硅鈣鉀鎂硼肥的開發與制備技術研究

吳秋生，李小燕，范道榮，梁世棟，王賀東，萬夫偉，吳錫林，周 凱

(天津水泥工業設計研究院有限公司/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與應用企業重點實驗室 天津 300400)

我國南方地區的土壤在常年雨水淋溶條件下，缺鎂、缺硼現象非常嚴重[1]。除重慶、湖北外，南方地區其他省區的土壤中有效鎂含量偏低，缺鎂土壤所占比例超過80%，江西蜜桔、福建蘆柑、重慶臍橙的葉片中缺鎂嚴重；廣西、江西、湖北、四川、陜西、湖南等省區的土壤中有效硼含量偏低，缺硼土壤所占比例都超過60%，四川、重慶、湖南的臍橙以及福建、重慶的蜜桔中缺硼比例較大。常用的水溶性鎂肥[2](如硫酸鎂)和硼肥[3](如硼砂)易隨雨水流失，而硅鈣鉀鎂肥具有緩釋、枸溶的特點[4]，能夠在植物根系分泌的弱酸環境中緩慢釋放出鈣、鎂、硅等營養元素和有益養分，能有效補充南方高淋溶環境下土壤中流失的鎂，但硅鈣鉀鎂肥中鎂含量一般較低，同時不含硼元素，無法滿足農作物對硼和鎂的需求。

將硅鈣鉀鎂肥[5]與富含鎂、硼的硼泥[6]進行配制生產硅鈣鉀鎂硼肥，可以為作物提供充足的硅、鈣、鎂、鉀和水溶硼等營養元素[7]，滿足作物在高淋溶條件下的營養需求。本文將硅鈣鉀鎂肥和硼泥按照適當的比例配制硅鈣鉀鎂硼肥并應用于南方多雨地區，開展了小試研究和工業生產，獲得了硅鈣鉀鎂硼肥新產品，可為提升南方地區農作物品質和產量提供依據。

1 試驗與討論

1.1 原材料

硅鈣鉀鎂肥選用中材鼎原生態肥業有限公司生產的粉劑產品，粒徑為80 μm方孔篩篩余10%；硼泥來自遼寧丹東。原材料主要成分分析結果見表1，硼泥有效養分及酸堿度分析結果見表2，重金屬含量分析結果見表3，XRD衍射圖分別見圖1和圖2。

表1 原材料主要成分分析結果 %

表2 硼泥有效養分及酸堿度分析結果

表3 原材料重金屬含量分析結果 mg/kg

圖1 硅鈣鉀鎂肥XRD衍射圖

圖2 硼泥XRD衍射圖

由表1和表2可知：硼泥中全鎂和有效鎂含量較高，同時含有質量分數0.4%的有效硼；硅鈣鉀鎂肥富含有效硅、有效鈣，同時含有一定量的有效鎂和有效鉀；硼泥和硅鈣鉀鎂肥均呈堿性，適合南方酸性土壤使用。

由表3可知：硅鈣鉀鎂肥和硼泥中雖然都含有一定量的重金屬元素，但是均低于行業標準《水溶肥料 汞、砷、鎘、鉛、鉻的限量要求》(NY/T 1110—2010)中規定的重金屬含量限值。

圖1和圖2表明：硅鈣鉀鎂肥的礦物組成主要是鈣鎂黃長石(Ca2MgSi2O7)、白榴石(KAlSi2O6)、鉀霞石(KAlSiO4)和硅灰石(CaSiO3)；硼泥的主要礦物組成包括碳酸鎂(MgCO3)、二氧化硅(SiO2)和少量的七水硫酸鎂(MgSO4·7H2O)、碳酸鈣(CaCO3)等。

1.2 檢測方法

肥料中鈣、鎂和硅的有效成分含量按照行業標準《土壤調理劑 鈣、鎂、硅含量的測定》(NY/T 2272—2010)中的方法進行測定；有效鉀的含量按照行業標準《土壤調理劑 磷、鉀含量的測定》(NY/T 2273—2010)中的方法進行測定；重金屬含量按照《肥料 汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測定》(NY/T 1978—2010)中的方法進行測定；有效硼的含量按照《水溶肥料 銅、鐵、錳、鋅、硼、鉬含量的測定》(NY/T 1974—2010)中的方法進行測定。

1.3 硅鈣鉀鎂硼肥的設計和試驗

1.3.1 產品中有效硼含量的設計

根據地方標準《硼肥合理使用準則》(DB51/T 1021—2010)，不同土壤條件下作物對有效硼的需求量見表4。在土壤中有效硼含量極低(≤0.25 mg/kg)的條件下，對硼高敏感作物的有效硼需求量為1.59 kg/hm2，如果有效硼全部由硅鈣鉀鎂硼肥提供，根據表2提供的硼泥中有效硼的含量，可計算得出1 hm2耕地需要施用397.5 kg硼泥。

