CN108083944A - 一种土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种土壤改良剂及其制备方法，利用粉煤去灰后低温干馏产生的兰炭末，经过活化造孔，吸附农作物必需氮、磷、钾、钠等元素后，抽滤干燥，再混合一定量的生石灰所制得的一种新型土壤改良剂，其中兰炭末粒度为200～300目，所占土壤改良剂总重量的百分比为80％～90％，生石灰粒度为400～500目，所占土壤改良剂总重量的百分比为10％～20％。本发明是一种经济、环保、高效型土壤改良剂，可用于改良贫瘠、酸性等土壤。本发明不仅解决了兰炭末难处理利用的资源问题，而且本发明土壤改良剂能够高效的供给和保持土壤中农作物的必需元素和水分。

Description

一种土壤改良剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及土壤改良技术领域，具体涉及利一种土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
土壤改良剂是能改善土壤结构和理化指标的制剂，施入土壤后能改善土壤结构、增加土壤营养成分和保持土壤水分等功效，在遏制土壤退化、改良中低产田、增容扩蓄等方面的应用越来越广泛。同时，土壤改良剂已经在农作物生产、保护林种植、草场生产、城市绿化、高速公路绿化和花卉生产等方面得到广泛应用。
兰炭末是通过粉煤低温干馏或块煤低温干馏过程中由于化学和物理机械等原因生成的一种清洁燃料，具有微孔多、粒径小、比重轻、比表面积大、强度差及经济价值低等特点。近些年来，我国每年兰炭产能接近1亿吨，其中小于6mm的兰炭末约占兰炭总量的10％，由于其粒度小，不符合生产工艺要求；由于价格较低和环保要求较低，兰炭末一般采用较粗放方式处理方式，造成大量的能源浪费，限制了兰炭的经济效益，而且对环境也造成了严重污染。但随着对兰炭末的深入研究，已经在制备型煤、活性炭以及电池负极材料等领域取得了进展。由于粉煤中低温干馏技术的成熟和推广，兰炭末产量也逐年增加，需要开发新的利用途径来消耗增加的兰炭末产量。
基于上述，目前还没有如何将兰炭末应用于土壤改良剂方面的技术，以增加兰炭末的新用途，变废为宝。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种土壤改良剂及其制备方法，本发明制备的土壤改良剂一种经济、环保和高效型土壤改良剂，能够适用于贫瘠以及酸性等土壤的改良。
本发明所采用的技术方案如下：
一种土壤改良剂，由生石灰以及兰炭末混合制成，其中，生石灰所占土壤改良剂总重量的10％～20％，兰炭末占土壤改良剂总重量的80％～90％；所述兰炭末为去灰以及吸附了农作物生长所需必需元素的兰炭末。
兰炭末吸附的农作物生长所需的必需元素包括钠、钾、氮和磷。
兰炭末中，碳元素含量占兰炭末质量的91.55％，氢元素含量占兰炭末质量的1.3％，氮元素含量占兰炭末质量的1.2％，磷元素含量占兰炭末质量的0.8％，钾元素含量占兰炭末质量的1.44％，钠元素含量占兰炭末质量的1.62％，其余为杂质。
所述兰炭末的粒度为200～300目，生石灰的粒度为400～500目。
一种土壤改良剂的制备方法，将生石灰以及兰炭末混合均匀，制得所述土壤改良剂，生石灰所占土壤改良剂总重量的10％～20％，兰炭末占土壤改良剂总重量的80％～90％；所述兰炭末为去灰以及吸附了农作物生长所需必需元素的兰炭末。
所述兰炭末的制备过程包括如下步骤：
步骤1，将低变质粉煤浸泡在由硝酸和磷酸混合而成的混合酸中，搅拌均匀后，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤；
步骤2，将步骤1中所制得去灰低变质粉煤经过低温干馏工艺，制成去灰兰炭末；
步骤3，将步骤2制得的去灰兰炭末进行磨碎和活化造孔，再浸泡在硝酸钠与磷酸钾的混合液内，使去灰兰炭末吸附钠、钾、氮和磷元素，吸附过程中进行搅拌，至去灰兰炭末吸附饱和；再将混合液反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤得到的滤饼干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末。
所述步骤1中，混合酸中，硝酸和磷酸的质量比为(3～5):1；搅拌时，混合酸的温度为60～80℃，搅拌时间为2～4h，搅拌速率为3600～4800r/h。
所述步骤2中，去灰低变质粉煤进行低温干馏时，升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间为40min。
所述步骤3中，将去灰兰炭末磨碎至200～300目；硝酸钠与磷酸钾的混合液中，硝酸钠与磷酸钾质量比为(0.5～2):1；吸附过程中，混合液的温度为40～60℃，搅拌时间为0.5～1h，搅拌速率为1800～3000r/h。
