CN110100696A - 一种气化细渣种植砂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气化细渣种植砂及其制备方法。该种植砂为粒径大小在0.1‑2mm的球形颗粒，气孔率为50‑65％；采用如下重量份的原料制备而成：气化细渣100份，玻璃粉5‑20份，增塑剂0‑10份，减水剂0.5‑2份，水15‑30份。该种植砂的制备方法为将固态原料按比例倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；将混合料倒入陶砂高速造粒机中，并按比例加入水，进行高速造粒、烘干、筛分、烧结工艺得到种植砂，再将种植砂在专用营养液中浸泡、烘干，得到营养种植砂。本发明的气化细渣种植砂，以气化细渣为主要原料，为气化细渣提供了有效的回收利用途径；种植砂富含均匀多孔结构，保水保肥性能较好，保水率达60‑65％，同时强度较高，28Mpa的筒压强度下破碎率在25％以下，可充分满足植物生长需求。

Description

一种气化细渣种植砂及其制备方法
技术领域
本发明涉及种植砂领域，尤其涉及一种气化细渣种植砂及其制备方法。
背景技术
种植砂是一种新型的种植基质，包含多孔结构，具有一定的保水保肥功能，可用于种植农作物、改善土壤、沙漠治理、矿山修复。
近些年来，我国煤化工行业耗煤量巨大并仍然处于快速增长阶段，同时煤气化技术作为煤化工领域的先导与核心技术也得到了迅猛发展。在煤气化过程中产生大量细渣，而气化细渣的运输、存放和出路一直困扰着企业，目前只有少部分煤气化细渣作为建材辅料或动力掺烧等被低端利用，大部分只能长期堆放，不仅占用大量土地，而且气化细渣渗滤液会对土壤和水体造成严重污染。因此，气化细渣的高效回用成为众多煤气化技术面临的难点之一。
煤气化细渣由于存在于气化装置产生的气化黑水中，具有灰分高、热值低的特点，但含碳约15-40wt％，且含大量硅铝成分，孔隙较发达，可用于制备种植砂或陶粒。公开号为CN102372496A的专利提供了一种制造气化炉渣陶粒的材料配方及其陶粒生产方法，利用气化炉渣中高含量的残留炭具有的吸附性质来提高陶粒的吸附性能；但制得的陶粒孔隙较小，保水含水效果较差。而关于利用气化细渣制备种植砂的方案，现有技术中还并未发现相关记载。因此，提供一种孔隙率大、强度高的利用气化细渣制备的种植砂及其制备方法，是本领域技术人员亟待解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用气化细渣制备的种植砂及其制备方法，一方面使得气化细渣可实现有效利用，另一方面制备得到具有多孔结构的种植砂。
本发明采用以下技术方案：
一种气化细渣种植砂，该种植砂为粒径大小在0.1-2mm的球形颗粒，种植砂的气孔率为50-65％；种植砂采用如下重量份的原料制备而成：气化细渣100份，玻璃粉5-20份，增塑剂0-10份，减水剂0.5-2份，水15-30份。
进一步的，种植砂的原料还包括微量矿物，微量矿物包含特定植物所需的元素。通过向种植砂原料中添加微量矿物，有利于满足植物的生长需求。表1为CJ/T340-2016《绿化种植土壤》中对于各种组分的相关要求，向种植砂中添加的微量矿物，参考该表中包含元素种类及含量。
表1绿化种植土壤中各组分的种类及含量
项目 结果
镁mg/kg 580
钙mg/kg 609
铬mg/kg 143
锰mg/kg 770
铁mg/kg 500
锌mg/kg 81.4
砷mg/kg 11.7
铜mg/kg 47.4
铅mg/kg 40.8
镍mg/kg 66.4
镉mg/kg 0.099
汞mg/kg 0.009
钼mg/kg 1508
有效成硅mg/kg 824
有效硼mg/kg 1.79
氯化物mg/kg 38.7
全硫g/kg 4.76
六六六mg/kg ＜1.0×10<sup>-3</sup>
DDT mg/kg ＜1.0×10<sup>-3</sup>
进一步的，玻璃粉的粒度小于20μm，气化细渣的粒度小于100μm。
进一步的，增塑剂为煅烧高岭土、膨润土、白泥、球土、黑泥中的一种或几种。
进一步的，减水剂为木质素磺酸盐类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类中的一种或几种。
本发明还提供一种气化细渣种植砂的制备方法，包括如下步骤：(1)将气化细渣100份、玻璃粉5-20份、增塑剂0-10份、减水剂0.5-2份倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；(2)将步骤(1)中的混合料倒入陶砂高速造粒机中，并加入15-30份的水，在21-49m/s的速度下造粒；(3)将步骤(2)中造好的粒在50-120℃下烘干干燥；(4)将步骤(3)中烘干后颗粒经筛分处理后，按一定的烧成制度烧结得到种植砂；(5)将步骤(4)得到的种植砂在专用营养液中浸泡、烘干，得到营养种植砂。
进一步的，步骤(4)中的烧成制度为：以20-40℃/min升温至600℃，再以10-30℃/min升温至700-900℃，并保温10-30min。
进一步的，步骤(5)中种植砂在专用营养液中的浸泡时间为1-3h，烘干温度为80-120℃。
气化细渣种植砂的制备过程中烧成制度的设置，是由于气化渣在600-900℃排炭，因此相对的升温速度要慢，同时在700-900℃下保温一段时间，有利于将炭排除干净，使得种植砂具有更高的孔隙率。同时玻璃粉和气化细渣原料粒度要求越细越好，尤其是玻璃粉的粒度在20μm以下，是因为在600-900℃气化细渣中炭排除后留下很多孔隙，而在此温度下，玻璃粉微熔，将气化细渣颗粒粘结在一起，有利于提高种植砂的强度，且由于玻璃粉在此温度范围内只是微熔，液相流动性差，因此可将气化细渣粘结提高强度且不破坏种植砂的孔结构。
