CN106278725A - 含有硼泥的综合性土壤改良剂及其制备工艺和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有硼泥的综合性土壤改良剂及其制备工艺和应用，该土壤改良剂包括以下质量份数的原料成份：原料A 40～45份、原料B 15～20份、氧化锌2份、石灰石10～12份、腐植酸6份、强效颗粒粘结剂15～20份；其中：原料A是硼泥和粉煤灰活化处理后的产物；原料B是硫酸镁废渣活化处理后的产物。该土壤改良剂是将硼泥、粉煤灰和硫酸镁废渣经过综合处理后的再利用，其崩解性能好，能够治理酸性和板结的土壤，增强肥力，交通运输和包装使用更加方便，无粉尘污染。该制备工艺步骤包括废渣处理、原料混合、圆盘造粒，还包括防粘结处理。该制备工艺简单，设备投资少，生产效率高，产出率高，生产成本低，经济效益显著。

Description

含有硼泥的综合性土壤改良剂及其制备工艺和应用
技术领域
本发明涉及土壤改良剂技术领域，尤其是涉及一种含有硼泥的综合性土壤改良剂及其制备工艺和应用。
背景技术
硼是一种用途非常广泛的非金属元素，其应用范围覆盖了冶金、制药、搪瓷、油漆、日用化工、农业及国防尖端工业等方面。目前硼资源在世界范围内已经变得不可缺少，但其分布却非常分散，大部分集中在美国和土耳其，其产量约占世界产量的90％。我国目前可以利用的硼资源主要集中在辽东地区和青藏高原，而青藏高原硼矿地处边远地区，交通不便，所以辽东地区就成为了我国硼矿的主产区，占到国内需求的90％以上。
目前，用硼矿作为原料生产硼砂的方法主要有加压碱解法和碳碱法两种。无论何种生产方式均会产生废渣，也就是本发明中提到的硼泥。因为含硼矿石的产地及形成原因不同，所以各个硼砂厂家的硼泥化学组成也不尽相同。其中主要化学组成为MgO和SiO2，并含有一定量的Fe2O3、B2O3，以及少量的CaO、AL2O3等其它物质。
菱镁矿是一种碳酸镁矿物，是目前世界上镁元素的主要来源。未经处理过的菱镁矿并不具备太多的应用价值，通常经过高温煅烧之后才可以使用。
世界上菱镁矿资源最丰富的国家是朝鲜，其次是中国。大约每年世界产量的1/2由中国提供，因此在世界菱镁矿市场上，我国占有举足轻重的地位。我国菱镁矿资源分布比较集中，其中辽宁地区储量最为丰富，各种大小厂家也是星罗棋布。
将菱镁矿经过合适的温度煅烧就可以得到轻烧氧化镁，然后将之与硫酸进行反应，经过压滤、结晶、烘干，最后得到含不同结晶水的硫酸镁系列产品。但硫酸镁生产厂家在生产硫酸镁的同时，也会产生含有氧化镁和二氧化硅的废渣，我们称之为硫酸镁废渣。
同样因为原料及处理方式的不同，各个硫酸镁生产厂家所产生硫酸镁生产废渣的化学组成也不尽相同。其中主要化学成分为MgO、SiO2、MgSO4，同时还含有Ca、Fe、Mn、Zn等多种元素。
粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，是煤炭燃烧后的剩余的固体物质。大量的粉煤灰不予处理，就会污染环境和大气，即使妥善处理后堆积也会占用有限土地资源。因为煤炭品质的不同，所以粉煤灰的化学组成也不相同，主要包含SiO2、Fe2O3、CaO等。我们对粉煤灰的化学成分进行研究，发现其中活性二氧化硅含量高达20％～28％，将之用于土壤改良，能起到非常好的作用。
将菱镁矿煅烧需要烧煤，因此会产生粉煤灰。煅烧后得到轻烧氧化镁用于制造硫酸镁，因此会产生硫酸镁生产废渣。同时又因为辽东地区是我国的硼资源主产区，因此上述三种废渣同时出现辽东地区。
硼泥、粉煤灰、硫酸镁废渣的大量堆积，既占用了有限的土地资源，又在一定程度上对环境构成了威胁，甚至已经严重污染了当地的环境。虽然，目前已经有很多人对这三种废渣进行了研究，更是根据每一种废渣的特点加以处理，然后应用于不同的领域。但将这三种废渣处理并应用到一起的研究和报道却很少。尤其是将硫酸镁废渣与硼泥和粉煤灰一起进行处理研究，并制造成产品的报道几乎看不到。
如何实现硫酸镁废渣与硼泥和粉煤灰这三种固废物的回收利用，变废为宝，如何改善酸碱土壤和治理土壤板结，如何提高土壤的肥料利用率和土壤肥力，以及现有土壤改良剂存在的不具备崩解性，硬度低、易结块，以及包装、使用和交通运输中的粉尘污染等问题，均成为当前必需解决的难题。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种含有硼泥的综合性土壤改良剂，其是将硼泥、硫酸镁生产废渣和粉煤灰这三种废弃物经过综合处理后的再利用；该土壤改良剂具备良好的崩解性能，能够治理板结和酸化的土壤，提高肥料的利用率，增强肥力；不需要烘干，产品颗粒的平均硬度能够达到90N以上，满足飞机喷洒施肥时无粉尘污染要求，包装、使用和交通运输更加方便。
