CN104973995A - 一种以废弃物为主要原料的磷肥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于废弃物回收再利用技术领域，公开了一种以废弃物为主要原料的磷肥及其制备方法。所述磷肥是由以下重量份的组分制备而成：污水污泥来源材料35～45份、煤矸石8～17份、消毒粪便20～28份、辅料9～17份。其制备方法为：将煤矸石进行预处理，然后将污水污泥来源材料、预处理后的煤矸石、消毒粪便和辅料混合，得到均匀的混合物；混合物用造粒机制成粒径小于4mm的颗粒，再于1200～1300℃的条件下进行烧结后筛分，得到一种以废弃物为主要原料的磷肥。本发明通过回收污水污泥来源材料及家畜排泄物等废弃物，节省天然磷资源、天然钙源和硅源，具有良好的推广应用价值。

Description

一种以废弃物为主要原料的磷肥及其制备方法
技术领域
本发明属于废弃物回收再利用技术领域，具体涉及一种以废弃物为主要原料的磷肥及其制备方法。
背景技术
我国人口众多，人均耕地面积很小，随着经济的快速发展，耕地面积也在逐渐减少，所以提高单位面积的产量是解决该问题的唯一方法，因此大量的化肥被施用，于此同时就存在化肥利用率低，氮磷流失严重，导致土壤、水体等一系列环境污染问题；另一方面，城市污水污泥也随着工业化生产的发展急剧增加，其中含有丰富的氮磷钾等矿物质营养元素，能够改善土壤的的物理、化学环境条件和结构状况，所以污泥进行处理后可以作为一种很好的肥料资源。
目前技术中，对于污水污泥的处理主要是填埋、焚烧、填海、织造材料等，一些被处理后的污泥如脱水污泥、干燥后的污泥、碳化污泥、污泥焚烧灰和污泥熔渣等，里面含有有机物质和无机物质，尤其含有丰富的磷，可以用来作为磷生产肥的一种天然替代磷。其中，污水污泥是通过从污水或人类粪便的废水中分离、沉淀、过滤得到的含有有机质和无机质的浑浊物质，广泛存在，比如在一些污水处理厂的沉淀池中，废水里的污垢或固体在沉淀池中沉积，以及下水道的污泥沉积盆池中的污泥等，还有一些通过用厌氧条件下微生物(消化)的泥状物得到消化污泥，都属于污水污泥。脱水污泥是具有含水量约70％至90％，通过离心分离或类似的脱水方法得到的污泥。干燥的污泥是污泥具有大约50％或更低的水含量，通过干燥该污水污泥或在阳光下或用干燥机的脱水污泥得到的。另外，碳化污泥是通过加热污水污泥，脱水污泥，或者将干燥的污泥在低氧气条件下碳化的部分或全部包含在其中的有机物质得到的污泥。在加热过程中的温度通常为200～800℃。该碳化污泥用作燃料的磷肥生产(烧结步骤)，以及作为原料的一部分，因此可以节省所需的激发相应的能量。污水污泥焚化灰是通过焚化的脱水污泥等得到的残基，在一般情况下，焚烧灰具有含有大量的SiO2。污水污泥熔渣是通过熔化污水污泥焚烧灰在1350℃以上而得到的残基。
另外，大自然中，碳酸钙，氧化钙，氢氧化钙，磷酸钙，氯化钙，硫酸钙，石灰石，生石灰，熟石灰，水泥，钢铁炉渣等，石膏，预拌混凝土污泥(包括干燥物)，废砂浆，废混凝土，以及家畜排泄物等都含有丰富的钙质。尤其是发酵的家畜排泄物，干燥的家畜排泄物，碳化家畜粪尿，家畜排泄物的焚化灰，和家畜排泄物的熔融炉渣都含有大量的CaO、K2O、P2O5，因此，可以以家畜排泄物作为钙源的补充。预拌混凝土污泥中含有大量的CaO和SiO2，并因此作为二氧化硅源以及钙源。
现有技术中，有许多以污泥焚化灰作为肥料生产的原料，但是使用的方法都是熔融法，需要消耗大量的热能，并且不能连续生产，导致生产效率低下。
发明内容
为了以上解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种以废弃物为主要原料的磷肥。
本发明的另一目的在于提供一种上述以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种以废弃物为主要原料的磷肥，由以下重量份的组分制备而成：污水污泥来源材料35～45份、煤矸石8～17份、消毒粪便20～28份、辅料9～17份。
所述的污水污泥来源材料是指脱水污泥、碳化污泥、污泥焚烧灰和污泥熔渣中的一种或两种以上的混合。
所述的消毒粪便是指发酵的家畜排泄物、干燥的家畜排泄物、碳化家畜粪便、家畜排泄物的焚化灰和家畜排泄物的熔融炉渣中的一种或两种以上的混合。
所述的辅料是指水泥、钢铁炉渣、预拌混凝土污泥、废砂浆和废弃混凝土中的一种或两种以上的混合。
所述的辅料还包括2～5重量份的土壤改良剂；所述土壤改良剂优选为磷石膏。
所述的辅料还包括6～10重量份二氧化硅源材料；所述二氧化硅源材料是指硅石、石英砂、沙、硅藻土、白砂和硅酸钙中的一种或两种以上的混合。