本发明的气化细渣种植砂及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)本发明的气化细渣种植砂，以气化细渣为主要原料，为气化细渣提供了有效的回收利用途径，同时也降低了种植砂的原料成本；种植砂富含均匀多孔结构，保水保肥性能较好，保水率达60-65％，同时能够获得较高强度，28Mpa的筒压强度下破碎率在20％以下；种植砂中富含植物生长所需的微量元素，将其用作植物栽培基质，植物生长情况要优于在普通土壤条件下的生长情况，因此本发明的种植砂，可充分满足植物生长需求，并广泛应用于无土栽培基质、普通种植材料、沙漠治理等领域。
(2)本发明的气化细渣种植砂，选用粒度极细的玻璃粉为原料，结合烧成制度，在600-900℃下微熔，将气化细渣颗粒粘结在一起，提高了种植砂的强度，与传统的利用高温烧结来提高强度的方法相比，大大降低了烧成温度，节约成本。
(3)本发明的气化细渣种植砂的制备方法，通过将种植砂在专用营养液中浸泡烘干处理，使得种植砂中富含植物生长需要的营养元素，并可根据种植的植物选取特定的营养液，使得制得的种植砂更好的满足植物生长需求。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种气化细渣种植砂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将气化细渣100份、玻璃粉5份、膨润土10份、木质素磺酸钠1份倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料倒入陶砂高速造粒机中，并加入25份的水，在21m/s的速度下造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒在70℃下烘干干燥；
(4)将步骤(3)中烘干后颗粒经筛分处理后，按以下烧成制度烧结得到种植砂：以40℃/min升温至600℃，再以30℃/min升温至900℃，并保温20min；
(5)将步骤(4)得到的种植砂在专用营养液中浸泡1h、在120℃下烘干，得到营养种植砂。
本实施例中制得的种植砂为粒径大小在0.5-1.8mm的球形颗粒，种植砂在28Mpa的筒压强度下破碎率为20％，保水率为62％。
实施例2
一种气化细渣种植砂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将气化细渣100份、玻璃粉10份、高岭土5份、聚羧酸减水剂1.5份倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料倒入陶砂高速造粒机中，并加入20份的水，在30m/s的速度下造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒在100℃下烘干干燥；
(4)将步骤(3)中烘干后颗粒经筛分处理后，按以下烧成制度烧结得到种植砂：以30℃/min升温至600℃，再以10℃/min升温至850℃，并保温30min；
(5)将步骤(4)得到的种植砂在专用营养液中浸泡3h、在80℃下烘干，得到营养种植砂。
本实施例中制得的种植砂为粒径大小在0.5-1.5mm的球形颗粒，种植砂在28Mpa的筒压强度下破碎率为19％，保水率为60％。
实施例3
一种气化细渣种植砂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将气化细渣100份、玻璃粉15份、萘系高效减水剂0.5份倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料倒入陶砂高速造粒机中，并加入30份的水，在35m/s的速度下造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒在120℃下烘干干燥；
(4)将步骤(3)中烘干后颗粒经筛分处理后，按以下烧成制度烧结得到种植砂：以30℃/min升温至600℃，再以20℃/min升温至800℃，并保温30min；
(5)将步骤(4)得到的种植砂在专用营养液中浸泡2h、在100℃下烘干，得到营养种植砂。
本实施例中制得的种植砂为粒径大小在0.8-2mm的球形颗粒，种植砂在28Mpa的筒压强度下破碎率为17％，保水率为60％。
实施例4
一种气化细渣种植砂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将气化细渣100份、玻璃粉20份、白泥10份、脂肪酸系高效减水剂2份倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料倒入陶砂高速造粒机中，并加入15份的水，在40m/s的速度下造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒在80℃下烘干干燥；
(4)将步骤(3)中烘干后颗粒经筛分处理后，按以下烧成制度烧结得到种植砂：以20℃/min升温至600℃，再以10℃/min升温至700℃，并保温30min；
(5)将步骤(4)得到的种植砂在专用营养液中浸泡1h、在120℃下烘干，得到营养种植砂。
本实施例中制得的种植砂为粒径大小在0.1-1mm的球形颗粒，种植砂在28Mpa的筒压强度下破碎率为15％，保水率为59％。
实施例5
一种气化细渣种植砂的制备方法，包括如下步骤：
