CN101307232A

CN101307232A - 一种粉煤灰加工成盐碱土壤调理剂的方法

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Publication number: CN101307232A
Application number: CNA2008101328003A
Authority: CN
Inventors: 史汉祥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2008-11-19

Abstract

本发明涉及一种粉煤灰用加工成盐碱作土壤调理剂的方法，是将干粉煤灰加入水混匀，再加入计量硫酸，混匀；出料，堆存陈化，让粉煤灰继续与硫酸反应，3～5天后翻倒物料、打散结块，再堆存3～5天，反应完成，即可使用。本发明使硫酸与粉煤灰中的方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿、氧化镁、生石灰以及K₂O、Na₂O、MnO、TiO₂反应，生成相应的硫酸盐。一方面粉煤灰中原来的碱及碱土金属氧化物转变成相应的硫酸盐，碱性大大降低，而且一些肥料元素(如K、Mg、Mn等)转变成易被植物吸收的形态；另一方面碱土金属及铁的硫酸盐又是改良盐碱土的有效成分。经过硫酸处理的粉煤灰作为土壤调理剂，用去改良盐碱地。

Description

一种粉煤灰加工成盐碱土壤调理剂的方法

技术领域

本发明涉及粉煤灰的综合利用技术领域。

背景技术

粉煤灰是煤粉燃烧后残留下来的颗粒较细而不均匀的复杂多相物质。煤粉在炉膛中呈悬浮状态燃烧，燃煤中的绝大部分可燃物都能在炉内烧尽，而煤粉中的不燃物(主要为灰分)成为粉煤灰，其中占总量80～90％的颗粒最细部分混杂在高温烟气中，经过除尘器，被分离、收集，为飞灰；另一部分颗粒较粗而落入炉底，成为炉底灰。广义的粉煤灰包括飞灰和炉底灰两部分。

我国是产煤大国，以煤炭为电力生产基本燃料，随着电力工业迅速发展，粉煤灰排放量急剧增加，到2010年粉煤灰排放量将达到2亿吨，给经济建设及生态环境造成巨大的压力。粉煤灰的综合利用，变废为宝、变害为利，是解决电力生产环境污染的重要手段，也是电力生产所面临解决的任务之一。

经过开发，粉煤灰在工农业各部门得到广泛的应用，其中用于改良轻重粘土、生土、酸性土、盐碱土是粉煤灰应用的重要方面。

直接用粉煤灰改良轻重粘土和生土，可以改善土壤的物理结构，提高地温和保水能力；直接在酸性土壤加入粉煤灰，土壤的酸性被其中的碱性氧化物中和，土壤酸性降低。但是，如果直接把粉煤灰直接加到盐碱土中，由于粉煤灰中存在大量碱性氧化物CaO和MgO以及K₂O和Na₂O，盐碱土的碱性不仅不能降低，反而提高。如果将粉煤灰预先处理，使其中的碱性氧化物转变成非碱性盐，施入盐碱土中不会提高其碱性，而且这些非碱性盐还会与盐碱土中的碱性成分反应，降低其碱性，还能使粉煤灰中的肥料元素转交换成植物更易吸收的形态，使其更充分发挥作用。

目前已开发出一起土壤改良剂用于盐碱地的改良，如：

申请号为03155201的专利，将硫酸钙、硫铁矿、草酸、磷、钾、微量元素按比例混合制成土壤改良剂；

申请号为01110198的专利，利用废石膏板制成盐碱土壤改良剂；

申请号为00100436专利，提出一种盐碱土壤改良剂及其制备方法。它主要含有柠檬酸、黄腐酸、腐殖酸、苹果酸、胡敏酸、丙酸、水杨酸、土温-100和水；

申请号为01127450的专利，将麦饭石加工成盐碱土壤改良剂；

申请号为00105747的专利，提出的盐碱土壤改良剂，由聚顺丁烯二酸，烷基苯磺酸钠和水组成；

KOM活化土壤改良剂，主要由氨基酸附和群、多种微量元素、活性酶及离子水组成；

还有称为“禾康”的盐碱土壤改良剂等。

发明内容

1、硫酸处理粉煤灰原理

煤粉在燃烧过程中，其中灰分矿物质将脱水、分解、氧化变成无机氧化物。粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂、MgO、K₂O、Na₂O、SO₃、MnO等，此外还有P₂O₅等。其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。

在冷却过程中形成不同的物相。从物相上讲，粉煤灰是晶体矿物和非晶体矿物的混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50％以上。

用硫酸处理粉煤灰时，反应式如下：

CaCO₃(方解石)+H₂SO₄＝CaSO₄+H₂O+CO₂ ……………………(1)