上述一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，包括以下制备步骤：
(1)煤矸石预处理：将煤矸石用淋溶法把其中的微量重金属元素溶出，烘干至含水量低于15％～25％；
(2)原料预混合：将污水污泥来源材料、预处理后的煤矸石、消毒粪便和辅料在搅拌机或混合器中混合，得到均匀的混合物；
(3)造粒：将步骤(2)得到的混合物用造粒机制成粒径小于4mm的颗粒；
(4)烧结：将步骤(3)的颗粒在烧结炉中于1200～1300℃的条件下进行烧结；
(5)筛分：将烧结后的物料进行筛分，得到一种以废弃物为主要原料的磷肥。
步骤(3)中所述的颗粒是指其中75％以上要求小于2.8mm的颗粒；颗粒的堆积密度为39.5～45.7kg/m3。
步骤(4)中所述的烧结炉是指回转式烧结炉。
步骤(5)中所述的筛分是指先用筛孔的尺寸为4mm的筛子进行筛分，然后再用筛孔的尺寸为2mm的筛子进行筛分。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明通过回收污泥焚烧灰或类似物，节省天然磷资源，通过回收废料和使用废物，如家畜排泄物、煤矸石和预拌混凝土污泥等节省天然钙源和硅源；
(2)本发明的制备方法耗能低，有助于节能，连续生产使用回转式烧结炉，生产效率高，在烧结前将混合原料进行粒化，提高磷肥的产率；
(3)本发明的磷肥提供植物所需的有机和无机营养成分，同时还能改善土壤结构的形成，保证植物生长所需的水分和氧气。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例的一种以废弃物为主要原料的磷肥，按重量份计，由35份污水污泥来源材料、8份煤矸石、20份消毒粪便作为主要原料，辅以9份辅料制备而成；
所述的污水污泥来源材料为：脱水污泥、碳化污泥、污泥焚烧灰和污泥熔渣按1:1:1:1的重量比例的混合物；所述消毒粪便为：发酵的家畜排泄物与干燥的家畜排泄物按照1:2的重量比例的混合物；所述辅料为：水泥、钢铁炉渣和预拌混凝土污泥按照4:3:1的重量比例的混合物。
本实施例的一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)煤矸石预处理：将煤矸石用淋溶法把其中的微量重金属元素溶出，烘干至含水量低于15％；
(2)原料预混合：将污水污泥来源材料、预处理后的煤矸石、消毒粪便和辅料在搅拌机中混合，得到均匀的混合物；
(3)造粒：将所述混合物用造粒机制成粒径小于4mm的颗粒，其中75％以上要求小于2.8mm，所述颗粒堆积密度为39.5kg/m3；
(4)烧结：将造粒后的混合物通过烧结炉在1200℃的条件下进行烧结，连续生产时使用的烧结炉为回转式烧结炉；
(5)筛分：将烧结后的物料先用筛孔的尺寸为4mm的筛子进行筛分，然后再用筛孔的尺寸为2mm的筛子进行筛分，得到一种以废弃物为主要原料的磷肥。
实施例2
本实施例的一种以废弃物为主要原料的磷肥，由40份污水污泥来源材料、12.5份煤矸石、24份消毒粪便作为主要原料，辅以24.5份辅料制备而成；
所述的污水污泥来源材料为：脱水污泥、碳化污泥、污泥焚烧灰、污泥熔渣按1:2:5:6的重量比例的混合物；所述消毒粪便为：发酵的家畜排泄物、干燥的家畜排泄物、碳化家畜粪便、家畜排泄物的焚化灰和家畜排泄物的熔融炉渣按1:1:1:1:1的重量比例的混合物；所述辅料为：水泥、钢铁炉渣、预拌混凝土的污泥、废砂浆、废弃混凝土按3:1:5:2:1的重量比例的混合物,再加上3.5重量份的磷石膏与8重量份的二氧化硅源材料；所述二氧化硅源材料为：硅石、石英砂、废弃混凝土、硅酸钙按1:2:1:3的重量比例的混合物。
本实施例的一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)煤矸石预处理：将煤矸石用淋溶法把其中的微量重金属元素溶出，烘干至含水量低于20％；
(2)原料预混合：将污水污泥来源材料、预处理后的煤矸石、消毒粪便和辅料在混合器中混合，得到均匀的混合物；
(3)造粒：将所述混合物用造粒机制成粒径小于4mm的颗粒，其中75％以上要求小于2.8mm，所述颗粒堆积密度为42.6kg/m3；
(4)烧结：将造粒后的混合物通过烧结炉在1250℃的条件下进行烧结，连续生产时使用的烧结炉为回转式烧结炉；
(5)筛分：将烧结后的物料先用筛孔的尺寸为4mm的筛子进行筛分，然后再用筛孔的尺寸为2mm的筛子进行筛分，得到一种以废弃物为主要原料的磷肥。
实施例3
本实施例的一种以废弃物为主要原料的磷肥，由45份污水污泥来源材料、17份煤矸石、28份消毒粪便作为主要原料，辅以32份辅料制备而成；
