CN102190509A - 一种水稻秸秆生产硅肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水稻秸秆生产硅肥的方法，具体涉及将水稻秸秆热解制备热解燃气和水稻秸秆灰、碱溶水稻秸秆灰制备液体硅肥、再经喷雾干燥制备固体硅肥的方法。首先将水稻秸秆粉碎为10mm的颗粒，在流化床中热解为燃气和秸秆灰；再将热解得到的秸秆灰与1～8wt％的碱溶液按固液比1∶5～10(Kg/L)的比例投入反应釜中，用热解的燃气加热至沸腾，回流水解1～4h，过滤，固液分离。将滤液用磷酸等酸中和至pH＝9～10，制备出液体硅肥；液体硅肥再经喷雾干燥制备固体硅肥。本发明先进性在于(1)以水稻秸秆为原料生产硅肥，含有水稻生长所需全部无机元素、微量元素和特种硅元素；(2)利用水稻秸秆热解燃气作为生产硅肥过程中的所需要的能量，不用外加能源，降低生产成本，节约了化石能源；(3)可根据水稻不同生长时期的需要，调整产品中钾、硅、磷元素及微量元素的比例。

Description

一种水稻秸秆生产硅肥的方法

技术领域

本发明公开一种水稻秸秆生产硅肥的方法，具体涉及将水稻秸秆热解制备热解燃气和水稻秸秆灰、碱溶水稻秸秆灰制备液体硅肥、再经喷雾干燥制备固体硅肥的方法。

背景技术

水稻生长依靠地上部的叶、叶鞘和茎吸收光、热和二氧化碳，依靠地下部根吸收水分和各种营养元素制造有机物质。这些营养元素中有大量元素、微量元素和特种元素。大量元素有碳、氧、氢、氮、磷、钾、钙、镁、硫，微量元素有铁、锰、铜、硼、钼等，特种元素有硅等多种元素。

硅之所以为特种元素，是因为硅是水稻生长发育所必需的有益元素，对水稻的产量和品质等方面有着重要的影响。1926年美国加州大学Sommer率先提出硅是水稻良好生长所必需的元素之后，人们对硅元素的研究越来越重视，德国和美国先后利用熔渣研制成肥料(即硅肥)来施用。东南亚等产稻国已把硅肥列为继氮磷钾之后的第四大元素肥料。1930年，日本专家开始进行水稻硅营养研究，并在1955年以“肥料法”的形式正式批准将硅肥作为一种新型肥料使用。中国是世界上主要的产稻国家之一，水稻在中国农业生产中占有重要的地位，但中国的大部分产稻地区土壤的有效硅含量不足，影响了水稻的产量，成为制约水稻高产的重要因素之一。因此，必须重视对水稻硅素营养和施用硅肥来达到增产增质等效果的研究。中国对水稻施用硅肥研究较晚，从20世纪70年代开始着手，80年代初才逐步开展部分试验研究，之后，加快了对硅肥的研究步伐，近10多年来，硅素的研究取得了很大进展，其中，对水稻硅素营养和施用硅肥效果的研究尤为突出。

每亩水稻每年要从土壤中吸收75～150公斤硅(二氧化硅)，重复种植后，土壤中的有效硅含量越来越少，直接影响了水稻的产量与品质。据有关部门勘查表明，我国长江流域70％的土壤缺硅，黄河、淮海及辽东半岛地区约有一半的土壤缺硅，而且缺硅的区域正在逐渐扩大。针对这一情况，近年来这些地区大力推广使用硅肥，结果表明农作物施用硅肥后增产效果非常明显，通过对不同土壤类型的作用进行大量的试验表明：水稻增产率为10％～26％，小麦为10％～15％，花生为15％～25％，棉花为10％～15％，水果、蔬菜增产幅度更大。

据不完全统计，我国硅肥年生产能力在100万吨以上，但主要还是集中在个别省份，其中河南省年产硅肥60万吨，云南硅肥生产厂家达20家，年生产能力达到30万吨。近年来，硅素肥料在全国越来越受到重视，湖南、湖北、江苏的硅肥年产量也超过10万吨。河北、山东、辽宁、浙江、广西、海南等地也已相继建起一批硅肥厂。但距我国每年需求3000～5000万吨的硅肥市场来说，硅肥生产还存在巨大的缺口和发展空间。

目前国内生产和施用的硅肥主要有两类。一类是人工合成的，如硅酸二钙、硅酸一钙、硅酸钙镁、偏硅酸钠和主要成分为硅酸钠和偏硅酸钠的高效硅肥等。另一类则是利用各种工业固体废弃物加工而成的硅肥。其原料来自如下几方面：一是炼铁过程中产生的高炉水淬渣，总硅含量在30％～35％；二是黄磷或磷酸生产过程中产生的废渣，总硅在18％～22％；三是电厂粉煤灰，总硅含量达20％～30％；四是废玻璃。其中国内大部分小型硅肥厂都是利用上述原料中的磷渣或粉煤灰为原料生产硅肥的，只有少数几家硅肥厂是利用炼铁高炉渣为原料生产硅肥。