为了解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种含有硼泥的综合性土壤改良剂，包括以下质量份数的原料成份：原料A 40～45份、原料B 15～20份、氧化锌2份、石灰石10～12份、腐植酸6份、强效颗粒粘结剂15～20份；其中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化处理后的产物；原料B，是硫酸镁废渣活化处理后的产物。
所述强效颗粒粘结剂，是指无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其能够将硼泥、硫酸镁生产废渣和粉煤灰等工业固废物进行综合处理后再利用，并制造成土壤改良剂，该工艺简单，设备投资少，生产效率高，产出率高，生产成本低，所制造的颗粒硬度高，包装、使用和交通运输无粉尘污染，经济效益显著。
为了解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是：
含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，包括以下工艺步骤：
(1)废渣处理：包括硼泥和粉煤灰活化处理、硫酸镁废渣活化处理；其中：硼泥和粉煤灰活化处理后形成原料A；硫酸镁废渣活化处理后形成原料B；
(2)原料混合：按照以下质量份数的比例进行原料混合，形成原料C；
原料A 40～45份、原料B 15～20份、氧化锌2份、石灰石10～12份、腐植酸6份、强效颗粒粘结剂15～20份；
(3)圆盘造粒：将原料C由绞笼输送至圆盘中，喷液造粒，在造粒过程中伴有放热现象，尺寸合格的颗粒经过筛分后堆积熟化，颗粒硬度也明显增加；造粒时所喷溶液为液体粘结剂。
所述步骤(1)中的硼泥和粉煤灰活化处理方法如下：将500kg硼泥投入到强制搅拌机中，并加入100kg水，开动搅拌后分批加入粉煤灰300kg，然后缓慢加入300～320kg浓硫酸；反应过程剧烈、产生大量水汽，搅拌20～30分钟后，将产物放出，堆放继续熟化反应；经过24～48小时，即可进行雷蒙粉碎处理，得到粉末产物，称之为原料A。
所述步骤(1)中的硫酸镁废渣活化处理方法如下：将硫酸镁废渣500kg和50kg轻烧氧化镁投入到强制搅拌机中，开动搅拌至搅拌均匀后，缓慢加入150kg浓硫酸；反应过程剧烈、产生大量水汽，搅拌15～25分钟后，将产物放出，将其堆放继续熟化反应；经过36～48小时，即可进行雷蒙粉碎处理，得到粉末产物，称之为原料B。
所述步骤(2)中的强效颗粒粘结剂，是无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
所述步骤(3)中的液体粘结剂为2％浓度的羧甲基纤维素溶液，其用量为圆盘造粒所用粉末物料总量的10～15％。
还包括步骤(4)：使用生石灰进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的1％～2％。
还包括步骤(4)：喷涂植物油进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的0.3‰～1‰。
所述步骤(3)中，从颗粒堆积开始，需要3～5天，颗粒硬度即可达到40N以上，满足于包装、普通运输和普通使用要求。
所述步骤(3)中，从颗粒堆积开始，经过8～12天，颗粒的平均硬度即可达到90N以上，满足于飞机喷施肥料的硬度要求。
本发明所要解决的第三个技术问题是含有硼泥的综合性土壤改良剂，在改良酸性土质、治理易板结土壤结构和肥料方面的应用。
本发明与已有技术相比，具有以下优点和积极效果：
结合到硼元素对植物健康生长的重要性和全世界范围内土壤中硼元素的普遍缺乏，本发明的一大亮点是设计了一种将硼泥、硫酸镁生产废渣和粉煤灰这三种废渣进行综合处理的工艺方法，能够将上述三种固废物的价值充分利用起来，并制造成土壤改良剂，用以治理板结和酸化的土壤，实现了变废为宝，促进了经济的循环发展。
本发明土壤改良剂除含有硼泥、硫酸镁生产废渣和粉煤灰这三种废渣之外，同时还添加氧化锌、轻烧氧化镁、石灰石、腐植酸和强效颗粒粘结剂等成分。用本方法制造的土壤改良剂颗粒，含有水溶性氧化镁和枸溶性氧化镁，活性二氧化硅，水溶性硼、腐植酸等物质，同时还含有S、Zn、Fe、Mn、C等元素。
其中，Mg是植物生长的“生命元素”。植物的生长和叶绿素的合成都离不开镁元素，水溶性镁和枸溶性镁能够分别在短期和长期对植物进行镁元素的供给，促进植物健康生长。
