CN103962054B

CN103962054B - 一种风化粉状砒砂岩造粒方法

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Publication number: CN103962054B
Application number: CN201410212182.9A
Authority: CN
Inventors: 高卫民; 吴智仁; 杨才千; 梁止水; 姚文艺; 冷元宝
Original assignee: JIANGSU JIECHENGKAI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU JIECHENGKAI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: CN103962054A

Abstract

本发明公开了一种风化粉状砒砂岩造粒方法，包括如下步骤：a)将采集的粉状砒砂岩用硅溶胶改性处理，搅拌均匀，得到混合物A；b)掺入固化材和养分，搅拌均匀；c)养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得一次砒砂岩颗粒，完成第一次造粒；d)将一次砒砂岩颗粒A再用硅溶胶处理，搅拌均匀，得到混合物B；e)掺入固化材和养分，搅拌均匀；f)养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得二次砒砂岩颗粒，完成第二次造粒。本发明提供的风化粉状砒砂岩造粒方法，通过两次造粒处理形成团粒，大大提高砒砂岩颗粒之间的粘结作用和砒砂岩整体的抗侵蚀能力，将其用于受侵蚀严重的土壤表面，大大提高侵蚀和植生性，从根本上防治砒砂岩水土流失。

Description

一种风化粉状砒砂岩造粒方法

技术领域

本发明涉及一种砂岩造粒方法，尤其涉及一种风化粉状砒砂岩造粒方法。

背景技术

砒砂岩是被中外专家称为“世界水土流失之最”和“环境癌症”，对自然、生态、环境的危害极大，其广泛分布于黄河流域以晋陕蒙接壤区为中心的区域。具体指古生代二叠纪、中生代三叠纪、侏罗纪和白垩纪的厚层砂岩、砂页岩和泥岩组成的互层，是黄土高原集中的碎屑基岩产沙区的核心，系黄河流域多沙粗沙区的一个重要组成部分，其特点是无水坚硬如顽石，有水则松软如烂泥，遇风则风化剥蚀。由于该区地形破碎，植被稀少，气候干旱，降雨量少，暴雨集中，且多大风沙暴，水土流失极为严重，生态环境极为脆弱。

因而，砒砂岩治理是我国的头号环境问题之一。砒砂岩治理的主要措施包括工程措施、生物措施和蓄水保土耕作措施。

工程措施指防治砒砂岩水土流失危害，保护和合理利用水土资源而修筑的各项工程设施，包括治坡工程(各类梯田、台地、水平沟、鱼鳞坑等)、治沟工程(如淤地坝、拦沙坝、谷坊、沟头防护等)和小型水利工程(如水池、水窖、排水***和灌溉***等)。

生物措施指为防治砒砂岩水土流失，保护与合理利用水土资源，采取造林种草及管护的办法，增加植被覆盖率，维护和提高土地生产力的一种水土保持措施。主要包括造林、种草和封山育林、育草。

蓄水保土耕作措施以改变坡面微小地形，增加植被覆盖或增强土壤有机质抗蚀力等方法，保土蓄水，改良土壤，以提高农业生产的技术措施。如等高耕作、等高带状间作、沟垄耕作少耕、免耕等。

由上可见，现有措施主要通过设置障碍减缓砒砂岩水土流失的发生，不能从根本上提高砒砂岩自身的抗侵蚀和植生能力。工程措施虽然可以短期内快速起效，减轻砒砂岩水土流失，但是不能提高植被覆盖度和生态的负荷承载力，防治效果会随着时间的延长而逐渐丧失；生物措施是一种可持续的方法，但是起效慢，而且对环境条件要求高，需要充足的水分和稳定的环境，蓄水保土耕作措施只能应用于砒砂岩水土流失程度较低的区域，而对水土流失严重的地区不宜采用。因此，有必要提出一种粉状砒砂岩造粒的新方法，从砒砂岩自身改良着手，大大提高砒砂岩的抗侵蚀和植生能力，从根本上防治砒砂岩水土流失，建立美丽生态环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种风化粉状砒砂岩造粒方法，能够大大提高砒砂岩的抗侵蚀和植生能力，从根本上防治砒砂岩水土流失。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种风化粉状砒砂岩造粒方法，包括如下步骤：a)将采集的粉状砒砂岩用硅溶胶处理，搅拌均匀，得到混合物A；b)掺入固化材和养分，搅拌均匀；c)养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得一次砒砂岩颗粒，完成第一次造粒；d)将一次砒砂岩颗粒A再用硅溶胶处理，搅拌均匀，得到混合物B；e)掺入固化材和养分，搅拌均匀；f)养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得二次砒砂岩颗粒，完成第二次造粒。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述第一次造粒得到的一次砒砂岩颗粒的粒径范围为0.5-5mm；所述第二次造粒得到的二次砒砂岩颗粒的粒径范围为1-5cm。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述步骤a)和步骤d)中硅溶胶的pH为6.5-8，固含量为20-30％。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述第一次造粒过程中，每立方米砒砂岩中硅溶胶的使用量为100-150kg；所述第二次造粒过程中，每立方米砒砂岩中硅溶胶的使用量为50-100kg。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述步骤a)中粉状砒砂岩含水质量百分比为60-70％；所述步骤b)和步骤e)中固化材和养分直接与砒砂岩搅拌混合；或者先溶解于水，再与砒砂岩搅拌混合。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述固化材为无机固化材和有机固化材的混合物，且无机固化材、有机固化材的质量百分比为1/99～50/50；每立方米砒砂岩中，第一次造粒过程中固化材的使用量为0.5-0.8kg，第二次造粒过程中固化材的使用量为0.8-1.2kg。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述无机固化材按如下质量百分比组成：

