硅钙钾镁硼肥的开发与制备技术研究

Research on Development and Preparation Technology of Silicon-Calcium-Potassium-Magnesium-Boron Fertilizer

吴秋生 Qiusheng WU , 李小燕 Xiaoyan LI , 范道荣 Daorong FAN , 梁世栋 Shidong LIANG , 王贺东 Hedong WANG , 万夫伟 Fuwei WAN , 吴锡林 Xilin WU , 周凯 Kai ZHOU

天津水泥工业设计研究院有限公司/天津中材工程研究中心有限公司/天津市中微量元素肥研制与应用企业重点实验室天津 300400 Tianjin Cement Industry Design and Research Institute Co., Ltd./ Tianjin Sinoma Engineering Research Center Co., Ltd./ Tianjin Key Laboratory of the Research and Application of Medium and Trace Element Fertilizer, Tianjin 300400, China

摘要：

我国南方地区土壤常年受雨水淋溶，缺镁、缺硼现象严重。根据硼泥和硅钙钾镁肥的有效成分、农作物对硼和镁的需求，设计开发了硅钙钾镁硼肥，并开展了实验室小试、工业化生产和大田试验。结果表明：硅钙钾镁硼肥施用量为750 kg/hm²时，可以满足缺硼、缺镁土壤条件下作物对有效硼和有效镁的需求；利用生产颗粒肥料的常规设备，可以满足对颗粒硅钙钾镁硼肥的生产要求。

关键词：

硅钙钾镁硼肥; 硅钙钾镁肥; 硼泥; 生产工艺; 田间试验;

Abstract：

The soil in southern China is leached by rain all the year round, there is a phenomenon of serious deficiency of magnesium and boron. Based on the effective composition of boron mud and silicon-calcium-potassium-magnesium fertilizer, and the demand of crops for boron and magnesium, silicon-calcium-magnesium-magnesium-boron fertilizer is designed and developed, and laboratory experiment, industrial production and field experiment are carried out. The results show that when the application amount of silicon-calcium-potassium-magnesium-boron fertilizer is 750 kg/hm², it can meet the demand of crops for available boron and available magnesium under the conditions of boron and magnesium deficiency soil; the conventional equipment used in the production of granular fertilizers can meet the production requirements of granular silicon-calcium-potassium-magnesium-boron fertilizer.

Keyword：

silicon-calcium-potassium-magnesium-boron fertilizer; silicon-calcium-potassium-magnesium fertilizer; boron mud; production technology; field experiment;

我国南方地区的土壤在常年雨水淋溶条件下，缺镁、缺硼现象非常严重^[1]。除重庆、湖北外，南方地区其他省区的土壤中有效镁含量偏低，缺镁土壤所占比例超过80%，江西蜜桔、福建芦柑、重庆脐橙的叶片中缺镁严重; 广西、江西、湖北、四川、陕西、湖南等省区的土壤中有效硼含量偏低，缺硼土壤所占比例都超过60%，四川、重庆、湖南的脐橙以及福建、重庆的蜜桔中缺硼比例较大。常用的水溶性镁肥^[2](如硫酸镁)和硼肥^[3](如硼砂)易随雨水流失，而硅钙钾镁肥具有缓释、枸溶的特点^[4]，能够在植物根系分泌的弱酸环境中缓慢释放出钙、镁、硅等营养元素和有益养分，能有效补充南方高淋溶环境下土壤中流失的镁，但硅钙钾镁肥中镁含量一般较低，同时不含硼元素，无法满足农作物对硼和镁的需求。

将硅钙钾镁肥^[5]与富含镁、硼的硼泥^[6]进行配制生产硅钙钾镁硼肥，可以为作物提供充足的硅、钙、镁、钾和水溶硼等营养元素^[7]，满足作物在高淋溶条件下的营养需求。本文将硅钙钾镁肥和硼泥按照适当的比例配制硅钙钾镁硼肥并应用于南方多雨地区，开展了小试研究和工业生产，获得了硅钙钾镁硼肥新产品，可为提升南方地区农作物品质和产量提供依据。

1 试验与讨论

1.1 原材料

硅钙钾镁肥选用中材鼎原生态肥业有限公司生产的粉剂产品，粒径为80 μm方孔筛筛余10%;硼泥来自辽宁丹东。原材料主要成分分析结果见表 1，硼泥有效养分及酸碱度分析结果见表 2，重金属含量分析结果见表 3，XRD衍射图分别见图 1和图 2。

表 1

原材料主要成分分析结果 %

样品名称	烧失量	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	K₂O	Na₂O	SO₃	Cl^-
硼泥	19.84	26.62	3.76	5.60	4.66	32.30	0.70	1.28	1.39	0.018
硅钙钾镁肥	0.32	41.35	11.22	1.36	30.38	4.13	7.09	3.74	0.33	0.012