国内经过多年研究和生产实践，形成了许多专利技术。如专利CN1056863公开了一种能使水稻、甘蔗等作物获得高产的硅肥的生产方法，该方法是将砂岩、石灰石、煤和矿化剂等原料分别破碎、混合磨细、加水成型后送八窑炉中煅烧，煅烧好的熟料再经破碎磨细即为产品。专利CN1071909公开了一种硅灰石制备硅肥的方法，其利用78～93％的硅灰石为基料，加入硅酸钙镁5～10％、五氧化二磷0.5～3％、碳酸镁1～8％、氧化锌0.2～1％混合粉碎而制得的。专利CN1113901公开了一种硅钙肥的制备方法，也涉及一种硅钙磷肥的制备方法。它是直接将工业废液或废渣(如造纸厂的黑液)、煤、催化剂(包括CaFa、CaCO₃、生石灰，少量硅酸盐、硝酸盐，铁化合物、锰化合物等)按一定重量比相混合，然后在800～1200℃下燃烧，再将燃烧后的煤渣研磨过筛，即得有效硅达30％以上的硅钙肥。专利CN1176951公开了一种含液体硅酸钠的硅肥、硅复合肥及其制造方法。将重量比为液体硅酸钠∶腐殖酸＝0.5～3∶1的两种物料混合搅拌，再经造粒、干燥即得硅肥。再将此硅肥按重量比为硅肥∶氮肥∶磷肥∶钾肥∶微量元素＝10～35％∶30～35％∶20～35％∶10～25％∶1％的要求，把各种物料混合搅拌，即得硅复合肥。专利CN1206703公开了一种采用钢铁工业废渣生产的硅钙镁化肥。该化肥主要由钢渣、高炉水渣、煅烧镁白云石废渣、立窑灰、硅渣组成。将原料进行破碎、筛分、磁选后，进行配比，经磨细、均化后制成。专利CN1785922公开了一种氨基酸硅叶面肥的生产方法，其是以废弃蛋白为主要原料，利用液体泡花碱作水解剂，氢氧化钾作催化剂，通过水解而成。

硅肥的生产和应用，已经为水稻增产贡献了巨大的力量。但是仍存在如下问题：(1)高温处理原材料生产硅肥，加工温度高，生产工艺复杂，能耗大，因此增大了产品成本。(2)直接粉碎矿渣并复配，生产工艺简单，成本低，但存在有效硅含量低的缺点；同时矿渣含有过渡金属粒子，容易对水稻产生污染；(3)利用水玻璃等化学合成原料，具有有效硅含量高的优点，但存在价格昂贵，推广难度大等问题。

本发明以水稻秸秆为原料，克服了以上技术的不足，具有热处理温度低、活性硅含量高、操作方便、工艺简单的优点。并且在加工过程中利用了水稻秸秆自身的能量，不用外加能源，实现了废物再利用，变废为宝。

水稻秸秆经热解和燃烧得到稻壳灰，含有水稻生长所需全部无机元素、微量元素和特种元素硅，以水稻秸秆为原料生产硅肥，是一个自然的循环过程，是一种来自水稻的天然水稻复合肥。

发明内容

本发明首先采用将水稻秸秆经热解得到热解燃气和稻秸灰，利用热解气燃烧的能量溶解稻秸灰，分离去除碳，制备出水稻秸秆基液体硅肥或固体硅肥。

本发明包括以下四个步骤：

(1)首先将水稻秸秆粉碎为10mm的颗粒，在流化床中热解为燃气和水稻秸秆灰；

(2)把热解得到的水稻秸秆灰与1～8wt％的碱溶液按固液比1∶5～10(kg/L)的比例投入反应釜中，用(1)中热解的燃气加热至沸腾，回流水解1～4h，过滤，固液分离。