Si是植物生长的必需元素。世界上已经将硅肥作为氮磷钾之后的第四大肥料。硅元素虽然以各种形态存在于土壤中，但能够被植物高效吸收率用的活性硅却非常少。本土壤改良剂中含有的活性硅能够在一定程度上抑制病虫害，提高植物的抗逆性，提高产量。
S是构成蛋白质和酶不可缺少的成分，含有硫的肥料可以促进植物的呼吸作用，促进叶绿素的形成。
Fe虽然在植物体内含量甚微，但在植物生长发育中起着非常重要的作用。原因是肥料中的铁，可以参与植物体内各种具有生理性铁蛋白的形成，具体表现在铁能够直接或间接参与光合、呼吸和固氮作用等。
B是植物生长所需的元素，它可以降低或抑制部分病虫害的发生，同时促进植物健康生长，提升作物产品的外观和品质。
Zn是植物生长促进元素，缺锌后植物会生长停滞，同时锌还是植物体内酶的金属活化剂，能够促进光合作用中二氧化碳的固定，因此锌对碳水化合物的形成非常重要。
Mn在植物体内的功能很多，多数起到活化剂和类似催化剂的作用。植物如果缺锰，就是出现叶绿体膜结构遭到破坏的状况，最终出现失绿变黄的现象。
同时，本土壤改良剂中的碱性物质，可以中和土壤中的活性酸和潜性酸，有效地降低酸性土壤的酸度；腐植酸可以减少土壤对可溶性磷肥的固定，从而提高磷肥利用率，增强肥力，改良土壤结构。
此外，本发明土壤改良剂的另外一大亮点就是经过多次配方调整之后，向其中加入自己研制的强效颗粒粘结剂，使得圆盘所造颗粒的硬度有所增加，不需要烘干，从颗粒堆积开始需要3～5天，颗粒硬度即可达到40N以上，满足于包装、普通运输和普通使用要求；经过8～12天，颗粒的平均硬度即可达到90N以上，满足于飞机喷施肥料的硬度要求。既降低了生产成本，又避免了包装、使用和交通运输过程中肥料粉尘对环境的污染，因此适用范围更广，尤其适用于对肥料中粉尘比例要求高的客户。
另外，为了防止肥料颗粒结块，可以使用生石灰或者喷涂植物油进行颗粒表面防粘结处理。
本发明所制造的土壤改良剂颗粒具备良好的崩解性能，其在水中崩解速度较快。其在水中的崩解性，经过18个月之后，仍然非常良好。但随着颗粒存放时间的增加，其在水中的崩解时间也相应增加。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步地详细说明：
1、废渣处理
(1)原料检测：原料检测结果见表1。
表1：原料检测结果
原料检测是为了精确地获得各原料中元素的种类和含量。依据不同配方中不同元素要求，来选用物料。依据配方要求和原料的已有元素，再选其他元素的物料。
从表1可以看出，硼泥、硫酸镁废渣和粉煤灰中都含有多种对作物生长有益的元素，包含前面介绍过的硅、钙、镁、硼、锌、铁、锰等。
说明：表1中硼泥、粉煤灰和硫酸镁废渣的检测结果均为烘干后的检测值，但100℃烘干2h的水分含量为未经过烘干处理的检测值。
(2)废渣活化处理
硼泥和粉煤灰活化处理：将500kg硼泥投入到强制搅拌机中，并加入100kg水，开动搅拌后分批加入粉煤灰300kg，然后缓慢加入300～320kg浓硫酸。反应过程剧烈、产生大量水汽，搅拌20～30分钟后，将产物放出，堆放继续熟化反应。经过24～48小时，即可进行雷蒙粉碎处理，得到粉末产物，称之为原料A。
硫酸镁废渣活化处理：将硫酸镁废渣500kg和50kg轻烧氧化镁投入到强制搅拌机中，开动搅拌至搅拌均匀后，缓慢加入150kg浓硫酸。反应过程剧烈、产生大量水汽，搅拌15～25分钟后，将产物放出，将其堆放继续熟化反应。经过36～48小时，即可进行雷蒙粉碎处理，得到粉末产物，称之为原料B。
2、原料混合
表2：各原料混合比例质量份数表
表2中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化处理后的产物。原料B，是硫酸镁废渣活化处理后的产物。强效颗粒粘结剂，是指无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
将原料A、原料B、氧化锌、石灰石、腐植酸和强效颗粒粘结剂，按照表2中的比例加入到混料机中，进行充分混合。混合的均匀程度检测采用“外加元素法”，即在混料机中加入一定量的含有其它元素的物质，混合一段时间后，多点取样并检测该元素的含量。若混合均匀则各点的检测值应比较接近，否则，仍需继续混合，直到混合均匀为止。通过对表2中所有原料进行钾元素含量检测，发现其中的钾元素含量均非常低，可以忽略，于是本发明中混料均匀程度的检测采用的外加物质是硫酸钾。当然也可以采用其它外加物质。混合均匀后的物料，称之为原料C。
3、圆盘造粒
将原料C由绞笼输送至圆盘中，喷液造粒，造粒过程中有放热现象。尺寸合格的颗粒经过筛分后堆积熟化，颗粒硬度也明显增加。另外，尺寸不合格的颗粒数量很少，可以再返回到圆盘中重新造粒。
