CN107778087A - 矿区土地专用肥料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

矿区土地专用肥料的制备方法，包括制备花生壳粉包覆花生粕的微粒的步骤、制备牛粪生物炭的步骤、制备玉米秸秆生物炭的步骤、制备改性膨润土的步骤以及最终制备粒度为1~2mm的肥料的步骤。本发明中，改性膨润土包裹在预聚体表面形成涂层，能够有效吸附矿区土壤中有利于作物生长的营养因素，调节土壤环境；肥料被吸收到一定程度时，肥料在外部环境的作用下裂解，包裹在涂层内的物质暴漏在土壤中，进一步为作物提供养分。

Description

矿区土地专用肥料的制备方法
技术领域
本发明涉及土壤肥料技术领域，具体涉及一种矿区土地专用肥料的制备方法。
背景技术
矿区是以采矿、加工为主导产业发展起来并走上工业化道路的一类社区。受生产建设扰动影响，矿区原有生态系统被破坏，由于矿区生态的脆弱性、敏感性以及功能不全的特点，矿区生态已经无法通过自身的自净能力完成对采矿排出的废物进行净化分解，长期的生产活动造成生物群落的演替极度缓慢。矿区土地存在肥力降低、熟化程度下降和可耕性不良的缺陷，要想完成矿区的生态重建，需依靠人类的环境保护和生态修复等措施，进而改善土壤质地。
发明内容
本发明的目的是提供一种矿区土地专用肥料的制备方法，利用多种原料的相互作用，增强土壤的改良效果，减少矿区废弃物等对土壤的破坏。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：矿区土地专用肥料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、取花生壳置于粉碎机中进行粉碎，然后过80目筛得花生壳粉，在花生壳粉中加入质量分数为0.6%的纤维素酶溶液，在温度为26~32℃的罐体中超声波震荡处理60~90min，静置0.5h，备用；其中，所加果胶酶溶液的体积与花生壳粉重量的比例为0.6mL：1g，超声波的频率为16~20KHz；
步骤二、取花生粕置于粉碎机中进行粉碎，然后过100目筛，将粉碎后的花生粕中添加花生粕2~3倍的水，并加入糖化酶，在温度为42~55℃的罐体中恒温加热40~45min，冷却待用；通过喷雾干燥法，将花生粕和步骤一制得的花生壳粉按照1：1的重量比对流喷雾，制得花生壳粉包覆花生粕的微粒，备用；其中，每克花生粕料中添加180U糖化酶；
步骤三、取牛粪在32~40℃的温度下烘干后，置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛，在200~350℃的真空管式炉中热解35~60min，制得牛粪生物炭，备用；
步骤四、取玉米秸秆置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛得玉米秸秆粉，添加其3倍重量的氯化锌溶液，浸泡8~10h后，将玉米秸秆粉移至炭化炉中，于35~40℃温度下密闭炭化，每间隔30min将玉米秸秆粉降温2%并翻搅一次，炭化时间为2.5~3h，取出玉米秸秆粉，烘干后制得玉米秸秆生物炭，备用；
步骤五、取膨润土粉碎至120目，将其浸于Ph=0.1的磷酸溶液中浸泡1~2h后，抽滤去液，并用蒸馏水将滤液洗至中性，于140~150℃下干燥，制得改性膨润土，备用；
步骤六、按照5：1：4的重量比，依次称取风化煤、煤矸石和粉煤灰，然后称取重量依次为风化煤、煤矸石和粉煤灰总重量40~55%步骤二制得的微粒、15~22%步骤三制得的牛粪生物炭、15~22%步骤四制得的玉米秸秆生物炭、7~9%步骤五制得的改性膨润土以及1~12%的粘结剂，将风化煤、煤矸石、粉煤灰和微粒混合后，在20~40℃下好氧发酵5~8h后，加入牛粪生物炭和玉米秸秆生物炭，在60~80℃下好氧发酵20~24h后，加入粘结剂，混合均匀后造粒，制得预聚体；将改性膨润土与温度为60~80℃的氮气混合，在1.5~3.5MPa的压力下将改性膨润土喷涂到预聚体上，制得粒度为1~2mm的肥料。
本发明中，步骤二中所采用的花生粕为压榨法提炼花生油后得到的花生粕。
进一步的，步骤三中，真空管式炉中为氮气气氛。
