来释放水蒸气或蒸汽。在此阶段添加的水促使塑化的含杂卤石的粉末团聚成砂粒。材料可以在混合器中保持约30秒～45秒。
[0044] 已发现，重要的是在第二混合步骤之前或期间控制杂卤石的含水量。已发现，新近研磨的杂卤石粉末具有从大气中强烈吸收水的趋势。如果在进行第一和第二混合步骤之前将杂卤石研磨成粉末太久，则已发现即使在第二混合步骤期间不添加水，第二混合步骤的输出也可能较差，特别是在潮湿的天气条件下。解决此问题的一种方式(必要时)是在第二混合过程之前干燥杂卤石。然而，优选在杂卤石到达第二混合过程之前的不超过24小时、更优选不超过12小时、更优选不超过6小时将其研磨成粉末形式。优选用非渗透性片或其它封闭物覆盖研磨的杂卤石，以便在储存时抑制其对水的吸收。当遵守这些预防措施时，发现在第二混合过程中添加固体成分的5重量％的水会提供适合的产品。另外，可以添加更少的水，但是这可能导致该过程明显较不可预测。
[0045] 第二混合步骤的持续时间应当足以将杂卤石和粘合剂充分混合至其作为自由流动的颗粒状材料存在的状态，例如作为非粘附性颗粒，其中优选90质量％以上颗粒的粒度为1.0mm至粉尘。
[0046] 因此，在一个实例中，在第二混合步骤中，可将约600kg的混合的杂卤石粉末和粘合剂逐渐进给到工作体积为约1000升的40hp销式混合器。混合器的转子可随后以800rpm运行。销式混合器以连续过程运行，每小时输出约400kg，在任意时刻有约2kg～3kg的材料在室中加工。可在一小时内将20升的水逐渐喷洒入混合室中。来自第二混合步骤的产品或排出物是砂状材料，其主要具有直径小于1.1mm的粒度。排出物可处于50℃～60℃的温度。
[0047] 杂卤石和粘合剂的颗粒然后被传递至造粒机以形成为丸粒。可以使用任何适合的造粒机，但发现盘式造粒机是特别有效的。盘式造粒机包括具有底部和从底部竖立的边缘的盘。盘可以围绕横向于底部的轴旋转。盘倾斜使得盘中的材料位于底部的最下部区域中，其在此可以被侧壁约束。结果，当盘旋转时，材料相对于其自身翻滚，并且材料的颗粒可彼此粘附。较大的颗粒通常迁移到材料堆的顶部，并可以越过盘的边缘落入收集容器中。同时，可向盘中添加其它原料。因此丸粒化可以作为连续的过程进行。
[0048] 离开盘的材料可以进行筛选以便将符合尺寸的产品与尺寸过小和尺寸过大的产品分离。尺寸过小的产品可返回造粒机。尺寸过大的产品可以(i)粗研磨并直接添加至造粒机，或(ii)与待研磨成粉末的进入的杂卤石碎屑组合。优选将材料在筛选和/或重新研磨之前干燥。这可有助于避免丸粒在筛选过程中被破坏，并避免过多的水分返回到经过的物流。
[0049] 期望的是将符合尺寸的造粒机的输出的比例最大化，并且特别是将尺寸过大的输出的量最小化，因为其将被重新研磨。为此，期望的是对造粒机的原料具有良好的控制。在杂卤石的情况下，这意味着控制其含水量。通过使用上述方法可以实现这种控制。如上面所指出的，新近粉末化的杂卤石是强吸湿性的，达到在某些条件下游离的杂卤石粉末可自然地从大气中天然吸收如此多的水分以至该过程难以可靠地运行的程度。例如，高剪切混合器的进料中的材料可能成块，导致不均匀流动到高剪切混合器，这造成不均匀的输出。
[0050] 典型的盘式造粒机允许调节盘底部相对于水平方向的倾斜角度。改变倾斜角度使丸粒在造粒机中的停留时间以及由此而来的最终的丸粒尺寸得到控制。已发现，2mm～4mm的平均粒度，更具体而言，至少50数量％、更优选75数量％的所得丸粒在该范围内的尺寸分布，产生良好的结果。与造粒机的运行状态配合的造粒机的原料的状态可以为使得材料在造粒机中的平均停留时间为30秒～200秒，更优选为30秒～60秒，最优选为约45秒。为了实现这一点，可发现70°～45°、更优选63°～53°、最优选约58°的盘底部角度是有效的。盘可以以2.0ms-1～2.5ms-1、更优选为2.1ms-1～2.2ms-1的边缘线速度运行。
[0051] 已发现，用高抓力涂料(例如并入有砂砾的胶粘剂的涂料)涂布造粒机的内底部改善了丸粒化效率。
[0052] 盘式造粒机可具有约1.5m或1.8m的直径和约22cm的深度。盘式造粒机可以例如为由Mars Mineral提供的P45或P60型盘式造粒机。
[0053] 在造粒机的运行期间，向加工的材料添加额外的水。水可以通过喷洒到盘中、优选在盘床的下部区域而添加，在此团聚的材料倾向于沉降。添加的水量可以为固体原料的1重量％～3重量％，更优选约2重量％。当以连续过程进行丸粒化时，可以相应地设定水的喷洒速率。例如，如果含杂卤石的颗粒的稳态进料速率为6千克/分钟～8千克/分钟，则水的喷洒速率可以为约0.12升/分钟～0.16升/分钟。