Ca(Al₂Si₂O₈)(钙长石)+H₂SO₄＝CaSO₄+Al₂O₃+2SiO₂+H₂O …(2)

Ca₂SiO₄(硅酸钙)+2H₂SO₄＝2CaSO₄+2SiO₂+2H₂O ……………(3)

Fe₂O₃(赤铁矿)+3H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+3H₂O ……………………(4)

Fe ₃ O ₄(磁铁矿)+4H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+FeSO₄+4H₂O ……………(5)

MgO+H₂SO₄＝MgSO₄+H₂O ……………………………………(6)

CaO+H₂SO₄＝CaSO₄+H₂O ……………………………………(7)

K₂O+H₂SO₄＝K₂SO₄+H₂O ……………………………………(8)

Na₂O+H₂SO₄＝Na₂SO₄+H₂O ……………………………………(9)

MnO+H₂SO₄＝MnSO₄+H₂O ……………………………………(10)

由反应式可从看出：粉煤灰加入硫酸后，其中的矿物和金属氧化物与硫酸反应，生成硫酸盐及SiO₂、Al₂O₃和H₂O、CO₂。一方面粉煤灰中原来的碱及碱土金属氧化物转变成相应的硫酸盐，碱性大大降低，而且一些肥料元素(如K、Mg、Mn等)转变成易被植物吸收的形态；另一方面碱土金属及铁的硫酸盐又是改良盐碱土的有效成分；其它成分SiO₂、Al₂O₃本来就是土壤的主要成分，施入后不影响土壤质量。

2、本发明的技术方案如下：

一种粉煤灰加工成盐碱土壤调理剂的方法，是将干粉煤灰加到混合设备中，加入适量的水，混合均匀，然后缓慢加入经计量的硫酸，继续混合均匀，然后出料，堆存陈化，让粉煤灰继续与硫酸反应，3～5天后翻倒物料、打散结块，再堆存3～5天，反应完成，即可使用，使用前再次翻倒物料、打散结块。

上述的在粉煤粉灰中加入适量的水，其加水量为干粉煤灰量的8～15％；如果所用粉煤灰中含有水分，加入的水量应扣除粉煤灰中的水分，同时还应扣除硫酸中的水分。

上述的缓慢加入经计量的硫酸，其加入硫酸的量，是根据粉煤灰中碱性氧化物CaO、MgO、FeO、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、MnO的含量，按与硫酸完全反应计算而得出的。所加入的硫酸可以是98％或93％成品酸，也可以是浓度低于93％的废稀硫酸，但加入的废稀硫酸中含水量不得高于所要加入粉煤灰中的水量。

本发明使硫酸与粉煤灰中的方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿、氧化镁、生石灰以及K₂O、Na₂O、MnO、TiO₂反应，生成相应的硫酸盐。一方面粉煤灰中原来的碱及碱土金属氧化物转变成相应的硫酸盐，碱性大大降低，而且一些肥料元素(如K、Mg、Mn等)转变成易被植物吸收的形态；另一方面碱土金属及铁的硫酸盐又是改良盐碱土的有效成分。经过硫酸处理的粉煤灰作为土壤调理剂，用去改良盐碱地。

附图说明

图1为硫酸处理粉煤灰的工艺流程示意图。

具体实施方式

参见图1，硫酸处理粉煤灰工艺流程如下：

将干粉煤灰加到混合设备中，按干粉煤灰量的8～15％加入水，混合均匀，然后缓慢加入经计量的硫酸，继续混合均匀，然后出料，堆存陈化，让粉煤灰继续与硫酸反应，3～5天后翻倒物料、打散结块，再堆存3～5天，反应完成，使用前再次翻倒物料、打散结块。

使用湿粉煤灰时，加水时应扣除湿粉煤灰中的水分，湿粉煤灰中含水不宜超过15％，否则应先将湿粉灰堆放一段时间，使其水分降至15％以下。

使用的硫酸其浓度可以不到93％，但在粉煤灰加水混合时，应扣除稀硫酸带入的水分，避免水过多不便堆存、运输。

3、硫酸加入量的计算

硫酸加入量，按100％硫酸与粉煤灰中CaO、MgO、FeO、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、MnO等碱性氧化物消耗硫酸总和的1.01～1.03倍计算。

例：某粉煤灰化学组成如表1：

表1某粉煤灰化学组成

成分	CaO	MgO	FeO	Fe₂O₃	K₂O	Na₂O	MnO
成分	CaO	MgO	FeO	Fe₂O₃	K₂O	Na₂O	MnO	含量％	5.8	2.2	1.6	6.3	0.8	2.1	1.4