进一步的，步骤四中所采用的氯化锌溶液的相对密度为1.46。
本发明利用改性膨润土与气体的高速混合气流，经加速后与预聚体相碰撞，改性膨润土产生剧烈的变形而包裹在预聚体表面形成涂层，在施肥时，能够降低土壤容重；本发明仅对压缩气体氮气进行预热，避免高温对改性膨润土性能的影响。
本发明步骤四制得的玉米秸秆生物炭，在施肥时能够中和矿区土壤酸度，且玉米秸秆生物炭可以抑制矿区土壤中氮的矿化。
有益效果：1、本发明的肥料利用牛粪生物炭和玉米秸秆生物炭与发酵后的风化煤、煤矸石、粉煤灰和微粒混合，在经过发酵后，生物炭能够与前述原料形成团聚体，在对矿区土壤施肥时，能够增加土壤孔隙度和通气性，改善土壤质量，由于生物炭表面具有孔隙，原料与生物炭结合后，生物炭表面形成微生物可栖息生活的环境，从而增加了矿区土壤中微生物的数量；同时，生物炭表面含有酸碱含氧官能团，能够与矿区土壤中的重金属发生反应而降低毒性。
2、本发明利用花生壳粉包覆花生粕制成微粒，微粒对矿区作物的生长作用表现在，微粒能够改善矿区贫瘠或退化的土壤，生物炭配合微粒的协同作用，能够改善作物多氮和磷的吸收，其中，生物炭是针对矿区土壤进行改良，可以延长肥料养分的释放期，微粒可以弥补生物炭养分不足的缺陷。
3、膨润土经改性后，微观表面结构较为疏松，改性膨润土包裹在预聚体表面形成涂层，能够有效吸附矿区土壤中有利于作物生长的营养因素，调节土壤环境；肥料被吸收到一定程度时，肥料在外部环境的作用下裂解，包裹在涂层内的物质暴漏在土壤中，进一步为作物提供养分。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的矿区土地专用肥料的制备方法作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。
实施例1
矿区土地专用肥料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取花生壳置于粉碎机中进行粉碎，然后过80目筛得花生壳粉，在花生壳粉中加入质量分数为0.6%的纤维素酶溶液，在温度为32℃的罐体中超声波震荡处理70min，静置0.5h，备用；其中，所加果胶酶溶液的体积与花生壳粉重量的比例为0.6mL：1g，超声波的频率为18KHz；
步骤二、取花生粕置于粉碎机中进行粉碎，然后过100目筛，将粉碎后的花生粕中添加花生粕3倍的水，并加入糖化酶，在温度为50℃的罐体中恒温加热40min，冷却待用；通过喷雾干燥法，将花生粕和步骤一制得的花生壳粉按照1：1的重量比对流喷雾，制得花生壳粉包覆花生粕的微粒，备用；其中，每克花生粕料中添加180U糖化酶；
步骤三、取牛粪在40℃的温度下烘干后，置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛，在300℃的真空管式炉中热解40min，制得牛粪生物炭，备用；其中，真空管式炉中为氮气气氛；
步骤四、取玉米秸秆置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛得玉米秸秆粉，添加其3倍重量的相对密度为1.46的氯化锌溶液，浸泡8h后，将玉米秸秆粉移至炭化炉中，于40℃温度下密闭炭化，每间隔30min将玉米秸秆粉降温2%并翻搅一次，炭化时间为2.5h，取出玉米秸秆粉，烘干后制得玉米秸秆生物炭，备用；
步骤五、取膨润土粉碎至120目，将其浸于Ph=0.1的磷酸溶液中浸泡1h后，抽滤去液，并用蒸馏水将滤液洗至中性，于150℃下干燥，制得改性膨润土，备用；
步骤六、按照5：1：4的重量比，依次称取风化煤、煤矸石和粉煤灰，然后称取重量依次为风化煤、煤矸石和粉煤灰总重量55%步骤二制得的微粒、15%步骤三制得的牛粪生物炭、22%步骤四制得的玉米秸秆生物炭、7%步骤五制得的改性膨润土以及12%的粘结剂，将风化煤、煤矸石、粉煤灰和微粒混合后，在40℃下好氧发酵5h后，加入牛粪生物炭和玉米秸秆生物炭，在80℃下好氧发酵20h后，加入粘结剂，混合均匀后造粒，制得预聚体；将改性膨润土与温度为60℃的氮气混合，在3.5MPa的压力下将改性膨润土喷涂到预聚体上，制得粒度为1~2mm的肥料。