表 2

硼泥有效养分及酸碱度分析结果

样品名称	w(SiO₂)/%	w(CaO)/%	w(MgO)/%	w(K₂O)/%	w(有效B)/%	pH
硼泥	4.70	3.77	17.51	0.23	0.40	9.55
硅钙钾镁肥	33.89	33.38	3.92	6.38		11.18

表 3

原材料重金属含量分析结果 mg/kg

项目	As	Pb	Cd	Cr	Hg
硼泥	4.6	35.8	1.5	7.5	0.1
硅钙钾镁肥	7.4	44.8	2.6	20.0	0.002 6
限量指标	10	50	10	50	5

图 1

硅钙钾镁肥XRD衍射图

图 2

硼泥XRD衍射图

由表 1和表 2可知：硼泥中全镁和有效镁含量较高，同时含有质量分数0.4%的有效硼; 硅钙钾镁肥富含有效硅、有效钙，同时含有一定量的有效镁和有效钾; 硼泥和硅钙钾镁肥均呈碱性，适合南方酸性土壤使用。

由表 3可知：硅钙钾镁肥和硼泥中虽然都含有一定量的重金属元素，但是均低于行业标准《水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》(NY/T 1110—2010)中规定的重金属含量限值。

图 1和图 2表明：硅钙钾镁肥的矿物组成主要是钙镁黄长石(Ca₂MgSi₂O₇)、白榴石(KAlSi₂O₆)、钾霞石(KAlSiO₄)和硅灰石(CaSiO₃); 硼泥的主要矿物组成包括碳酸镁(MgCO₃)、二氧化硅(SiO₂)和少量的七水硫酸镁(MgSO₄ ·7H₂O)、碳酸钙(CaCO₃)等。

1.2 检测方法

肥料中钙、镁和硅的有效成分含量按照行业标准《土壤调理剂钙、镁、硅含量的测定》(NY/T 2272—2010)中的方法进行测定; 有效钾的含量按照行业标准《土壤调理剂磷、钾含量的测定》(NY/T 2273—2010)中的方法进行测定; 重金属含量按照《肥料汞、砷、镉、铅、铬含量的测定》(NY/T 1978—2010)中的方法进行测定; 有效硼的含量按照《水溶肥料铜、铁、锰、锌、硼、钼含量的测定》(NY/T 1974—2010)中的方法进行测定。

1.3 硅钙钾镁硼肥的设计和试验

1.3.1 产品中有效硼含量的设计

根据地方标准《硼肥合理使用准则》(DB51/T 1021—2010)，不同土壤条件下作物对有效硼的需求量见表 4。在土壤中有效硼含量极低(≤0.25 mg/kg)的条件下，对硼高敏感作物的有效硼需求量为1.59 kg/hm²，如果有效硼全部由硅钙钾镁硼肥提供，根据表 2提供的硼泥中有效硼的含量，可计算得出1 hm²耕地需要施用397.5 kg硼泥。

表 4

不同土壤条件下作物对有效硼的需求量

土壤中有效硼质量分数/(mg·kg^-1)	评价	需求量(以B计)/(kg·hm^-2)
土壤中有效硼质量分数/(mg·kg^-1)	评价	对硼高敏感作物	对硼敏感作物	对硼较敏感作物
≤0.25	极低	1.59	1.59	0.80
0.25~0.50	低	0.80~1.59	0.80~1.59	0.40~0.80
0.50~1.00	中	0.40~0.80	0.40~0.80	0.20~0.40
1.00~1.50	高		0.40

1.3.2 产品中有效镁含量的设计

通常果树和蔬菜类需要的硅钙钾镁肥用量为300~1 200 kg/hm²，按照硅钙钾镁硼肥设计用量为750 kg/hm²，设计硅钙钾镁硼肥中硅钙钾镁肥与硼泥的质量比为1 :1，即硅钙钾镁肥和硼泥的用量均为375 kg/hm²。根据表 2可以计算出硅钙钾镁硼肥中有效镁以MgO计的质量分数为10.72%，则750 kg硅钙钾镁硼肥中MgO的质量为80.4 kg。参考福建农林大学吴良泉教授的研究结果^[8](见表 5)，果树和蔬菜类对MgO的需求量最多，1 hm²耕地对MgO的需求量为50~90 kg，则750 kg/hm²硅钙钾镁硼肥中MgO的供应量可满足果树和蔬菜的需求。

