CN112219482A - 一种改良苏打盐碱土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了解决具有区域和地方特色的苏打型盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子含量过高、离子组成失调的问题，提供了一种改良苏打盐碱土的方法。本发明将铁尾矿酸溶出矿质铁，并通过化学氧化成三价铁，再将混合体系烘干制备成为改良剂，将该改良剂定量施入到待改良苏打盐碱土中，减少或消除苏打盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子，同时改变土壤离子组成，将苏打盐碱土改造成硫酸盐盐碱土，并提高土壤洗盐洗碱效率。

Description

一种改良苏打盐碱土的方法

技术领域

本发明属于盐碱土改良技术领域，特别涉及一种利用铁尾矿制备改良剂改良苏打型盐碱土的方法。

背景技术

铁尾矿是将原铁矿石经破碎、筛分、研磨、分级、再经重选、浮选等选别工艺流程，选出有用铁等金属后的剩余部分。我国的铁矿石品位低、共伴生矿多，所以在选矿过程中会大量排出尾矿，每生产1t铁精矿要排出2.5～3.0t尾矿，同时随着一定程度对矿产资源利用的提高，矿石的可开采品位相应降低，尾矿排出量也在日益增加。一般对铁尾矿长期采取堆填处置，这种方式不仅占用土地，而且引起环境污染和安全问题，工厂还需要支付土地征用费、运费和填埋费等，增加了钢铁的生产成本。铁尾矿是当前我国工业固体废物的主要组成部分，与其他固体废弃物相比如粉煤灰、煤矸石等，尾矿的综合利用技术更复杂、难度更大，给生态环境造成较大影响，成为钢铁行业和矿产可持续发展所面临的重要问题之一。

目前，国内外有关铁尾矿的资源化利用一般集中在以下几个方面。

回收有价金属。生产建材。采空区回填。用作土壤改良剂，即利用铁尾矿制备改良剂对土壤进行改良。与之相关的专利有CN 102936503 A含有铁尾矿的土壤透气改良增效剂及其制备方法、CN 102936502 A一种利用铁尾矿制备的防返盐碱剂及其在盐碱地中的应用。该类方法利用铁尾矿特有的物理结构，增加土壤孔隙，提高透水透气性，既提高土壤洗盐洗碱效果，同时防止返盐返碱，达到土壤改良的目的。

苏打盐碱土是一种具有地方特色的盐碱土类型存在，碳酸根离子、碳酸氢根离子含量过高、离子组成失调的问题，而在盐碱土中不同盐分组成对作物的危害程度不同。在可溶性钠盐中，若以硫酸钠为标准，其他盐类对作物的危害程度比例依次为：

Na₂CO₃∶NaHCO₃∶NaCl∶Na₂SO₄＝10∶3∶3∶1

目前，对于苏打盐碱土目前仍缺乏有效的治理手段。

发明内容

本发明的目的是为了解决具有区域和地方特色的苏打型盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子含量过高、离子组成失调的问题，提供了一种改良苏打盐碱土的方法。本发明将铁尾矿酸溶矿质铁，并通过化学氧化成三价铁，将混合体系烘干制备成为改良剂，将该铁尾矿改良剂定量施入到待改良苏打盐碱土中，改良剂中的碳酸根、碳酸氢根离子与铁离子发生反应，最终生成羟基氧化铁沉淀，减少或消除苏打盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子，同时改变土壤离子组成，将苏打盐碱土改造成硫酸盐盐碱土。同时，铁尾矿本身具有特殊的棱块状结构，可有效构建非毛管空隙及大裂隙，铁尾矿的加入可有效减缓或消除土壤颗粒间的孔隙被羟基氧化铁沉淀填充引起的透水透气性能降低，提高土壤洗盐洗碱效率。

本发明的技术方案为，一种改良苏打盐碱土的方法，包括如下步骤：

1)以质量比100∶45～60∶22.5～30称取铁尾矿、水和质量分数90～98％的硫酸，搅拌均匀，再进行氧化反应，使铁尾矿中溶出的亚铁离子充分氧化，然后将全部物料烘干后作为改良剂；

2)测定每公斤改良剂中铁的厘摩尔含量；

3)测定土壤中盐分组成，根据每公斤盐碱土耕层的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-厘摩尔含量，确定改良剂消耗量，使最终改良后土壤中盐分离子厘摩尔数同时满足以下要求【该要求遵照《中国盐渍土》(王遵亲，祝寿泉，俞仁培等主编，1993)中对硫酸盐-氯化物盐碱土的划分】：