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述有机固化材为改性亲水性聚氨酯树脂。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述步骤c)中第一次造粒过程中熟化养护的时间为24-48小时，所述步骤f)中第二次造粒过程中熟化养护的时间为7-10天。

上述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其中，所述养分为农用复合肥，两次造粒过程中，每立方米砒砂岩中农用复合肥的使用量均为0.5-0.6kg。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的风化粉状砒砂岩造粒方法，通过两次造粒处理，提高砒砂岩颗粒之间的粘结作用，形成团粒，大大提高砒砂岩整体的抗侵蚀能力，同时团粒由内到外都有植物生长必需的营养成分和保水能力，提高植生性能，将其用于受侵蚀严重的土壤表面，不易因风吹、水蚀等外界作用而移动，大大提高侵蚀和植生性，从根本上防治砒砂岩水土流失。

附图说明

图1为本发明风化粉状砒砂岩造粒流程示意图；

图2为本发明风化粉状砒砂岩两次造粒形成团粒过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明风化粉状砒砂岩造粒流程示意图；图2为本发明风化粉状砒砂岩两次造粒形成团粒过程示意图。

请参见图1和图2，本发明提供的风化粉状砒砂岩造粒方法包括两次混合造粒过程，具体步骤如下：

步骤1：将采集的风化后粉状砒砂岩(含水率60-70％)用中性硅溶胶改性处理，搅拌均匀，得到混合物A；

步骤2：掺入无机/有机固化材和必要的养分(或水溶液)，搅拌均匀；

步骤3：养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得一次砒砂岩颗粒，完成第一次造粒；

步骤4：将一次砒砂岩颗粒再用相同的方法，先用中性硅溶胶改性处理，搅拌均匀，得到混合物B；

步骤5：掺入无机/有机固化材和必要的养分(或水溶液)，搅拌均匀；

步骤6：养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得二次砒砂岩颗粒，完成第二次造粒。

本发明的造粒方法的两次混合造粒对粒径有要求，第一次造粒过程中，团粒的粒径是0.5-5mm，最好是1-3mm。粒径如果太小，致使最后改良砒砂岩的颗粒粒径，较小，抗侵蚀能力也降低，但如果粒径太大，造粒之间的孔隙较大，水分渗透或挥发速度加快，储存水的能力下降，不利于植物的生长。同时经过两次造粒过程有可以使造粒颗粒呈立体结构，大颗粒内包含小颗粒，并且营养成分由内而外，可以缓慢释放，供植物生长必需。

所述的硅溶胶为中性硅溶胶，pH6.5-8，浓度为20-30％，中性环境适合植物生长，酸性或者碱性均不利于植物生长。第一次造粒过程中中性硅溶胶使用量按砒砂岩1m3计算为100-150kg，最好为120-140kg，这个用量既可以把粉状砒砂岩微小颗粒粘结起来，形成细小团粒(粒径是0.5-5mm，最好是1-3mm)，不至于外力作用下松散，又不至于硬度太大，不利于粉碎。当用量低于100kg/m³时，由于用量太少，不能有效地起到粘结砒砂岩颗粒的作用，进而形成团粒容易松散。而当用量大于150kg/m³时，形成团里硬度较大，不利于粉碎，形成颗粒粒径太大，也不利于后面营养成分的包裹。第二次造粒过程中中性硅溶胶的使用量按砒砂岩1m³计算为50-100kg，最好为60-80kg，这个用量既可以把细小的团粒粘结起来，形成更大的，抗侵蚀能力更强的团粒(粒径是1-5cm，最好是2-4cm)，不至于外力作用下松散，又不至于硬度太大，不利于粉碎。当用量低于50kg/m³时，由于用量太少，不能有效地起到粘结粘土颗粒的作用，进而形成团粒容易松散。而当用量大于100kg/m³时，形成团里硬度较大，不利于粉碎，形成颗粒粒径太大，也不利于后面营养成分的包裹，从而降低其植生性能。