其中，生物炭与改性膨润土的协同作用，能够控制肥料中的氮、磷和钾等营养元素的释放速率，在不影响作物生长的前提下，减少肥料的施用量，提高肥料的利用率。
实施例2
矿区土地专用肥料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取花生壳置于粉碎机中进行粉碎，然后过80目筛得花生壳粉，在花生壳粉中加入质量分数为0.6%的纤维素酶溶液，在温度为30℃的罐体中超声波震荡处理60min，静置0.5h，备用；其中，所加果胶酶溶液的体积与花生壳粉重量的比例为0.6mL：1g，超声波的频率为16KHz；
步骤二、取花生粕置于粉碎机中进行粉碎，然后过100目筛，将粉碎后的花生粕中添加花生粕2倍的水，并加入糖化酶，在温度为42℃的罐体中恒温加热45min，冷却待用；通过喷雾干燥法，将花生粕和步骤一制得的花生壳粉按照1：1的重量比对流喷雾，制得花生壳粉包覆花生粕的微粒，备用；其中，每克花生粕料中添加180U糖化酶；
步骤三、取牛粪在35℃的温度下烘干后，置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛，在350℃的真空管式炉中热解35min，制得牛粪生物炭；其中，真空管式炉中为氮气气氛。
步骤四、取玉米秸秆置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛得玉米秸秆粉，添加其3倍重量的氯化锌溶液，浸泡9h后，将玉米秸秆粉移至炭化炉中，于37℃温度下密闭炭化，每间隔30min将玉米秸秆粉降温2%并翻搅一次，炭化时间为2.7h，取出玉米秸秆粉，烘干后制得玉米秸秆生物炭，备用；
步骤五、取膨润土粉碎至120目，将其浸于Ph=0.1的磷酸溶液中浸泡2h后，抽滤去液，并用蒸馏水将滤液洗至中性，于140℃下干燥，制得改性膨润土，备用；
步骤六、按照5：1：4的重量比，依次称取风化煤、煤矸石和粉煤灰，然后称取重量依次为风化煤、煤矸石和粉煤灰总重量50%步骤二制得的微粒、22%步骤三制得的牛粪生物炭、15%步骤四制得的玉米秸秆生物炭、9%步骤五制得的改性膨润土以及10%的粘结剂，将风化煤、煤矸石、粉煤灰和微粒混合后，在20℃下好氧发酵5h后，加入牛粪生物炭和玉米秸秆生物炭，在60℃下好氧发酵24h后，加入粘结剂，混合均匀后造粒，制得预聚体；将改性膨润土与温度为80℃的氮气混合，在1.5MPa的压力下将改性膨润土喷涂到预聚体上，制得粒度为1~2mm的肥料。
实施例3
矿区土地专用肥料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、取花生壳置于粉碎机中进行粉碎，然后过80目筛得花生壳粉，在花生壳粉中加入质量分数为0.6%的纤维素酶溶液，在温度为26℃的罐体中超声波震荡处理90min，静置0.5h，备用；其中，所加果胶酶溶液的体积与花生壳粉重量的比例为0.6mL：1g，超声波的频率为20KHz；
步骤二、取花生粕置于粉碎机中进行粉碎，然后过100目筛，将粉碎后的花生粕中添加花生粕2.5倍的水，并加入糖化酶，在温度为55℃的罐体中恒温加热42min，冷却待用；通过喷雾干燥法，将花生粕和步骤一制得的花生壳粉按照1：1的重量比对流喷雾，制得花生壳粉包覆花生粕的微粒，备用；其中，每克花生粕料中添加180U糖化酶；
步骤三、取牛粪在32℃的温度下烘干后，置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛，在200℃的真空管式炉中热解60min，制得牛粪生物炭；
步骤四、取玉米秸秆置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛得玉米秸秆粉，添加其3倍重量的氯化锌溶液，浸泡10h后，将玉米秸秆粉移至炭化炉中，于35℃温度下密闭炭化，每间隔30min将玉米秸秆粉降温2%并翻搅一次，炭化时间为3h，取出玉米秸秆粉，烘干后制得玉米秸秆生物炭，备用；
步骤五、取膨润土粉碎至120目，将其浸于Ph=0.1的磷酸溶液中浸泡1.5h后，抽滤去液，并用蒸馏水将滤液洗至中性，于145℃下干燥，制得改性膨润土，备用；
