生物炭基缓释肥是一种利用生物炭吸附作用,使养分元素缓慢释放的新型物理阻碍型长效缓释肥料,具有成本低廉、环境友好等优点。针对炭基缓释肥颗粒成型与筛分工艺要求,提出了成型造粒与筛分组合作业技术方案,设计了1台炭基缓释肥造粒筛分一体装置,对样机进行了性能试验,开展了炭基缓释肥理化特性和缓释特性试验研究,为生物炭基缓释肥成型及其高效利用提供了理论依据和技术参考。主要研究内容和结果如下:(1)开展了炭基缓释肥造粒筛分一体机装置的总体结构与关键部件设计。自行研制的炭基缓释肥造粒筛分一体机装置主要由定量螺旋喂料器、平模造粒成型装置和平面回转筛分装置3大部分组成,分别对螺旋喂料、平模造粒成型和平面回转筛分进行了动力学与运动过程分析,确定了其主要结构与运行参数,制作了炭基缓释肥造粒筛分一体机装置试验样机。(2)开展了炭基缓释肥造粒筛分一体装置单因素试验研究与分析。以生产率和尿素炭基缓释肥产品密度为评价指标,开展以模板孔径、模辊间隙、膨润土粘结剂质量分数为试验因素的单因素试验。结果表明,模辊间隙越小、粘结剂质量分数越高,产品颗粒密度越大;模辊间隙几乎为0 mm、粘结剂质量分数为20%、模板孔径为3 mm时产品颗粒密度最大;模辊间隙为0.5 mm、粘结剂质量分数为15%、模板孔径5 mm时生产率最高。模板孔径对生产率和产品密度的影响极显著(P<0.01),模辊间隙和粘结剂质量分数均对一体机生产率影响极显著(P<0.01),对产品密度影响显著(P<0.05)。(3)开展了炭基缓释肥造粒筛分一体装置拟水平正交试验研究与分析。选择模辊间隙、粘结剂质量分数和模板孔径为试验因素,开展三因素拟水平正交试验。直观分析法结果表明,影响生产率和产品密度的因素主次顺序为模板孔径、模辊间隙和粘结剂质量分数;显著性分析方法结果表明,模板孔径对生产率和产品密度均有显著影响(P<0.05),模辊间隙对产品密度有显著影响(P<0.05)。根据综合平衡法得出,当模板孔径为5 mm、模辊间隙为0.5 mm和粘结剂质量分数为15%时生产率最大;当模板孔径为3 mm、模辊间隙为0.5 mm和粘结剂质量分数为20%时颗粒产品密度最高。(4)开展了炭基缓释肥颗粒理化及缓释特性试验研究。以生物炭为基底,制备了不同粘结剂含量和炭肥比的柱状氯化钾和尿素炭基缓释肥颗粒,分析了炭基缓释肥颗粒的理化及缓释特性。结果表明,粘结剂含量和炭肥比对炭基缓释肥颗粒抗压强度均有显著性影响(P<0.05),在炭肥比1:4条件下,随着粘结剂质量分数的增加,氯化钾和尿素炭基缓释肥颗粒的微观表面孔隙减少,力学和缓释性能提高,当粘结剂质量分数为20%时,2种炭基缓释肥力学和缓释性能最好,平均抗压强度分别为286.78 N和281.27 N,其前3天营养元素淋出率分别为45.53%和36.87%;在粘结剂质量分数为10%条件下,随着炭肥比增加炭基缓释肥颗粒的缓释性能提高,当炭肥比1:3时,2种炭基缓释肥缓释性能最好,前3天营养元素淋出率分别为42.06%和40.32%,同时,氯化钾炭基缓释肥表面孔隙量先增后减,平均抗压强度在炭肥比为1:6和1:3时分别为271.25、282.42 N,力学特性较好,尿素炭基缓释肥表面孔隙量逐渐变多,在炭肥比为1:6时平均抗压强度为最大值267.84 N。综合炭基缓释肥颗粒理化特性及缓释特性,选择粘结剂质量分数为20%和炭肥比为1:4,以及粘结剂质量分数为10%和炭肥比1:3的成型配方,缓释肥颗粒产品力学特性较优,缓释特性最好,能达到GB/T 23348-2009缓释肥料规定的中浓度标准,基本满足市场要求。