4)将根据公式(1)～(4)计算得到的改良剂在耕种前施入到待改良苏打盐碱土中，使改良剂均匀分布在耕层土壤(0-20cm)中，土壤中发生的化学反应为：

Fe₂(SO₄)₃+6HCO₃ ^-＝2Fe(OH)₃↓+6CO₂+3SO₄ ^2-

2Fe³⁺+3CO₃ ^2-+3H₂O＝2Fe(OH)₃↓+3CO₂

5)进行耕作，采用方式A或B；

A、种植旱田，采用常规耕作方法；

B、种植水田，灌水泡田洗盐2～3次后，再采用常规耕作方法。

进一步的，上述改良苏打盐碱土的方法，所述铁尾矿的总铁含量为≥8.5％，粒径50～200μm。

进一步的，上述改良苏打盐碱土的方法，所述铁尾矿砂的重金属成分符合农业部大量元素肥的有毒元素限量标准。

进一步的，上述改良苏打盐碱土的方法，步骤1)中，所述的氧化反应为：在25～40℃条件下通气或通氧反应10～15天，期间定时搅拌。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明工艺简单，易于实施，无污染，原料来源广泛，价格低廉，生产成本低。

2.对苏打盐碱土改良效果明显。

该复合改良剂的主要改良作用表现为：

(1)苏打盐碱土中危害最大的阴离子为碳酸根离子，其次为碳酸氢根离子，复合改良剂中钙离子、镁离子与碳酸根、碳酸氢根离子发生反应，使碳酸根、碳酸氢根离子形态发生转变，减轻碳酸根离子、碳酸氢根离子毒害。

(2)通过外源化学物质改变苏打盐碱土中离子组成，将苏打盐碱土改造成硫酸盐盐碱土，同时降低盐碱危害、提高洗盐洗碱效率的改良方法及改良材料。

(3)定量的加入改良剂，避免了改良剂加入量不足导致的改良不彻底或者加入过量导致的土壤离子成分紊乱。

(4)改良过程中，土壤中的氢氧化铁逐渐转化为羟基氧化铁，其在粘粒及细粉粒表面淀积，土壤颗粒间的孔隙随着淀积的进行逐渐被羟基氧化铁填充，形成团聚体，改善土壤结构。铁尾矿的加入可增加土壤大裂隙和非毛管孔隙，有效缓解减缓或消除土壤颗粒间的孔隙被羟基氧化铁填充引起的透水透气性能降低，提高土壤洗盐洗碱效率。

具体实施方式

以下实施例中采用的浓硫酸为质量分数98％的硫酸。

实施例1

选取铁尾矿，筛分后得到粒径50～200μm部分(铁尾矿化学元素含量见表1)，其成分以二氧化硅和四氧化三铁为主。在有机玻璃槽中控制铁尾矿、水、浓硫酸质量比分别为100∶50∶25，其中，硫酸先添加到水中稀释，再加入铁尾矿，搅拌均匀，在25～30℃条件下通氧(以带孔塑料管***混合物料，采用风机强制通风供氧)反应15天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化。将全部物料放到烘箱中烘干，制备成改良剂。测定改良剂中Fe³⁺的含量为107.8cmol/kg。

表1供试铁尾矿化学元素测定结果(％)

指标	TFe	Si	O	Mn	Al	Ca	Mg	K	P	S
											铁尾矿	10.11	33.18	47.5	0.15	1.55	3.95	2.37	0.45	0.084	0.27

以吉林地区的盐碱土为改良对象，土属类别为苏打盐碱土，其盐分含量等指标见表2。

表2供试土壤盐分组成及含量

在待改良区域一共设置三个地块，分别为实施例1、对照1和对照2试验地块。每个小区地块面积为6×5m²，种植作物为水稻。其中灌水毛渠坝顶宽0.8m，渠深0.6m；排水毛沟坝埂顶宽0.7m，沟深1m；埝埂顶宽0.6m，高0.4m，所有小区单灌单排。经公式(1)～(4)计算，需加入改良剂92kg，将其施入到待改良盐碱土中，然后开始灌水泡田洗盐，每次泡田48h，每个小区洗盐两次。然后灌水泡田24h，进行耙地和插秧工作，具体种植作业及管理同大田。在对照1地块中，不施改良剂，其余步骤与实施例1相同。对照2中，仅施入未经处理的铁尾矿92kg，其余步骤与实施例1相同。秋季水稻收割后，测定耕层土壤、pH、盐分组成及水稻产量。

