CN104909934A - 一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，通过将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成小段，置于烘箱，再粉碎过筛，将生石灰石球磨粉碎过筛，将粉碎秸秆与石灰石粉末混合后，再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将混合物挤压成条状，在氮气环境下无氧煅烧，最后将烧制后的产物过筛制得生物炭缓释钙肥。采用该方法，可以将钙包裹于生物炭颗粒中，通过生物炭与生石灰一起煅烧，在降低能耗提高生物炭产出的同时，还可将生石灰包被在生物炭颗粒内部，起到缓释钙肥和缓慢调节土壤pH的目的。
Description
技术领域
本发明属于肥料生产技术领域，涉及一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法。
背景技术
我国每年农业生产农作物秸秆大约六亿吨左右，而秸秆的利用率却相对较低，大量的秸秆被就地焚烧，不仅浪费了大量的能源，还造成地力损失、环境严重污染等问题。农作物中除包含大量能量外，还含有大量的营养元素，我国每年生产的农作物秸秆中的氮、钙、钾的含量约为目前所使用化肥量的25%左右，因此将秸秆有效地利用具有重要的意义。
生物炭通常指以生物质资源为基础，在缺氧条件下不完全燃烧所得到的富含碳的物质，生物炭农用是解决秸秆利用问题的重要方法。国内外的研究表明生物炭施入土壤后可以改善土壤理化性质，提高肥料利用率，增加作物产量，在农业可持续发展中有着重要的作用（张伟明，2013）。生物炭具有巨大的比表面积和吸附性能，与肥料结合后可以有效的避免肥料的流失，提高肥料的利用效率。
在申请公布号为CN 104177194 A 的专利中公开了一种炭基硒肥的制备方法，采用生物炭吸附微生物及硒肥。在专利公布号为CN 103319265 A的专利中公开了一种菜地专用炭基缓释氮肥，其采用生物炭、凹凸棒土、木质素磺酸钙为原料，经过搅拌、烘干、造粒工艺制造而成。在公布号为CN 103833445 A的专利中公开了一种有机农业生物碳复合肥的制备方法，其先将秸秆烧制成生物炭后，再与石灰石、粘土等混合造粒。在申请公布号为CN 102424642 A 的专利中，公示了一种生物炭基缓释氮肥的生产方法，其采用玉米秸秆或木屑制得生物炭后与硝酸铵和尿素溶液混合，搅拌后烘干。在诸多公布的专利中，生物炭基肥的制作都采用生物炭物理掺混的方法，都是利用了生物碳的吸附性能。然而，物理吸附在生物炭的表面，还会造成肥料的大量流失，且生物炭的吸附能力在不同土壤中会因为土壤电解质的不同而发生较大的变化。
钙是植物生长最重要的元素之一，且其在土壤中起到重要的调节土壤酸度的作用。在南方的酸性土壤中，由于长期的淋洗，钙含量相对较低，土壤酸度较高，通过添加生石灰是降低土壤酸度最快捷的方式，但其存在有效时间短、钙以快速流失、与其他养分结合降低养分的生物有效性等弊端。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，在烧制生物炭的过程中，充分利用烧制过程中的高温条件，将石灰石烧制成生石灰，并将钙紧密的结合在生物碳颗粒中，该生物炭基钙肥施入土壤后可缓慢释放钙素，缓慢提高酸化土壤的pH。
本发明方法通过以下步骤实现：
（1）秸秆预处理：将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于95-115℃的烘箱中烘干15-25min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛；
（2）粉碎石灰石：将生石灰石球磨粉碎，过100目筛；
（3）将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石粉末按照质量比100:5-20的比例混合，之后将混合物置于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触；
（4）将再次磨细的混合物挤压成条状，长度1-2cm，直径约为0.5-0.8cm，在300-600℃条件下氮气隔氧煅烧2h，过10-60目筛，制得生物炭缓释钙肥。
本发明方法，利用石灰的生产过程主要是高温下煅烧石灰石，发生反应CaCO3= CaO+CO2，在煅烧过程中放出大量的二氧化碳，可以更好地隔绝氧气，更好地为生物炭提供无氧环境，生物炭烧制过程中发生复杂的氧化反应，生物炭与石灰石会起到对彼此催化的作用，通过将生物炭与石灰石一起煅烧，还可将生石灰包被在生物炭颗粒内部，起到缓释钙肥和缓慢调节土壤pH的目的。本发明方法设计合理，原料来源方便，操作简便，成本低，实用性强。
附图说明
图1是添加石灰石及温度对生物炭得率的影响。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
实施例1
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:5的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例2
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:10的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例3
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:20的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例4
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:5的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例5