(1)将气化细渣100份、玻璃粉18份、球土6份、氨基磺酸盐系高效减水剂1.2份倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料倒入陶砂高速造粒机中，并加入25份的水，在49m/s的速度下造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒在50℃下烘干干燥；
(4)将步骤(3)中烘干后颗粒经筛分处理后，按以下烧成制度烧结得到种植砂：以30℃/min升温至600℃，再以15℃/min升温至900℃，并保温10min；
(5)将步骤(4)得到的种植砂在专用营养液中浸泡1h、在120℃下烘干，得到营养种植砂。
本实施例中制得的种植砂为粒径大小在1.2-2mm的球形颗粒，种植砂在28Mpa的筒压强度下破碎率为18％，保水率为64％。
分别取400mL上述实施例1-5中制备的营养种植砂铺在500mL花盆内，将蒜头插在种植砂中，加入150mL水，观察并记录蒜苗生长情况。
对比例1
(1)称取100份粉煤灰、10份膨润土以及1份木质素硫磺钠，将其在搅拌机中混合均匀待用；
(2)将步骤(1)得到的混合料倒入陶砂造粒机中，并称取20份水倒入造粒机中，在35m/s的速度下造粒；
(3)将造好的粒放入100℃的干燥箱中烘干；
(4)烘干后的粒经以30℃/min升温至600℃，再以4℃/min升温至700℃，最后以20℃/min升温至950℃保温30min后得到种植砂；
(5)取400mL上述制备的种植砂，用同样的营养液浸泡1h，并在120℃烘干，铺在500mL花盆内，将蒜头插在种植砂中，加入150mL水，观察并记录蒜苗生长情况。
对比例2
取400mL土壤用同样的营养液浸泡1h，并在120℃烘干，铺在500mL花盆内，将蒜头插在土壤中，加入150mL水，在相同的环境下观察并记录蒜苗生长情况。
将实施例1-5以及对比例1、对比例2中的蒜苗培育15天后观察株高并记录，同时对实施例1-5及对比例1中的种植砂强度及保水率进行测试，结果如表2所示。
表2性能检测结果
由表2可知，使用本发明的气化细渣种植砂种植的蒜苗，与土壤种植的相比，植物生长状况较好，说明本发明的气化细渣种植砂可作为栽培基质替代土壤种植农作物。且本发明制得的种植砂以极细的玻璃粉为原料，在600-900℃下烧成，通过微熔玻璃粉将气化细渣颗粒粘结，有效提高了种植砂的强度，28MPa强度下的破碎率在20％以下，与其他固体废弃物为原料、未添加玻璃粉制得的种植砂相比，强度有一定程度的提高；且强度提高条件下不破坏种植砂的孔结构，具有较高的保水率，保水率在60-65％左右。同时，本发明以气化细渣为主要原料，由于气化细渣自身含碳，本身可作为造孔剂，在本发明的烧成制度下可将炭排除干净，来提高种植砂的孔隙率。本发明的种植砂为气化细渣提供了有效的回收利用途径，也降低了种植砂的原料成本，并在种植砂中添加微量矿物元素，使得制得的种植砂可充分满足植物生长需求，广泛应用于无土栽培基质、普通种植材料、沙漠治理等领域。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种气化细渣种植砂，其特征在于，所述种植砂为粒径大小在0.1-2mm的球形颗粒，种植砂的气孔率为50-65％；所述种植砂采用如下重量份的原料制备而成：气化细渣100份，玻璃粉5-20份，增塑剂0-10份，减水剂0.5-2份，水15-30份。
2.根据权利要求1所述的气化细渣种植砂，其特征在于，所述种植砂的原料还包括微量矿物，所述微量矿物包含特定植物所需的元素。
3.根据权利要求1所述的气化细渣种植砂，其特征在于，所述玻璃粉的粒度小于20μm，所述气化细渣的粒度小于100μm。
4.根据权利要求1所述的气化细渣种植砂，其特征在于，所述增塑剂为煅烧高岭土、膨润土、白泥、球土、黑泥中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的气化细渣种植砂，其特征在于，所述减水剂为木质素磺酸盐类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类中的一种或几种。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的气化细渣种植砂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将气化细渣100份、玻璃粉5-20份、增塑剂0-10份、减水剂0.5-2份倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将步骤(1)中的混合料倒入陶砂高速造粒机中，并加入15-30份的水，在21-49m/s的速度下造粒；
(3)将步骤(2)中造好的粒在50-120℃下烘干干燥；
(4)将步骤(3)中烘干后颗粒经筛分处理后，按一定的烧成制度烧结得到种植砂；
(5)将步骤(4)得到的种植砂在专用营养液中浸泡、烘干，得到营养种植砂。
7.根据权利要求6所述的气化细渣种植砂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的烧成制度为：以20-40℃/min升温至600℃，再以10-30℃/min升温至700-900℃，并保温10-30min。
8.根据权利要求6所述的气化细渣种植砂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中种植砂在专用营养液中的浸泡时间为1-3h，烘干温度为80-120℃。
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