所述的污水污泥来源材料为：脱水污泥、碳化污泥、污泥焚烧灰、污泥熔渣按照1:2:2:5的重量比例的混合物；所述消毒粪便为：发酵的家畜排泄物、干燥的家畜排泄物、碳化家畜粪便、家畜排泄物的焚化灰和家畜排泄物的熔融炉渣按照2:4:7:5:1的重量比例的混合物；所述辅料为：水泥、钢铁炉渣、预拌混凝土污泥按照5:4:1的重量比例的混合物，再加上5份磷石膏与10份二氧化硅源材料，所述二氧化硅源材料为：硅石、石英砂、沙、硅藻土、白砂、硅酸钙按0.1:2:1:0.5:0.3:1的重量比例的混合物。
本实施例的一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，具体制备步骤如下：
(1)煤矸石预处理：将煤矸石用淋溶法把其中的微量重金属元素溶出，烘干至含水量低于25％；
(2)原料预混合：将污水污泥来源材料、预处理后的煤矸石、消毒粪便和辅料在搅拌机中混合，得到均匀的混合物；
(3)造粒：将所述混合物用造粒机制成粒径小于4mm的颗粒，其中75％以上要求小于2.8mm，所述颗粒堆积密度为45.7kg/m3；
(4)烧结：将造粒后的混合物通过烧结炉在1300℃的条件下进行烧结，连续生产时使用的烧结炉为回转式烧结炉；
(5)筛分：将烧结后的物料先用筛孔的尺寸为4mm的筛子进行筛分，然后再用筛孔的尺寸为2mm的筛子进行筛分，得到一种以废弃物为主要原料的磷肥。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种以废弃物为主要原料的磷肥，其特征在于：由以下重量份的组分制备而成：污水污泥来源材料35～45份、煤矸石8～17份、消毒粪便20～28份、辅料9～17份。
2.根据权利要求1所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥，其特征在于：所述的污水污泥来源材料是指脱水污泥、碳化污泥、污泥焚烧灰和污泥熔渣中的一种或两种以上的混合。
3.根据权利要求1所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥，其特征在于：所述的消毒粪便是指发酵的家畜排泄物、干燥的家畜排泄物、碳化家畜粪便、家畜排泄物的焚化灰和家畜排泄物的熔融炉渣中的一种或两种以上的混合。
4.根据权利要求1所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥，其特征在于：所述的辅料是指水泥、钢铁炉渣、预拌混凝土污泥、废砂浆和废弃混凝土中的一种或两种以上的混合。
5.根据权利要求1所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥，其特征在于：所述的辅料还包括2～5重量份的土壤改良剂；所述的土壤改良剂是指磷石膏。
6.根据权利要求1所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥，其特征在于：所述的辅料还包括6～10重量份的二氧化硅源材料；所述的二氧化硅源材料是指硅石、石英砂、沙、硅藻土、白砂和硅酸钙中的一种或两种以上的混合。
7.权利要求1～6任一项所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：
(1)煤矸石预处理：将煤矸石用淋溶法把其中的微量重金属元素溶出，烘干至含水量低于15％～25％；
(2)原料预混合：将污水污泥来源材料、预处理后的煤矸石、消毒粪便和辅料在搅拌机或混合器中混合，得到均匀的混合物；
(3)造粒：将步骤(2)得到的混合物用造粒机制成粒径小于4mm的颗粒；
(4)烧结：将步骤(3)的颗粒在烧结炉中于1200～1300℃的条件下进行烧结；
(5)筛分：将烧结后的物料进行筛分，得到一种以废弃物为主要原料的磷肥。
8.根据权利要求7所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的颗粒是指其中75％以上的颗粒粒径小于2.8mm的颗粒；颗粒的堆积密度为39.5～45.7kg/m3。
9.根据权利要求7所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的烧结炉是指回转式烧结炉。
10.根据权利要求7所述的一种以废弃物为主要原料的磷肥的制备方法，其特征在于：步骤(5)中所述的筛分是指先用筛孔的尺寸为4mm的筛子进行筛分，然后再用筛孔的尺寸为2mm的筛子进行筛分。
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