步骤2和步骤5中的固化材优选无机固化材和有机固化材的混合物，无机固化材、有机固化材通过协同作用，可以大大提高风化砒砂岩改良颗粒的力学性能和粘弹性。两者的比例是1/99至50/50，最好是10/90至30/70，随着有机固化材用量的增多，颗粒硬度下降，但是韧性提高，容易变形，因而抗侵蚀性下降；随着无机固化材用量的增多，颗粒硬度提高，但是保水保温保肥性下降，因而植生性下降。所述无机固化材按如下质量百分比组成：KCl(20-50％)、MgCl₂(15-40％)、Al₂(S0₄)₃(5-10％)、CaSO₄(1-5％)、MgO(1-5％)、Na₂S0₄(5-10％)，通过无机质与粘土颗粒表面有很好的粘结性，将颗粒包裹起来，主要用于包裹经中性硅溶胶改性处理的一次造粒和二次造粒，增强其力学性和抗侵蚀性，同时将营养成分包裹进去。所述的有机固化材料是一种亲水性聚氨酯树脂(W-OH)，遇水均匀乳化分散，1～20分钟快速固化，形成保水性好的弹性凝胶体，该凝胶体与砒砂岩颗粒有很好粘结性，可以将松散的砒砂岩颗粒连接成一个整体，提高风化砒砂岩的整体抗侵蚀性、保水、保温、保肥、保墒性，适合植生生长。

第一次造粒过程中无机/有机固化材的使用量按粉状砒砂岩1m³计算为0.5-0.8kg，最好为0.5-0.6kg；第二次造粒过程中无机/有机固化材的使用量按粉状砒砂岩1m³计算为0.8-1.2kg，最好为0.9-1.0kg；如果固化材用量太大，一是成本增加，二是粘土颗粒粒径太大，包裹层太厚，不利于营养成分的释放和保存水分，但如果太少，又不足以充分包裹团粒，形成颗粒力学性和抗侵蚀性下降，营养成分也没有被完全包裹，植生能力也下降。

所述的粘土造粒新方法需要经过两次养护和粉碎，为第一次造粒过程中熟化养护时间是24-48小时，第二次造粒过程中熟化养护的时间是7-10天，经过该方法处理的砒砂岩团粒具有适当的粒径和抗侵蚀植生性能，养护时间过短则强度和抗侵蚀性下降，养护时间过长又引起造粒周期延长。

实施例1

砒砂岩土样取自内蒙古自治区准格尔旗沙圪堵砒砂岩水土流失严重区；将土样风干至恒重，筛选颗粒粒径小于0.5mm的，待用；

取1m³土样添加140kg中性硅溶胶(浓度25％，pH7.2)，搅拌均匀；加入无机/有机固化材0.5kg和农用复合肥0.6kg，无机/有机固化材的质量百分比组成是KCl(50％)、MgCl₂(30％)、Al₂(S0₄)₃(7％)、CaSO₄(3％)、MgO(2％)、Na₂SO₄(8％)的无机固化材0.1kg和W-OH有机固化材(江苏杰成凯新材料科技有限公司生产，一种改性亲水性聚氨酯树脂)0.4kg，搅拌均匀，养护熟化24小时，土壤粉碎机粉碎至粒径为0.5-5mm，完成一次造粒；以上述相同的方法处理一次造粒，首先加入中性硅溶胶60kg，搅拌均匀，再加入无机/有机固化材1kg和农用复合肥0.6kg，搅拌均匀，固化，养护熟化1周，再用土壤粉碎机粉碎至粒径为1-5cm得到二次砒砂岩颗粒。

比较例1

土样与实施例1相同。

取1m³土样添加200kg中性硅溶胶，搅拌均匀；加入无机/有机固化材1.5kg和农用复合肥1.2kg，无机/有机固化材的质量百分比组成是KCl(50％)、MgCl₂(30％)、Al₂(SO₄)₃(7％)、CaSO₄(3％)、MgO(2％)、Na₂SO₄(8％)的无机固化材0.3kg和W-OH有机固化材(江苏杰成凯新材料科技有限公司生产，一种改性亲水性聚氨酯树脂)1.2kg，搅拌均匀，养护熟化24小时，土壤粉碎机粉碎至粒径为0.5-5mm。

