CN103553571B - 一种地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制备方法，该方法选择粘土和炉渣，通过原材料选择、制备、模具制造、浇注、烧结等工艺制备，制备的该地埋式微孔陶瓷根灌灌水器结构简单，可在低压供水状态下工作，当工作水头为0.5m-1m时，灌水器流量为4.2-8.5L/h，可每株树可配备1-2个地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。制备方法简单，取材方便，价格低廉，埋入地下使用寿命为15年以上，每个灌水器造价在0.5元左右，较常规根灌器节省一次性投资30％以上，能耗费降低20％以上，并且能有效防止堵塞问题。对节水灌溉技术的发展具有重要的现实意义。

Description

一种地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制备方法

技术领域

本发明属于旱区农业经济林灌溉技术领域，特别涉及一种微孔陶瓷根灌灌水器的制备方法。

背景技术

微灌作为最省水的灌溉技术，为越来越多种类大田和经济作物的灌溉所采用，针对不同作物的需水要求和灌溉制度，开发相应的灌水器是微灌发展的需求。

目前微孔陶瓷主要应用于各种液体与气体的过滤，如工业用水、生活用水的过滤等，是一种孔径为微米级（或亚微米级）的多孔陶瓷材料，具有性质稳定、抗腐蚀能力较强、孔径分布均匀且狭窄、成本低、使用寿命长等优点。微孔陶瓷一般采用贫瘠粘土、废矿渣以及电厂粉煤灰、玻璃厂下脚料等作为原料，炉渣是煤炭在生活中所用的各类小型锅炉中燃烧后所残留的固体废弃产物，由于煤炭在燃烧过程中进入大量空气，冷却后又逃逸，导致生成的炉渣具有多孔结构，炉渣的多孔结构以及其自身含有的多种碱性氧化物，如氧化钙、三氧化二铝等，使得其可以有效的对水中的有机物和悬浮物有一定的吸附、絮凝和过滤作用。

国内外关于陶瓷在灌溉中应用报道较少，仅对多孔陶瓷在负压灌溉中应用有少量探索研究。1991年，谷川寅彦等人提出了一种低压的渗灌装置，该装置采用了一种透水系数较小的素烧管，通过调节水头对作物供水，研究了不同水头和透水系数对灌水量和土壤浸润情况的影响，并对多孔陶瓷低压渗灌的原理进行了讨论。2003年李晓宏提出了一种将特制陶罐埋入土中盖膜盛水的节水灌溉方法。该方法利用了罐壁的微孔使水分缓慢渗入土中进行灌溉，具有不形成径流和深层渗漏，不造成土壤板结，减少地表蒸发的优点。2001年刘明池采用一种新型的灌水材料——陶土管，使用负压控制技术，研究建立了陶土管自动控水灌水蔬菜栽培系统。该系统自动调控土壤水分,使土壤含水量一直处于最适宜作物生长的范围，从而达到增产的目的。但是该系统投资较大，不利于实际推广应用。雷廷武于2004年提出了一种新型的陶瓷负压节水灌溉技术，从理论上解释了负压灌溉的原理。江培福于2006年采用陶瓷和纤维两种灌水器进一步验证了负压灌溉的可行性，同时分析了两种不同的土壤对负压灌溉的适应情况。此后，梁锦陶、赵亚楠等也分别采用陶土头作为研究对象分别从供水水头、材料对比等方面验证了负压灌溉的可行性。2010年张涛利用新疆昌吉粘土添加造孔剂后烧制而成一种粗陶微孔渗灌地埋装置，并在枣树试验田中进行试验，得出该种节水灌溉装置节水、增产效果较好，适宜于大面积推广。上述研究，仅对陶瓷材料在低压与负压灌溉中的可行性进行了探索研究，并没有形成能够大量利用于实践的陶瓷灌水器。

发明内容

针对微灌中存在的灌水器易堵塞、堵塞后不易发现、工作压力高、造价高、制造工艺复杂等问题，本发明的目的在于，提供一种地埋式微灌陶瓷根灌灌水器的制备方法，该方法利用粘土和炉渣作为原材料，并根据地下滴灌流量和压力要求烧制成灌水器，制备的该地埋式微灌陶瓷根灌灌水器，可直接承插在与毛管相连的三通管上，埋入地面以下，有利于耕作，特别适用于山地经济林灌溉。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制备方法，其特征在于，具体包括下列步骤：