从颗粒堆积开始，需要3～5天，颗粒硬度即可达到40N以上，满足于包装、普通运输和普通使用要求。从颗粒堆积开始，经过8～12天，颗粒的平均硬度即可达到90N以上，满足于飞机喷施肥料的硬度要求。
为了提高成品颗粒的后期硬度，以便于交通运输，同时降低在运输及使用过程中的粉尘，圆盘造粒所选用的溶液为液体粘结剂。该液体粘结剂为2％浓度的羧甲基纤维素溶液，其用量为圆盘造粒所用粉末物料总量的10～15％。
4、防粘结处理
为了防止颗粒表面因粘结而结块，可以使用生石灰进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的1％～2％；也可以喷涂植物油进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的0.3‰～1‰。
此外，按照本发明的工艺步骤所制造的颗粒，在水中崩解速度较快。具体崩解时间见表3。
表3：颗粒在水中崩解时间表
注：肥料颗粒崩解是指将肥料颗粒放入水中，其在重力、溶解、膨胀等单个或多种因素作用下，在水中松软散开的现象。若肥料颗粒在水中无法松软散开，则不具备崩解性能，可能会因此而影响其使用效果。
从表3可以看出，按照本发明工艺步骤所制造的颗粒具备良好的崩解性能，其在水中的崩解性，经过18个月之后，仍然非常良好。随着颗粒存放时间的增加，其在水中的崩解时间也相应增加。而目前市面上销售的同类产品，大多不具备崩解性。
实施例1
(1)原料混合
将原料A、原料B、氧化锌、石灰石、腐植酸和强效颗粒粘结剂，按照表4中的比例加入到混料机中，混合至均匀。
表4：实施例1的原料比例质量份数表
表4中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化处理后的产物。原料B，是硫酸镁废渣活化处理后的产物。强效颗粒粘结剂，是指无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
(2)圆盘造粒
将混合均匀的原料由绞笼输送至圆盘中，喷液造粒。经过12天，颗粒的平均硬度达到90N，满足于飞机喷施肥料的硬度要求。
圆盘造粒所用溶液为2％浓度的羧甲基纤维素溶液，其用量为圆盘造粒所用粉末物料总量的10～15％。
(3)防粘结处理
为了防止颗粒表面因粘结而结块，可以使用生石灰进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的1％～2％；也可以喷涂植物油进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的0.3‰～1‰。
实施例2
(1)原料混合
将原料A、原料B、氧化锌、石灰石、腐植酸和强效颗粒粘结剂，按照表5中的比例加入到混料机中，混合至均匀。
表5：实施例2的原料比例质量份数表
表5中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化处理后的产物。原料B，是硫酸镁废渣活化处理后的产物。强效颗粒粘结剂，是指无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
(2)圆盘造粒
将混合均匀的原料由绞笼输送至圆盘中，喷液造粒。经过8天，颗粒的平均硬度达到95N，满足于飞机喷施肥料的硬度要求。
圆盘造粒所用溶液为2％浓度的羧甲基纤维素溶液，其用量为圆盘造粒所用粉末物料总量的10～15％。
(3)防粘结处理
为了防止颗粒表面因粘结而结块，可以使用生石灰进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的1％～2％；也可以喷涂植物油进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的0.3‰～1‰。
实施例3
(1)原料混合
将原料A、原料B、氧化锌、石灰石、腐植酸和强效颗粒粘结剂，按照表6中的比例加入到混料机中，混合至均匀。
表6：实施例3的原料比例质量份数表
表6中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化处理后的产物。原料B，是硫酸镁废渣活化处理后的产物。强效颗粒粘结剂，是指无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
(2)圆盘造粒
将混合均匀的原料由绞笼输送至圆盘中，喷液造粒。经过11天，颗粒的平均硬度达到90N，满足于飞机喷施肥料的硬度要求。