比较例2

比较例1同样的方法，只是养护熟化时间为1周，土壤粉碎机粉碎至粒径为1-5cm。

比较例3

土样与实施例1相同

取1m3土样添加140kg中性硅溶胶，搅拌均匀；加入无机固化材0.5kg和农用复合肥0.6kg，无机固化材的质量百分比组成是KCl(50％)、MgCl₂(30％)、Al₂(SO₄)₃(7％)、CaSO₄(3％)、MgO(2％)、Na₂SO₄(8％)的无机固化材，搅拌均匀，养护熟化24小时，土壤粉碎机粉碎至粒径为0.5-5mm；以上述相同的方法处理粉碎颗粒，首先加入中性硅溶胶60kg，搅拌均匀，再加入无机固化材1kg和农用复合肥0.6kg，搅拌均匀，固化，养护熟化1周，再用土壤粉碎机粉碎至粒径为1-5cm。

比较例4

比较例3同样的方法，只是用W-OH有机固化材料替换无机固化材料。

将实施例1和比较例1-4以及未做任何处理的土样装入吐槽中，编号1-6，表层播撒寒地型(Festuca arundinaced schreber)和暖地型(Axonopus affinis chase)草种(比例为1∶1，播撒量为5kg/亩)，编号为6的土样再在表层施用农用复合肥，施用量为10kg/亩。

1)试验土槽采用铁板制作，底部带有孔眼，土槽尺寸为100cm x60cm x25cm。土槽底部铺设一层粗纺布和5ccm厚的粗砂；

2)降雨采用室内降雨模拟器，采用蒸馏水，以20mm/h的降雨强度模拟降雨，坡度15度，试验中记录产流随时间的变化，即每隔30min接取1次浑水径流样，试验时间为6小时。收集从土样中径流和入渗的流失雨水，确定土壤侵蚀情况；

3)上述降雨侵蚀模拟后的土样，在自然条件下静置，观察植物生长情况，观察期为60天。试验结果如下表所示：

综上所述，本发明提供的风化粉状砒砂岩造粒方法，通过两次造粒处理形成团粒，大大提高砒砂岩颗粒之间的粘结作用和砒砂岩整体的抗侵蚀能力，具体优点如下：1)通过对微小砒砂岩颗粒造粒改良形成较大的团粒，力学性能较好，大大提高砒砂岩自身的抗侵蚀性；2)改良后的砒砂岩颗粒有内而外包含植物生长的必要营养成分，可以缓慢释放，供植物生长，从而提高土壤的植生性；3)改良所用的固化材料中含有改性亲水性聚氨酯材料，在团粒表面形成一层有较好保水效果的保水层，延缓水分蒸发，供植物生长；4)经过两次造粒过程，提高了砒砂岩颗粒的结构性和层次性，大颗粒由小颗粒组成，发挥优异的抗侵蚀和植生性。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种风化粉状砒砂岩造粒方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)将采集的粉状砒砂岩用硅溶胶处理，搅拌均匀，得到混合物A，所述粉状砒砂岩含水质量百分比为60-70％，每立方米砒砂岩中硅溶胶的使用量为100-150kg，所述硅溶胶的pH为6.5-8，固含量为20-30％；

b)掺入固化材和养分，搅拌均匀，所述固化材为无机固化材和有机固化材的混合物，且无机固化材、有机固化材的质量百分比为1/99～50/50，每立方米砒砂岩中固化材的使用量为0.5-0.8kg，所述养分为农用复合肥，每立方米砒砂岩中农用复合肥的使用量为0.5-0.6kg，固化材和养分直接与砒砂岩搅拌混合或者先溶解于水，再与砒砂岩搅拌混合；

c)养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得一次砒砂岩颗粒，完成第一次造粒，第一次造粒过程中熟化养护的时间为24-48小时，所述第一次造粒得到的一次砒砂岩颗粒的粒径范围为0.5-5mm；

d)将一次砒砂岩颗粒A再用硅溶胶处理，搅拌均匀，得到混合物B，每立方米砒砂岩中硅溶胶的使用量为50-100kg，所述硅溶胶的pH为6.5-8，固含量为20-30％；

e)掺入固化材和养分，搅拌均匀，所述固化材为无机固化材和有机固化材的混合物，且无机固化材、有机固化材的质量百分比为1/99～50/50，每立方米砒沙岩中固化材的使用量为0.8-1.2kg，所述养分为农用复合肥，每立方米砒砂岩中农用复合肥的使用量为0.5-0.6kg，固化材和养分直接与砒砂岩搅拌混合或者先溶解于水，再与砒砂岩搅拌混合；

f)养护熟化，再用土壤粉碎机粉碎制得二次砒砂岩颗粒，完成第二次造粒，第二次造粒过程中熟化养护的时间为7-10天，所述第二次造粒得到的二次砒砂岩颗粒的粒径范围为1-5cm。

2.如权利要求1所述的风化粉状砒砂岩造粒方法，其特征在于，所述有机固化材为改性亲水性聚氨酯树脂。