1000千克粉煤灰中所含各种氧化物摩尔数及相应消耗硫酸摩尔数计算结果如表2：

表2 1000千克某粉煤灰中所含各种氧化物千摩尔数及相应消耗硫酸千摩尔数

成分	CaO	MgO	FeO	Fe₂O₃	K₂O	Na₂O	MnO	合计
成分	CaO	MgO	FeO	Fe₂O₃	K₂O	Na₂O	MnO	合计	千摩尔数	1.04	0.31	0.22	0.39	0.085	0.34	0.20
耗H₂SO₄千摩尔数	1.04	0.31	0.22	1.17	0.085	0.34	0.20	3.365	千摩尔数	1.04	0.31	0.22	0.39	0.085	0.34	0.20

100％硫酸消耗量＝3.365×98/＝329.77千克

如果使用93％硫酸，则；

93％硫酸消耗量＝3.365×98/0.93＝354.59千克

实际93％硫酸消耗量＝354.59×1.01～1.03≈358～365千克

4、实施例：

某电厂粉煤灰，化学组成如表3所列。

表3某电厂粉煤灰化学组成

成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	H₂O	烧失量
成分	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	H₂O	烧失量	％	45.3	32.4	6.3	5.8	2.2	2.1	0.8	2.0	3.1

用80％H₂SO₄处理制成盐碱土壤调理剂。

采用有效容积为5m³双螺旋混合机处理粉煤灰，间隙操作，每次投粉尘灰5000千克，每个生产周期约60分钟，每班生产8次。

加料量：

①粉煤灰量：5000千克/次

②80％H₂SO₄加入量：

5000千克粉煤灰中所含各种氧化物摩尔数及相应消耗硫酸摩尔数计算结果如表5：

表5 5000千克粉煤灰中所含各种氧化物千摩尔数及相应消耗硫酸千摩尔数

成分	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	合计
成分	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	合计	千摩尔数	1.95	5.20	1.55	1.70	0.425
耗H₂SO₄千摩尔数	5.85	5.20	1.55	1.70	0.425	14.725	千摩尔数	1.95	5.20	1.55	1.70	0.425
耗H₂SO₄千摩尔数	5.85	5.20	1.55	1.70	0.425	14.725	产生水千摩尔数	5.85	5.20	1.55	1.70	0.425	14.725

80％硫酸消耗量＝14.725×98/0.8＝1803.81千克

反应后产生水量＝14.725×18＝265.05≈265千克

取硫酸过量2％则：

实际80％硫酸消耗量＝1803.81×1.02≈1840千克

80％硫酸带入水分＝1840×(1-0.8)＝368千克

③加水量

取加水量为粉煤灰量的10％，则：

加水量＝5000×10％-5000×2％-368＝32千克

反应产物最终含水(含结晶水)＝(5000×2％+265+368+32)/(5000+1803+32)

＝765/6835＝11.19％

操作步骤：

将5000千克粉煤灰加入双螺旋混合机内，开启螺旋，按计算结果加入水，充分混合，按计算结果缓慢加入硫酸，控制加料速度，避免产生的泡沫溢出和硫酸飞溅。

物料混合完成后，停螺旋，出料、堆存陈化，3～5天后翻倒物料并打散结块，再堆存3～5天反应完成，即可使用，使用前再次翻倒物料并打散结块。

Claims

1、一种粉煤灰加工成盐碱土壤调理剂的方法，其特征在于：是将干粉煤灰加到混合设备中，加入适量的水，混合均匀，然后缓慢加入经计量的硫酸，继续混合均匀，然后出料，堆存陈化，让粉煤灰继续与硫酸反应，3～5天后翻倒物料、打散结块，再堆存3～5天，反应完成，即可使用，使用前再次翻倒物料、打散结块。

2、根据权利要求1所述的粉煤灰加工成盐碱土壤调理剂的方法，其特征在于：所述在粉煤粉灰中加入适量的水，其加水量为干粉煤灰量的8～15％；如果所用粉煤灰中含有水分，加入的水量应扣除粉煤灰中的水分，同时还应扣除硫酸中的水分。

3、根据权利要求1所述的粉煤灰加工成盐碱土壤调理剂的方法，其特征在于：所述缓慢加入经计量的硫酸，其加入硫酸量是根据粉煤灰中碱性氧化物CaO、MgO、FeO、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、MnO的含量，按与硫酸完全反应计算而得出。

4、根据权利要求1或3所述的粉煤灰加工成盐碱土壤调理剂的方法，其特征在于：所加入的硫酸可以是98％或93％成品酸，也可以是浓度低于93％的废稀硫酸，但加入的废稀硫酸中含水量不得高于所要加入粉煤灰中的水量。