具体实施结果见表2。

表2改良后土壤盐分组成及产量

从以上结果可以看到，对照2中，加入铁尾矿能够在一定程度上降低土壤含盐量及pH，但土壤中对植物危害较大的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的厘摩尔数降低幅度较小，同时土壤中盐分离子厘摩尔组成中，

达到74.8％，

为21.1％，仍为典型的苏打盐碱土。在实施例1处理中，加入改良剂后，

降到14.6％，

达到21.2％，

达到64.1％，与对照2相比，不仅土壤含盐量有所降低，同时土属类别由苏打盐碱土转化为硫酸盐型盐碱土，从盐分构成上看，大大减轻了对作物的危害。

实施例2

选取铁尾矿，筛分后得到粒径50～200μm部分(铁尾矿化学元素含量见表3)，其成分以二氧化硅和三氧化二铁为主。在有机玻璃槽中控制铁尾矿、水、浓硫酸添加量的比例分别为100∶50∶25，其中，硫酸先添加到水中，再加入铁尾矿，搅拌均匀，在25-30℃条件下通氧(以带孔塑料管***混合物料，采用风机强制通风供氧)反应15天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化。将全部物料放到烘箱中烘干，制备成改良剂。测定改良剂中Fe³⁺的含量为108.3cmol/kg。

表3供试铁尾矿化学元素测定结果(％)

以吉林地区盐碱土为改良对象，土属类别为苏打盐碱土，其盐分含量等指标见表4。

表4供试土壤盐分组成及含量

在待改良区域一共设置三个地块，分别为实施例2、对照1和对照2试验地块。每个小区地块面积为6×5m²，种植作物为水稻。其中灌水毛渠坝顶宽0.8m，渠深0.6m；排水毛沟坝埂顶宽0.7m，沟深1m；埝埂顶宽0.6m，高0.4m，所有小区单灌单排。经公式(1)～(4)计算，需加入90kg改良剂，将其施入到待改良盐碱土中，使其均匀分布在耕层土壤(0-20cm)中，然后开始灌水泡田洗盐，每次泡田48h，每个小区洗盐两次。然后灌水泡田24h，进行耙地和插秧工作，具体种植作业及管理同大田。在对照1地块中，不施改良剂，其余步骤与实施例2相同。对照2中，仅施入未经处理的铁尾矿90kg，其余步骤与实施例2相同。秋季水稻收割后，测定耕层土壤、pH、盐分组成及水稻产量。具体实施结果见表5。

表5改良后土壤盐分组成及产量

从以上结果可以看到，对照2中，加入铁尾矿能够在一定程度上降低土壤含盐量及pH，但土壤中对植物危害较大的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的厘摩尔数降低幅度很小，同时土壤中盐分离子厘摩尔组成中，

达到73.8％，

为20.4％，土属类型为苏打盐碱土。在实施例2处理中，加入复合改良剂后，

降到15.2％，

达到19.5％，

达到65.3％，与对照2相比，不仅土壤含盐量有所降低，同时土属类别由苏打盐碱土转化为硫酸盐型盐碱土，从盐分构成上看，大大减轻了对作物的危害。

实施例3

选取铁尾矿，筛分后得到粒径50～200μm部分(铁尾矿化学元素含量见表1)，其成分以二氧化硅和四氧化三铁为主。在有机玻璃槽中控制铁尾矿、水、浓硫酸添加量的比例分别为100∶50∶25，其中，硫酸先添加到水中稀释，再加入铁尾矿，搅拌均匀，在25-30℃条件下通氧(以带孔塑料管***混合物料，采用风机强制通风供氧)反应15天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化。将全部物料放到烘箱中烘干，制备成改良剂。测定改良剂中Fe³⁺的含量为107.8cmol/kg。