（1）原材料的选择与制备

原材料选择粘土和炉渣，其中，粘土作为粘结剂，炉渣作为增孔剂；

粘土选取时，在田间先经30目标准筛筛分，去除土中较大的粘连颗粒及植物残叶根系，然后将土样装入预制土箱中，干燥40d～60d备用；

待预制土箱中的土样完全干燥后，经震动筛分仪过80目标准筛，筛分出颗粒粒径为≦0.177mm的粘土颗粒；

炉渣选取时，预先经过30目标准筛进行筛分，取筛下的炉渣置于105℃烘箱中干燥12小时；干燥后的炉渣经震动筛分仪过80目标准筛，则筛分出颗粒粒径为≦0.177mm的炉渣颗粒；

（2）材料混合

将粘土颗粒和炉渣颗粒以7：3的质量比混合，置入变频行星球磨机中高速球磨2小时；

球磨后的粉末在容器中搅拌均匀后，加入适量的水继续搅拌5min，制成浆料；

（3）模具制造

制造地埋式微孔陶瓷根灌灌水器模具，模具中的参数为：

外径D1=8cm，内径D2=6cm，腔体外部高度H1=12cm，腔体内部高度H2=10cm，进水口内部高度h1=4cm，进水口外部高度h2=3cm，进水口内径D3=2cm，进水口外径D4=4cm；

（4）浇筑干燥

将混合后的浆料浇筑于地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的模具中，然后置于温度为25℃的恒温常压环境中，自然干燥72小时；

（5）烧结

将干燥后的试样置于烧结炉中，以100℃/min的速率升温至950℃±250℃，在此温度下保温1.5h，然后降至室温，即可得到地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。

本发明制备的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，不同于之前的微灌灌水器，由于采用了粘土和炉渣，所烧结成的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器中的微孔具有很好的消能效果，改进了此前各类灌水器所采用的消能方式；由于其良好的过滤作用可以有效的防止物理堵塞，提高灌水器的使用年限。本发明制备的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，生产成本较低，使用寿命为15年以上，每个地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的造价在0.5元左右，较常规的微灌灌水器节省一次性投资30％以上。由于该地埋式微孔陶瓷根灌灌水器能够在低水头下工作（1m以下），较常规的微灌灌水器的工作水头（10m）降低了9m，因此能耗费降低20％以上，因此对节水灌溉技术的发展具有重要的实际意义。

本发明的方法制备的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，可在低压供水状态下工作，当设计工作压力为0.5-1m时，灌水器流量为4.2L/h～8.5L/h，可每株树可配备1-2个地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。

附图说明

图1为本发明的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的模具剖面图；

图2为图1的仰视图；

图3为采用本发明的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器使用示意图；

图4为本发明制备的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的压力流量关系曲线，其中，横坐标为压力（m），纵坐标为流量（L/h）；

图中的标记分别表示：1、外套，2、内壁，3、腔体，4、进水口，5、灌水器，6、三通，7、毛管。

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

具体实施方式

申请人在研究发现，粘土中的土壤颗粒组成为：粘粒：5.46%、粉粒：29.26%、沙粒：65.28%；而且粘土所含的化学成分主要是高岭石、石脂、蒙脱石、蛭石、伊利石、水铝英石。

炉渣所含的化学成分主要是二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁。

申请人利用粘土和炉渣作为原材料，开发出一种新的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，利用粘土和炉渣烧结形成地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，其中的微孔作为消能方式，改进了此前各类灌水器所采用的消能方式，所制备的该地埋式微孔陶瓷根灌灌水器具有良好的过滤作用可以有效的防止物理堵塞，提高灌水器的使用年限，为微灌灌水器的开发提供了一条新思路。

参见图1和图2，本实施例给出一种地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制备方法，具体包括下列步骤：