圆盘造粒所用溶液为2％浓度的羧甲基纤维素溶液，其用量为圆盘造粒所用粉末物料总量的10～15％。
(3)防粘结处理
为了防止颗粒表面因粘结而结块，可以使用生石灰进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的1％～2％；也可以喷涂植物油进行颗粒表面防粘结处理，其用量为成品颗粒量的0.3‰～1‰。

Claims (12)

1.一种含有硼泥的综合性土壤改良剂，其特征是：
包括以下质量份数的原料成份：原料A 40～45份、原料B 15～20份、氧化锌2份、石灰石10～12份、腐植酸6份、强效颗粒粘结剂15～20份；其中：
原料A，是硼泥和粉煤灰活化处理后的产物；
原料B，是硫酸镁废渣活化处理后的产物。
2.根据权利要求1所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂，其特征是，所述强效颗粒粘结剂，是无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
3.权利要求1或2所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
(1)废渣处理：包括硼泥和粉煤灰活化处理、硫酸镁废渣活化处理；其中：硼泥和粉煤灰活化处理后形成原料A；硫酸镁废渣活化处理后形成原料B；
(2)原料混合：按照以下质量份数的比例进行原料混合，形成原料C；
原料A 40～45份、原料B 15～20份、氧化锌2份、石灰石10～12份、腐植酸6份、强效颗粒粘结剂15～20份；
(3)圆盘造粒：将原料C由绞笼输送至圆盘中，喷液造粒，在造粒过程中伴有放热现象，尺寸合格的颗粒经过筛分后堆积熟化，颗粒硬度也明显增加；造粒时所喷溶液为液体粘结剂。
4.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，所述步骤(1)中的硼泥和粉煤灰活化处理方法如下：
将500kg硼泥投入到强制搅拌机中，并加入100kg水，开动搅拌后分批加入粉煤灰300kg，然后缓慢加入300～320kg浓硫酸；反应过程剧烈、产生大量水汽，搅拌20～30分钟后，将产物放出，堆放继续熟化反应；经过24～48小时，即可进行雷蒙粉碎处理，得到粉末产物，称之为原料A。
5.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，所述步骤(1)中的硫酸镁废渣活化处理方法如下：
将硫酸镁废渣500kg和50kg轻烧氧化镁投入到强制搅拌机中，开动搅拌至搅拌均匀后，缓慢加入150kg浓硫酸；反应过程剧烈、产生大量水汽，搅拌15～25分钟后，将产物放出，将其堆放继续熟化反应；经过36～48小时，即可进行雷蒙粉碎处理，得到粉末产物，称之为原料B。
6.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，所述步骤(2)中的强效颗粒粘结剂，是无水硫酸镁和无水醋酸镁按照2:3的质量份数比例，充分混合而得到的混合物。
7.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，所述步骤(3)中的液体粘结剂为2％浓度的羧甲基纤维素溶液，其用量为圆盘造粒所用粉末物料总量的10～15％。
8.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，还包括步骤(4)：使用生石灰进行颗粒防结块处理，其用量为成品颗粒量的1％～2％。
9.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，还包括步骤(4)：喷涂植物油进行颗粒防结块处理，其用量为成品颗粒量的0.3‰～1‰。
10.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，所述步骤(3)中，从颗粒堆积开始，需要3～5天，颗粒硬度即可达到40N以上，满足于包装、普通运输和普通使用要求。
11.根据权利要求3所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂的制备工艺，其特征是，所述步骤(3)中，从颗粒堆积开始，经过8～12天，颗粒的平均硬度即可达到90N以上，满足于飞机喷施肥料的硬度要求。
12.权利要求1或2所述的含有硼泥的综合性土壤改良剂，在改良酸性土质、治理易板结土壤结构和肥料方面的应用。
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