以吉林城地区盐碱土为改良对象，土属类别为苏打盐碱土，其盐分含量等指标见表6。

表6供试土壤盐分组成及含量

在待改良区域一共设置三个地块，分别为实施例3、对照1和对照2试验地块。每个小区地块面积为6×5m²，种植作物为水稻。其中灌水毛渠坝顶宽0.8m，渠深0.6m；排水毛沟坝埂顶宽0.7m，沟深1m；埝埂顶宽0.6m，高0.4m，所有小区单灌单排。经公式(1)～(3)计算，需加入88kg改良剂，将其施入到待改良盐碱土中，使其均匀分布在耕层土壤(0-20cm)中，然后开始灌水泡田洗盐，每次泡田48h，每个小区洗盐两次。然后灌水泡田24h，进行耙地和插秧工作，具体种植作业及管理同大田。在对照1地块中，不施改良剂，其余步骤与实施例3相同。对照2中，仅施入未经处理的铁尾矿88kg，其余步骤与实施例3相同。秋季水稻收割后，测定耕层土壤、pH、盐分组成及水稻产量。具体实施结果见表5。

具体实施结果见表7。

表7改良后土壤盐分组成及产量

从以上结果可以看到，对照2中，加入铁尾矿能够在一定程度上降低土壤含盐量及pH，但土壤中对植物危害较大的HCO₃ ^-的厘摩尔数降低幅度很小，同时土壤中盐分离子厘摩尔组成中，

达到74.6％，

为18.8％，仍为典型的苏打盐碱土。在实施例3处理中，加入复合改良剂后，

降到13.4％，

达到18.0％，

达到68.6％，与对照2相比，不仅土壤含盐量有所降低，同时土属类别由苏打盐碱土转化为硫酸盐型盐碱土，从盐分构成上看，大大减轻了对作物的危害。

实施例4

选取实施例3的铁尾矿，在有机玻璃槽中控制铁尾矿、水、浓硫酸添加量的比例分别为100∶45∶22.5，其中，硫酸先添加到水中稀释，再加入铁尾矿，搅拌均匀，在25-30℃条件下通氧(以带孔塑料管***混合物料，采用风机强制通风供氧)反应10天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化。将全部物料放到烘箱中烘干，制备成改良剂。

其他步骤同实施例4。

实施例5

选取实施例3的铁尾矿，在有机玻璃槽中控制铁尾矿、水、浓硫酸添加量的比例分别为100∶60∶30，其中，硫酸先添加到水中稀释，再加入铁尾矿，搅拌均匀，在25-30℃条件下通氧(以带孔塑料管***混合物料，采用风机强制通风供氧)反应12天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化。将全部物料放到烘箱中烘干，制备成改良剂。

其他步骤同实施例4。

Claims (7)

1.一种改良苏打盐碱土的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)称取铁尾矿、水和硫酸，搅拌均匀，再进行氧化反应，使铁尾矿中溶出的亚铁离子充分氧化，然后将全部物料烘干后作为改良剂；

2)测定每公斤改良剂中铁的厘摩尔含量；

3)测定土壤中盐分组成，根据每公斤盐碱土耕层的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-厘摩尔含量，确定改良剂消耗量，使最终改良后土壤中盐分离子厘摩尔数同时满足以下要求：

4)将根据公式(1)～(4)计算得到的改良剂在耕种前施入到待改良苏打盐碱土中，使改良剂均匀分布在耕层土壤中；

5)进行耕作。

2.根据权利要求1所述的改良苏打盐碱土的方法，其特征在于，步骤1)中，铁尾矿、水和硫酸的质量比100∶45～60∶22.5～30。

3.根据权利要求1所述的改良苏打盐碱土的方法，其特征在于，步骤1)中，所述铁尾矿的总铁含量为≥8.5％，粒径50～200μm。

4.根据权利要求1所述的改良苏打盐碱土的方法，其特征在于，步骤1)中，所述铁尾矿砂的重金属成分符合农业部大量元素肥的有毒元素限量标准。

5.根据权利要求1所述的改良苏打盐碱土的方法，其特征在于，步骤1)中，所述硫酸的质量分数为90～98％。

6.根据权利要求1所述的改良苏打盐碱土的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的氧化反应为：在25～40℃条件下通风或通氧反应10～15天，期间定时搅拌。

7.根据权利要求1所述的改良苏打盐碱土的方法，其特征在于，步骤5)的耕作采用方式A或B；

A、种植旱田，采用常规耕作方法；

B、种植水田，灌水泡田洗盐2～3次后，再采用常规耕作方法。