(3)滤液用酸中和至pH＝9～10，制备出液体硅肥；

(4)液体硅肥再经喷雾干燥制备固体硅肥。

本发明的特征在于：水稻秸秆为稻壳、稻草中的一种或其混合物。

本发明的特征在于：溶硅所用的碱为氢氧化钾、氢氧化钠其中的一种或混合碱。

本发明的特征在于：中和所用的酸可以是磷酸、硫酸、盐酸其中的一种或混合酸。

本发明的特征在于：原料热解得到燃气燃烧作为碱溶硅过程所需要的热源，不用外加能源。

本发明的特征在于：调整生产过程中钾盐、磷酸与二氧化硅的比例，根据水稻不同生长时期的需要，调整钾、硅、磷元素的比例。

本发明的先进性在于：

1.水稻秸秆灰中含有水稻生长所需全部无机元素、微量元素和特种硅元素，以水稻秸秆为原料生产硅肥，是一个自然的循环过程，是一种来自水稻的天然水稻复合肥。

2.利用水稻秸秆热解燃气作为生产硅肥过程中所需要的能量，不用外加能源，降低了生产成本，节约了化石能源。

3.调整生产过程中钾盐、磷酸与二氧化硅的比例，可根据水稻不同生长时期的需要，调整钾、硅、磷元素的比例。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：首先将水稻秸秆粉碎为10mm的颗粒，在流化床中热解为燃气和水稻秸秆灰；把水稻秸秆灰与3wt％的氢氧化钾水溶液按固液比1∶6(kg/L)的比例投入反应釜中，加热至100℃回流水解3h，过滤，固液分离，在滤液加入磷酸溶液中和至pH＝10，制备出液体硅肥。

实施例2：首先将水稻秸秆粉碎为10mm的颗粒，在流化床中热解为燃气和水稻秸秆灰；把水稻秸秆灰与3wt％的氢氧化钾水溶液按固液比1∶6(kg/L)的比例投入反应釜中，加热至100℃回流水解3h，过滤，固液分离，在滤液加入磷酸溶液中和至pH＝10，经喷雾干燥制备出固体硅肥。

实施例3：首先将水稻秸秆粉碎为10mm的颗粒，在流化床中热解为燃气和水稻秸秆灰；把水稻秸秆灰与4wt％的氢氧化钾水溶液按固液比1∶8(kg/L)的比例投入反应釜中，加热至100℃回流水解2h，过滤，固液分离，在滤液加入磷酸溶液中和至pH＝10，制备出液体硅肥。

实施例4：首先将水稻秸秆粉碎为10mm的颗粒，在流化床中热解为燃气和水稻秸秆灰；把水稻秸秆灰与4wt％的氢氧化钾水溶液按固液比1∶8(kg/L)的比例投入反应釜中，加热至100℃回流水解2h，过滤，固液分离，在滤液加入磷酸溶液中和至pH＝10，经喷雾干燥制备出固体硅肥。

实施例5：把氢氧化钾水溶液改为氢氧化钠水溶液，其他条件与实施例1相同，制备出液体硅肥。

实施例6：把氢氧化钾水溶液改为氢氧化钠水溶液，其他条件与实施例2相同，制备出固体硅肥。

实施例7：将磷酸溶液改为硫酸溶液，其他条件与实施例1相同，制备出液体硅肥。

实施例8：将磷酸溶液改为盐酸溶液，其他条件与实施例1相同，制备出液体硅肥。

实施例9：将磷酸溶液改为硫酸溶液，其他条件与实施例2相同，制备出固体硅肥。

实施例10：将磷酸溶液改为盐酸溶液，其他条件与实施例2相同，制备出固体硅肥。

Claims (6)

1.一种水稻秸秆生产硅肥的方法，其具体步骤如下：

(1)首先将水稻秸秆粉碎为10mm的颗粒，在流化床中热解为燃气和水稻秸秆灰；

(2)把热解得到的水稻秸秆灰与1～8wt％的碱溶液按固液比1∶5～10(Kg/L)的比例投入反应釜中，用(1)中热解的燃气加热至沸腾，回流水解1～4h，过滤，固液分离。

(3)滤液用酸中和至pH＝9～10，制备出液体硅肥；

(4)液体硅肥再经喷雾干燥制备固体硅肥。

2.一种如权利要求1所述的一种水稻秸秆生产硅肥的方法，其特征在于：水稻秸秆为稻壳、稻草中的一种或其混合物。

3.一种如权利要求1所述的一种水稻秸秆生产硅肥的方法，其特征在于：溶硅所用的碱为氢氧化钾、氢氧化钠其中的一种或混合碱。

4.一种如权利要求1所述的一种水稻秸秆生产硅肥的方法，其特征在于：中和所用的酸可以是磷酸、硫酸、盐酸其中一种或混合酸。

5.一种如权利要求1所述的一种水稻秸秆生产硅肥的方法，其特征在于：原料热解得到燃气燃烧作为碱溶硅过程所需要的热源，不需外加能源。

6.一种如权利要求1所述的一种水稻秸秆生产硅肥的方法，其特征在于：在生产过程中，调整钾盐、磷酸与二氧化硅的投料比，根据水稻不同生长时期的需要，调整钾、磷、硅元素的比例。