步骤六、按照5：1：4的重量比，依次称取风化煤、煤矸石和粉煤灰，然后称取重量依次为风化煤、煤矸石和粉煤灰总重量40%步骤二制得的微粒、18%步骤三制得的牛粪生物炭、16%步骤四制得的玉米秸秆生物炭、8%步骤五制得的改性膨润土以及1%的粘结剂，将风化煤、煤矸石、粉煤灰和微粒混合后，在37℃下好氧发酵6h后，加入牛粪生物炭和玉米秸秆生物炭，在75℃下好氧发酵23h后，加入粘结剂，混合均匀后造粒，制得预聚体；将改性膨润土与温度为75℃的氮气混合，在3.0MPa的压力下将改性膨润土喷涂到预聚体上，制得粒度为1~2mm的肥料。
本发明中的煤矸石和粉煤灰能够防止深层土壤中的重金属向表土层迁移，起到化学稳定性的作用。
取适量矿区土壤，利用浓度为0.05mol/L的CaCl2测定镉、铅含量，利用土壤化肥检测仪测定土壤中氮、磷、钾等含量；将土壤分为等量的两份试验田，在两份试验田中种植等量的农作物大豆，其中一份未施肥，另一组施用本发明制得的肥料，在大豆成熟后，测定土壤和大豆茎秆的镉、铅、氮、磷、钾含量。经分析对比，施肥后，土壤中铅含量下降20%，镉含量下降15%；与施肥大豆相比，未施肥大豆产量减产15%。

Claims (4)

1.矿区土地专用肥料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、取花生壳置于粉碎机中进行粉碎，然后过80目筛得花生壳粉，在花生壳粉中加入质量分数为0.6%的纤维素酶溶液，在温度为26~32℃的罐体中超声波震荡处理60~90min，静置0.5h，备用；其中，所加果胶酶溶液的体积与花生壳粉重量的比例为0.6mL：1g，超声波的频率为16~20KHz；
步骤二、取花生粕置于粉碎机中进行粉碎，然后过100目筛，将粉碎后的花生粕中添加花生粕2~3倍的水，并加入糖化酶，在温度为42~55℃的罐体中恒温加热40~45min，冷却待用；通过喷雾干燥法，将花生粕和步骤一制得的花生壳粉按照1：1的重量比对流喷雾，制得花生壳粉包覆花生粕的微粒，备用；其中，每克花生粕料中添加180U糖化酶；
步骤三、取牛粪在32~40℃的温度下烘干后，置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛，在200~350℃的真空管式炉中热解35~60min，制得牛粪生物炭；
步骤四、取玉米秸秆置于粉碎机中进行粉碎，然后过40目筛得玉米秸秆粉，添加其3倍重量的氯化锌溶液，浸泡8~10h后，将玉米秸秆粉移至炭化炉中，于35~40℃温度下密闭炭化，每间隔30min将玉米秸秆粉降温2%并翻搅一次，炭化时间为2.5~3h，取出玉米秸秆粉，烘干后制得玉米秸秆生物炭，备用；
步骤五、取膨润土粉碎至120目，将其浸于Ph=0.1的磷酸溶液中浸泡1~2h后，抽滤去液，并用蒸馏水将滤液洗至中性，于140~150℃下干燥，制得改性膨润土，备用；
步骤六、按照5：1：4的重量比，依次称取风化煤、煤矸石和粉煤灰，然后称取重量依次为风化煤、煤矸石和粉煤灰总重量40~55%步骤二制得的微粒、15~22%步骤三制得的牛粪生物炭、15~22%步骤四制得的玉米秸秆生物炭、7~9%步骤五制得的改性膨润土以及1~12%的粘结剂，将风化煤、煤矸石、粉煤灰和微粒混合后，在20~40℃下好氧发酵5~8h后，加入牛粪生物炭和玉米秸秆生物炭，在60~80℃下好氧发酵20~24h后，加入粘结剂，混合均匀后造粒，制得预聚体；将改性膨润土与温度为60~80℃的氮气混合，在1.5~3.5MPa的压力下将改性膨润土喷涂到预聚体上，制得粒度为1~2mm的肥料。
2.根据权利要求1所述的矿区土地专用肥料的制备方法，其特征在于：步骤二中所采用的花生粕为压榨法提炼花生油后得到的花生粕。
3.根据权利要求1所述的矿区土地专用肥料的制备方法，其特征在于：步骤三中，真空管式炉中为氮气气氛。
4.根据权利要求1所述的矿区土地专用肥料的制备方法，其特征在于：步骤四中所采用的氯化锌溶液的相对密度为1.46。
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