表 5

不同作物对MgO的需求量

作物种类	MgO需求量/(kg·hm^-2)
粮食作物	25~45
经济作物	40~60
果树和蔬菜	50~90

1.3.3 硅钙钾镁硼肥小试

利用实验室101-3SBE型烘箱、颚式破碎机(进料粒径≤30 mm)、振动磨(进料粒径≤3.2 mm)和混料机(有效容积2 L)，将硼泥烘干、破碎、粉磨至80 μm筛余小于10%;然后分别取500 g硼泥粉和硅钙钾镁肥粉剂，在混料机中充分混合均匀，制备硅钙钾镁硼肥小样，并对小样的有效成分、酸碱度和重金属含量进行测定，结果见表 6和表 7。

表 6

硅钙钾镁硼肥样品中的有效成分及酸碱度

w(SiO₂)/ %	w(CaO)/ %	w(MgO)/ %	w(K₂O)/ %	w(有效B)/ %	pH
20.65	18.22	10.91	3.32	0.21	10.67

表 7

硅钙钾镁硼肥样品中重金属含量 mg/kg

项目	As	Pb	Cd	Cr	Hg
硅钙钾镁硼肥	6.2	40.5	1.9	14.2	0.06
限量指标	10	50	10	50	5

由表 6可知：按硼泥和硅钙钾镁肥质量比1 :1制备的硅钙钾镁硼肥，能够满足对硼敏感作物在最缺硼土壤的生长要求，同时能够提供作物需要的有效镁^[9]。

由表 7可知：硅钙钾镁硼肥中重金属含量均优于NY/T 1110—2010中规定的限值，满足国家对肥料中重金属含量的限值要求。

2 硅钙钾镁硼肥工业生产

按照实验室设计的硅钙钾镁硼肥的配比，利用现有的圆盘造粒生产系统，开展了硅钙钾镁硼肥颗粒产品的工业生产。工业产品已在四川省眉山市青神县和广东省肇庆市德庆县分别对丑橘和贡桔进行了大田试验，初步取得了增产提质效果，结果见表 8，目前该产品已开始销售。

表 8

硅钙钾镁硼肥的应用效果

地点	品种	处理	产量/(t·hm^-2)	100 g果实中Vc质量/mg	可溶性糖/%
四川眉山	丑橘	CK	26.25	15.22	11.78
四川眉山	丑橘	处理	30.19	16.68	12.89
广东肇庆	贡桔	CK	21.48	14.98	10.22
广东肇庆	贡桔	处理	24.06	15.87	12.65
注：1)CK为常规施肥; 处理为常规施肥+硅钙钾镁硼肥750 kg/hm²

由表 8可知，相比CK，施用硅钙钾镁硼肥的丑橘和贡桔的增产率均在10%以上; 果实中的Vc和可溶性糖含量提高，产品品质获得改善。

2.1 生产工艺

硼泥经翻抛晾晒后含水质量分数控制在5%以下，采用雷蒙磨将硼泥粉磨至80 μm筛余小于10%备用; 硅钙钾镁肥粉剂由厂家供应，控制80 μm筛余小于10%;按照硼泥与硅钙钾镁肥质量比1 :1将2种物料送入搅拌机混合搅拌，物料充分混匀后送入圆盘造粒机进行喷水造粒，颗粒离开圆盘进入筛分机筛分，粒径在1.00~4.75 mm的成品颗粒进入回转烘干机进行烘干(其余颗粒经烘干破碎后返回圆盘造粒机重新造粒)，烘干机进口热风温度控制在300 ℃左右，出口温度控制在50 ℃左右，成品颗粒含水质量分数控制在3%以下; 烘干后的成品颗粒经冷却设备冷却至室温后，再次过筛，然后包装码垛。

2.2 生产设备

用于硅钙钾镁硼肥工业生产的主要设备见表 9。

表 9

工业生产主要设备

名称	规格	备注
雷蒙磨	Ф 360 mm×190 mm	能力：5~6 t/h
造粒圆盘	Ф 3.2 m
烘干机	Ф 1.2 m×18 m	2条
热风炉		配温度监测
冷却机	Ф 0.8 m×16 m
包装机		自动包装

3 结语

(1) 利用硼泥和硅钙钾镁肥制备的硅钙钾镁硼肥能够为我国南方淋溶地区提供作物所需的有效硼和有效镁，同时提供钙、硅、钾等多种营养元素，有助于促进该地区农作物的提质增产。

(2) 根据硼泥和硅钙钾镁肥的有效成分，依据农作物对硼和镁的需求，设计了硅钙钾镁硼肥原材料的配比和养分的含量，测定了重金属含量。1 hm²耕地施用750 kg硅钙钾镁硼肥可以满足缺硼、缺镁土壤种植作物对有效硼和有效镁的需求量。

(3) 硅钙钾镁硼肥的工业生产结果表明，完全可以利用颗粒肥料产品生产工艺和常规设备进行硅钙钾镁硼肥颗粒产品的生产。

ckwx 参考文献

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