（1）原材料的制备

原材料选择粘土和炉渣，其中，粘土作为粘结剂，炉渣作为增孔剂。

（2）原材料制备

粘土选取时，在田间先经30目标准筛筛分，去除土中较大的粘连颗粒与植物残叶根系等物质，然后将土样装入预制土箱中，干燥40d～60d备用。

待预制土箱中的土样完全干燥后，经震动筛分仪过80目标准筛，筛分出颗粒粒径为≦0.177mm的粘土颗粒。

炉渣预先经过30目标准筛筛分，筛除其中烧结的大颗粒与未烧结的大颗粒碳；筛下物置于105℃烘箱中干燥12h；

取干燥后的炉渣，经震动筛分仪过80目标准筛，则筛分出颗粒粒径为≦0.177mm的炉渣颗粒。

（3）材料混合

将粘土颗粒和炉渣颗粒以7：3的质量比混合，置入变频行星球磨机中高速球磨2h；

球磨后的粉末在容器中搅拌均匀后，加入适量的水继续搅拌5min，制成浆料；

（4）模具制造

制造地埋式微孔陶瓷根灌灌水器模具，模具中的参数如附图1和2所示：

外径D1=8cm，内径D2=6cm，腔体外部高度H1=12cm，腔体内部高度H2=10cm，进水口内部高度h1=4cm，进水口外部高度h2=3cm，进水口内径D3=2cm，外径D4=4cm。

（5）浇筑风干

将混合后的浆料浇筑于模具中，然后将浇筑好的试样置于温度为25℃的恒温常压环境中自然干燥成型72h，由于试样在干燥过程中水分蒸发，试样有较小程度的体积收缩，因此可以较为方便的将试样从模具中取出。

（6）烧结

将试样置于烧结炉中，以100℃/min的速率升温至1050℃，在此温度下保温1.5h，然后降至室温，即可得到地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。

烧结需要控制的温度环节是：烧成温度、升温速率、保温温度和时间。一般情况下，陶器的烧成温度为950℃±250℃，在烧结温度高于原料熔点的三分之二时，坯体中的各种成分间开始发生各种复杂的化学反应，逐渐烧结。如果烧结温度太低，原料中的各种成分间未发生化学反应而不能烧成；如果烧结温度太高，超过原料的熔点，固态物质便会融化，使陶器的结构形状发生改变。

参见图3，上述实施例制备的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，可以和毛管系统组成滴灌系统，即将地埋式微孔陶瓷根灌灌水器直接承插在与毛管相连的三通管上，地埋式微孔陶瓷根灌灌水器和毛管全部埋于地下，灌溉水通过毛管进入地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，然后从地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的微孔中渗出湿润土壤。

参见图4，随供水压力增大，根灌器出水量逐渐增大，当供水压力为0.5m-1m时，流量为4.2L/h-8.5L/h。

Claims (1)

1.一种地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制备方法，其特征在于，具体包括下列步骤：

（1）原材料的选择与制备

原材料选择粘土和炉渣，其中，粘土作为粘结剂，炉渣作为增孔剂；

粘土选取时，在田间先经30目标准筛筛分，去除土中较大的粘连颗粒及植物残叶根系，然后将土样装入预制土箱中，干燥40d～60d备用；

待预制土箱中的土样完全干燥后，经震动筛分仪过80目标准筛，筛分出颗粒粒径为≦0.177mm的粘土颗粒；

炉渣选取时，预先经过30目标准筛进行筛分，取筛下的炉渣置于105℃烘箱中干燥12小时；干燥后的炉渣经震动筛分仪过80目标准筛，则筛分出颗粒粒径为≦0.177mm的炉渣颗粒；

（2）材料混合

将粘土颗粒和炉渣颗粒以7：3的质量比混合，置入变频行星球磨机中高速球磨2小时；

球磨后的粉末在500ml烧杯中搅拌均匀后，加入适量的水继续搅拌5min，制成浆料；

（3）模具制造

制造地埋式微孔陶瓷根灌灌水器模具，模具中的参数为：

外径D1=8cm，内径D2=6cm，腔体外部高度H1=12cm，腔体内部高度H2=10cm，进水口内部高度h1=4cm，进水口外部高度h2=3cm，进水口内径D3=2cm，进水口外径D4=4cm；

（4）浇筑干燥

将混合后的浆料浇筑于地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的模具中，然后置于温度为25℃的恒温常压环境中，自然干燥72小时；

（5）烧结

将干燥后的试样置于烧结炉中，以100℃/min的速率升温至950℃±250℃，在此温度下保温1.5h，然后降至室温，即可得到地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。