表4 不同土壤條件下作物對有效硼的需求量

1.3.2 產品中有效鎂含量的設計

通常果樹和蔬菜類需要的硅鈣鉀鎂肥用量為300～1 200 kg/hm2，按照硅鈣鉀鎂硼肥設計用量為750 kg/hm2，設計硅鈣鉀鎂硼肥中硅鈣鉀鎂肥與硼泥的質量比為1∶1，即硅鈣鉀鎂肥和硼泥的用量均為375 kg/hm2。根據表2可以計算出硅鈣鉀鎂硼肥中有效鎂以MgO計的質量分數為10.72%，則750 kg硅鈣鉀鎂硼肥中MgO的質量為80.4 kg。參考福建農林大學吳良泉教授的研究結果[8](見表5)，果樹和蔬菜類對MgO的需求量最多，1 hm2耕地對MgO的需求量為50～90 kg，則750 kg/hm2硅鈣鉀鎂硼肥中MgO的供應量可滿足果樹和蔬菜的需求。

表5 不同作物對MgO的需求量

1.3.3 硅鈣鉀鎂硼肥小試

利用實驗室101-3SBE型烘箱、顎式破碎機(進料粒徑≤30 mm)、振動磨(進料粒徑≤3.2 mm)和混料機(有效容積2 L)，將硼泥烘干、破碎、粉磨至80 μm篩余小于10%；然后分別取500 g硼泥粉和硅鈣鉀鎂肥粉劑，在混料機中充分混合均勻，制備硅鈣鉀鎂硼肥小樣，并對小樣的有效成分、酸堿度和重金屬含量進行測定，結果見表6和表7。

表6 硅鈣鉀鎂硼肥樣品中的有效成分及酸堿度

表7 硅鈣鉀鎂硼肥樣品中重金屬含量 mg/kg

由表6可知：按硼泥和硅鈣鉀鎂肥質量比1∶1制備的硅鈣鉀鎂硼肥，能夠滿足對硼敏感作物在最缺硼土壤的生長要求，同時能夠提供作物需要的有效鎂[9]。

由表7可知：硅鈣鉀鎂硼肥中重金屬含量均優于NY/T 1110—2010中規定的限值，滿足國家對肥料中重金屬含量的限值要求。

2 硅鈣鉀鎂硼肥工業生產

按照實驗室設計的硅鈣鉀鎂硼肥的配比，利用現有的圓盤造粒生產系統，開展了硅鈣鉀鎂硼肥顆粒產品的工業生產。工業產品已在四川省眉山市青神縣和廣東省肇慶市德慶縣分別對丑橘和貢桔進行了大田試驗，初步取得了增產提質效果，結果見表8，目前該產品已開始銷售。

表8 硅鈣鉀鎂硼肥的應用效果

由表8可知，相比CK，施用硅鈣鉀鎂硼肥的丑橘和貢桔的增產率均在10%以上；果實中的Vc和可溶性糖含量提高，產品品質獲得改善。

2.1 生產工藝

硼泥經翻拋晾曬后含水質量分數控制在5%以下，采用雷蒙磨將硼泥粉磨至80 μm篩余小于10%備用；硅鈣鉀鎂肥粉劑由廠家供應，控制80 μm篩余小于10%；按照硼泥與硅鈣鉀鎂肥質量比1∶1將2種物料送入攪拌機混合攪拌，物料充分混勻后送入圓盤造粒機進行噴水造粒，顆粒離開圓盤進入篩分機篩分，粒徑在1.00～4.75 mm的成品顆粒進入回轉烘干機進行烘干(其余顆粒經烘干破碎后返回圓盤造粒機重新造粒)，烘干機進口熱風溫度控制在300 ℃左右，出口溫度控制在50 ℃左右，成品顆粒含水質量分數控制在3%以下；烘干后的成品顆粒經冷卻設備冷卻至室溫后，再次過篩，然后包裝碼垛。

2.2 生產設備

用于硅鈣鉀鎂硼肥工業生產的主要設備見表9。

3 結語

(1)利用硼泥和硅鈣鉀鎂肥制備的硅鈣鉀鎂硼肥能夠為我國南方淋溶地區提供作物所需的有效硼和有效鎂，同時提供鈣、硅、鉀等多種營養元素，有助于促進該地區農作物的提質增產。

表9 工業生產主要設備

(2)根據硼泥和硅鈣鉀鎂肥的有效成分，依據農作物對硼和鎂的需求，設計了硅鈣鉀鎂硼肥原材料的配比和養分的含量，測定了重金屬含量。1 hm2耕地施用750 kg硅鈣鉀鎂硼肥可以滿足缺硼、缺鎂土壤種植作物對有效硼和有效鎂的需求量。

(3)硅鈣鉀鎂硼肥的工業生產結果表明，完全可以利用顆粒肥料產品生產工藝和常規設備進行硅鈣鉀鎂硼肥顆粒產品的生產。