炭基生物有机肥我国生物炭基肥生产工艺与设备研究进展

炭基生物有机肥我国生物炭基肥生产工艺与设备研究进展

摘 要：炭基肥作为一种新型绿色环保肥料，其生产工艺及加工设备大多还在沿用有机肥生产的工艺与设备。介绍了目前生物炭基肥的生产工艺及设备研究进展，重 点对国内炭基肥造粒配方及工艺进行了总结、归纳分析，并对主要的炭基肥造粒设备进行了分析，在分析造粒设备工作原理、技术参数、造粒工艺及其主要影响因素的基础上，指明了炭基肥造粒设备的研发方向。

1. 炭基肥的作用与功能

生物炭作为绿色环保材料，不仅可以起到土壤改良的作用，还能吸附肥料养分，减少土壤养分淋失，同时赋予了肥料缓释和固碳的功能。随着农业结构调整及生态农业的发展，对炭基肥的研究逐渐成为植物营养与肥料领域研究的一个 热点，是实现肥料高 效利用、土地生产可持续发展的重要途径。 

目前生物炭基肥的生产工艺主要是沿用传统有机肥的生产工艺，由于生物炭属于脆性材料黏结性不高，采用现有的有机肥产品生产工艺生产的炭基肥强度不高，返料率较高。为解决现有问题，并且实现生物炭基肥料产能充足的目标，对生物炭基肥生产工艺的研发需求极为迫切，因此本文对国内炭基肥造粒配方、工艺及相应的设备进行了总结，分析造粒工艺与设备存在的主要问题，并提出了未来研究工作的主要方向。 

2. 炭基肥的生产工艺 

生物炭基肥生产工艺类型:生物炭基肥生产工艺主要包括掺混法、 吸附法、包膜法和混合造粒法等。

掺混法是最 简单的制备生物炭基肥的方法，把粒度和强度接近的基础颗粒肥料（彼此间基本无化学反应）按一定比例进行掺拌混合。Steiner等采用掺混法制备生物炭基复合肥，能有 效延长炭基肥对氮素养分的持续供应时间，增加土壤全氮和速 效磷含量，促进作物对氮、磷养分的吸收。卢广远等利用粘合剂将炭粉与化学肥料粘合制备成炭基肥料，试验表明，炭基肥料对玉米具有增产效应。 

包膜法主要是用生物炭细粉状颗粒包裹速 效性化肥颗粒而成的肥料，施用后逐渐释放养分供农作物利用，可以有效减少因肥料的分解、挥发、冲蚀等造成的养分损失，从而提高肥料利用率。钟雪梅等利用粘结剂将竹炭包裹于尿 素颗粒表面制成竹炭包膜尿素肥料，其可显著降低尿素在土壤中的淋失，促进作物对氮素的吸收，提高作物的氮素利用率。

吸附法主要是利用生物炭多孔性与吸附性的特点，将肥料溶液中的一种或数种组分吸附于表面。高海英等用木炭和竹炭在一定浓度的硝酸铵水溶液中通过吸附法制备硝酸铵炭基肥料，其可延缓相应炭基肥料在静置水和土壤溶液中的淋洗释放。

混合造粒法是将生物炭与一种或者多种肥料粉碎后，形成粒度接近的粉状颗粒进行混合造粒，该方法具有生产效率高、操作简便等特点，是目前肥料生产的主要方式，主要有团粒法造粒与挤压法造粒，团粒法造粒的基本原理是将一定颗粒细度的基础肥料黏聚成粒、再通过转动使黏聚的颗粒在重力的作用下产生运动，相互挤压、滚动使其紧密成型；挤压法主要是利用机械外力的作用使粉体基础肥料成粒。用圆盘式造粒机对炭基肥进行造粒，有效增加了蔬菜产量。 张伟利用挤压成型法制备柱状生物炭基尿素 肥料，通过将挤压颗粒与团粒法造粒颗粒进行淋 溶试验对比，得出挤压法制得的颗粒其缓释性能要优于团粒法制得的肥料颗粒。

上述4种炭基肥生产工艺中，掺混、包膜、吸附法生产的炭基肥主要为细粉状颗粒，灰分含量较高，不方便运输与施用，直接施用时易造成粉尘污染，而混合造粒法可有 效解决上述问题。

3. 炭基肥配方与生产方式

根据原料组成， 炭基肥可以分为炭基有机肥、炭基无机肥、炭基肥有机无机复混肥。本文对现有的一些炭基肥产品原料成分与相关造粒工艺进行了归纳整理，如表1所示。由表1可知，从炭基肥产品类型上看，目前的研究主要以提升土壤有机质、提高作物养分为目的，根据不同施肥需要或生物质原料利用的需要，研发不同功效的炭基复混肥、炭基有机肥、炭基无机肥等产品；从原料配比上来看，由于生物炭还具备改善土壤结构、钝化土壤重金属、吸附养分等功能，所以生物炭在目前炭基肥产品中的添加量要依据各自不同的功能进行合理配比，目前的炭基肥产品中生物炭的添加比例一般在20%～60%之间；从炭基肥产品的成型工艺来看，由于物料中添加了生物炭颗粒导致肥料成型相对困难，在生物炭含量较高时需添加少量的粘结剂。在团粒法造粒时由于受外力较小，颗粒团聚主要是依靠粘结剂，目前针对较难成粒的生物炭基肥主要采用挤压法造粒，通过挤压产生热量可以将物料中的热融性原料融化起到粘结剂的作用，并且可以使塑性材料发生塑性变形有助于颗粒成型，在挤压过程中产生的热量也可以蒸发掉物料中的一部分。