[0054] 如上面指出的，可以对任何超出期望尺寸范围的丸粒进行重新研磨(如果尺寸过大)或将其返回至盘式造粒机(如果尺寸过小)。已发现，通过使用上述步骤，符合规格的产率为造粒机输出的85重量％～90重量％。相比之下，石灰岩丸粒化工艺的典型符合规格的产率可能为约10％，其余90％必须再循环。
[0055] 造粒机的输出是湿的、基本上球形的丸粒。这些在包装前方便地干燥。为了实现这一点，可将从造粒机输出的丸粒传递至干燥器。已发现，在能够将丸粒加热至约150℃的温度的干燥器中约3分钟的停留时间足以充分干燥丸粒。可以使用逆向喷气过滤器从干燥器中提取水分。可选择干燥器中的运行温度和停留时间以提供期望强度的丸粒以供后续操作。
[0056] 最后，可以将丸粒冷却并包装，例如包装在600kg袋或25kg袋中，或者松散地运输以便使用或在其它地方进一步加工。
[0057] 图1显示了上述方法的总概述。开采原样的未加工的杂卤石在颚式破碎机1中进行一次破碎，并在圆锥破碎机2中进行二次破碎。这产生碎裂的杂卤石产品。可以例如在仓库3中储存碎裂的杂卤石，直至在后续步骤处理之前不久。与此相反，优选地，4～6所示的步骤一个接一个迅速进行，减少了杂卤石粉末吸收环境水分的范围。需要时，可从仓库3中取出碎裂的杂卤石，并将其传送到产生粉末的磨碎机或连续球磨机4。将杂卤石粉末与粘合剂在低剪切混合器5中组合，然后将混合的粉末与粘合剂在高剪切混合器6中混合，并且如7所示添加水。高剪切混合器输出的是颗粒状产品。将颗粒状产品施加到盘式造粒机8，如9所示对其添加额外的水。盘式造粒机使颗粒团聚为基本上球形的丸粒，其逐渐离开造粒机。排出的丸粒在干燥器10中进行干燥，然后通过一组筛网13进行筛分。如11所示，将尺寸过小的丸粒返回至造粒机。如12所示，将尺寸过大的丸粒返回至磨碎机。14处的最终产品由基本上为球形且在筛网10限定的尺寸限制内的丸粒组成。然后可以包装这些丸粒并提供给农业使用。最后，可将它们施撒于田地或其它农业或园艺基质上以用作肥料。
[0058] 传送带、螺旋传送器或其它搬运装置可用于在加工台之间移动这些成分。
[0059] 丸粒中可以包含其它添加剂。这样的添加剂可以是任意组合的以下一种或多种：
[0060] -具有化学和/或机械稳定和/或保持丸粒的作用的成分：例如，增加其贮存期，降低其对环境污染物的易感性，或减少其在施撒过程中破碎的可能性(例如pH缓冲剂)；
[0062] -具有通过除施肥以外的手段保护或增强作物生长的作用的成分：例如除草剂、杀真菌剂、杀虫剂、灭鼠剂、激素、植物刺激剂或者菌根真菌或孢子；
[0063] -种子：其可以是被子植物和/或作物物种(例如谷物，如小麦、玉米、稻、粟、大麦、燕麦或黑麦)的种子；
[0064] -除了杂卤石以外的其它肥料组合物：例如氮和/或磷源；
[0065] -颜料；
[0066] -具有改变土壤pH值的作用的成分：例如，石灰、硫或硫酸盐。
[0067] 这样的成分可以在该方法的各个阶段添加，例如其可以在如上所述的第一混合阶段之前或期间与杂卤石粉末组合，或者在如上所述的第一混合阶段之前与粘合剂组合，或者在如上所述的第一和第二混合步骤之间或如上所述的第二混合步骤期间与杂卤石/粘合剂混合物组合，或者其可添加至盘式造粒机，或者其可在干燥之前或之后喷洒或以其它方式涂布到丸粒上。在种子的情况下，种子可被诸如淀粉或PVA等生物相容性胶粘剂包覆，然后例如通过翻滚与诸如杂卤石等蒸发岩矿物的粉末接触，从而使粉末粘附到种子的外部。作为另一种选择，蒸发岩矿物粉末可与粘合剂混合，然后与种子接触。作为另一种选择，种子可与蒸发岩矿物粉末接触，这使得粉末散在种子的外部。
[0068] 所得丸粒的杂卤石含量优选大于75重量％，更优选大于80％，最优选大于90％。在含有种子的丸粒的情况下，这可以可选地变化，使得除种子重量之外的丸粒的杂卤石含量可以大于75重量％，更优选80％，最优选大于90％。
[0069] 丸粒优选为基本上球形的，并且具有基本上均匀的体积和质量。丸粒的平均Wadell球形度可以大于0.85、0.90或0.95。丸粒优选基本上不含空隙，例如具有不大于1体积％、2体积％或5体积％的空气。
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