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:10的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例6
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:20的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例7
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:5的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例8
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:10的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
实施例9
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将过10目筛的粉碎秸秆与过100目筛的石灰石按照100:20的比例混合，之后将混合后的秸秆与石灰石放于磨样机中再次磨细，以保证生石灰与秸秆彻底混匀，并且两者紧密接触，将秸秆与石灰石的混合物挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭缓释钙肥。
对比例1
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将秸秆挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下300℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭空白样品。
对比例2
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将秸秆挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下500℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭空白样品。
对比例3
将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成5cm的小段，放置于115℃的烘箱中烘干15min，将烘干的秸秆粉碎过10目筛，将石灰石球磨粉碎，过100目筛，将秸秆挤压成条状，长度1cm，直径为0.5cm，在氮气隔氧环境下600℃煅烧2h，最后将烧制后的产物粉碎过10目筛制得生物炭空白样品。
从图1可以看出，添加石灰石显著提高了生物炭的得率，生物炭的产出得到了大幅度的提升。对比例1为300℃烧制温度下不添加石灰石的处理，其得率为57.3%，而添加20%石灰石的同温度处理实施例1其得率则为74.8%，生物炭得率显著提高。对比例2为500℃烧制温度下不添加石灰石处理，其得率为39.0%，实施例4、5、6分别为同温度添加5%、10%、20%石灰石处理，其得率分别为41.3% 、45.3%、53.1%。对比例3为700℃烧制温度下不添加石灰石处理，其得率为36.0%，实施例7、8、9分别为同温度添加5%、10%、20%石灰石处理，其得率分别为35.6% 、42.6%、50.1%。综上所述，石灰石有效的催化了秸秆的炭化过程，有效地提高了生物炭的得率。
从表1可以看出，添加石灰石后钙素供应远高于未添加石灰石生物炭，且钙素缓慢持续释放。对比例1为300℃烧制温度下不添加石灰石处理，其第一次提取的钙素含量为0.15g/kg，实施例1、2、3分别为同温度添加5%、10%、20%石灰石处理，第一次提取的钙素含量为0.97、1.30、1.60g/kg。在500、600℃条件下，添加石灰石均显著提高了钙素的供应。从多次提取的钙素含量可以看出，石灰石与秸秆一同煅烧，降低了钙素的释放速率，起到了缓释钙素的作用。在田间环境下，可以有效地持续供应钙素，提高钙的生物有效性。
Claims (7)
1.一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
（1）秸秆预处理：将采集到的自然风干的秸秆去除杂物，剪成小段，放置于烘箱中烘干，将烘干的秸秆粉碎过筛；
（2）粉碎石灰石：将石灰石球磨粉碎，过筛；
（3）将过筛粉碎的秸秆与过筛的石灰石粉末按照质量比100:5-20的比例混合，再次置于磨样机中磨细；
（4）将混合物挤压成条状，在300-600℃条件下氮气隔氧煅烧2小时，过筛制得生物炭缓释钙肥。
2.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，其特征在于，步骤（1）中烘干温度为95-115℃，烘干时间为15-25min。
3.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，其特征在于，步骤（1）中秸秆粉碎过10目筛。
4.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，其特征在于，步骤（2）中石灰石磨碎后过100目筛。
5.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，其特征在于，步骤（3）中再次置于磨样机中粉碎混匀1-3min。
6.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，其特征在于，步骤（4）中将混合物挤压成长度为1-2cm，直径为0.5-0.8cm的条状。
7.根据权利要求1所述的一种利用作物秸秆生产缓释钙肥的方法，其特征在于，步骤（4）中将煅烧后混合物过10-60目筛。
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