所述步骤3中，滤饼在烘箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为24h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明中，兰炭末为去灰以及吸附了农作物生长所需必需元素的兰炭末，经过去灰的兰炭末减少了重金属对土壤污染，同时，利用兰炭末微孔多、粒径小和比表面积大的优点，兰炭末能够有效吸附农作物所需的营养元素，成为“营养源”，不断地为农作物提供养分；当兰炭末中营养元素被农作物吸收后，成为“固体海绵”，外部液体肥料或经过灌溉、雨水后固体肥料渗入土壤，能够有效的吸附肥料，减少水分和肥料的流失，起到保水保肥的功效。本发明土壤改良剂中，兰炭末和土壤中的二氧化硅在生石灰和水的持续作用下，生成硅酸盐，可为农作物提供成长所需的硅肥。本发明的土壤改良剂能够直接为农作物提供必需的成长元素，还能够吸附人工所施肥料，减少水分和肥料的流失，起到保水保肥的功效，具有经济成本低，性能优越，持续性强等优点，具有广阔的应用前景。本发明制备的土壤改良剂一种经济、环保和高效型土壤改良剂，能够适用于贫瘠以及酸性等土壤的改良。本发明不仅解决了兰炭末难处理利用的资源问题，而且本发明土壤改良剂能够高效的供给和保持土壤中农作物的必需元素和水分。
进一步的，将低变质粉煤浸泡在由硝酸和磷酸混合而成的混合酸中，能够通过该混合酸去除低变质粉煤中的重金属，能够减少重金属对土壤的污染。
进一步的，去灰兰炭末进行磨碎和活化造孔，再浸泡在硝酸钠与磷酸钾的混合液内，使去灰兰炭末吸附钠、钾、氮和磷元素，通过吸附的上述元素为农作物提供必需的生长元素。
具体实施方式
下面结合具体事例对本发明做出进一步解释。
本发明的土壤改良剂在制备时，通过如下步骤进行：
步骤一，将低变质粉煤浸泡在硝酸和磷酸质量比为(3～5):1的混合酸中，加热至60～80℃，搅拌2～4h，搅拌速率为3600～4800r/h，其目的是为了减少重金属对土壤的污染；为了保护后期热解设备，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤；
步骤二，将步骤一中所制得去灰低变质粉煤，经过低温干馏工艺，制得去灰兰炭末，低温干馏工艺中，升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间40min；
步骤三，将步骤二的去灰兰炭末磨碎至200～300目，活化造孔后，浸泡在硝酸钠与磷酸钾质量比为(0.5～2):1的混合液内，加热至40～60℃，搅拌0.5～1h，搅拌速率1800～3000r/h；去灰兰炭末吸附农作物必需钠、钾、氮、磷等元素，至吸附饱和，再将混合液中速反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤所得滤饼在烘箱中干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末，烘箱中的干燥温度60℃，干燥时间24h；
步骤四，将步骤三制得的去灰和吸附必需元素的兰炭末与生石灰混合均，混合时间为2h，即制得本发明的土壤改良剂，土壤改良剂中，去灰和吸附必需元素的兰炭末占土壤改良剂总重量的80％～90％，生石灰占土壤改良剂总重量的10％～20％；去灰和吸附必需元素的兰炭末粒度为200～300目，生石灰粒度为400～500目。
本发明土壤改良剂能够为农作物提供必需的钠、钾、氮、磷等元素。此外，本发明能够吸附水分和人工所施肥料，减少水分和肥料的流失，起到保水保肥的功效。
本发明土壤改良剂中，兰炭末和土壤中的二氧化硅在生石灰和水的持续作用下，生成硅酸盐，可为农作物提供成长所需的硅肥。
本发明的土壤改良剂能够吸附水分和人工所施肥料，减少水分和肥料的流失，起到保水保肥的功效。本发明属于一种高效土壤改良剂，不仅可以使农作物增产增效，而且解决了兰炭末难大量应用的难题，扩大了兰炭末利用途径，大大减少资源的消耗和环境的污染，对我国的农业与工业循环经济发展具有重要的意义。
实施例1
本实施例的土壤改良剂的制备过程如下：
将低变质粉煤浸泡在硝酸和磷酸质量比为3:1的混合酸中，加热至60℃，搅拌2h，搅拌速率起3600r/h。为了保护后期热解设备，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤。通过电炉对去灰低变质粉煤进行低温干馏，电炉设置升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间40min，制备得去灰兰炭末；再将去灰兰炭末磨碎至300目，活化造孔后，浸泡在硝酸钠与磷酸钾质量比为1:1的混合液内，加热至40℃，搅拌0.5h，搅拌速率为1800r/h，吸附农作物必需钠、钾、氮和磷等元素，至吸附饱和，再将混合液中速反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤所得滤饼在烘箱中干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末，烘箱中的干燥温度60℃，干燥时间24h；再将生石灰与去灰和吸附必需元素的兰炭末混合均，混合时间为2h，即制得本发明的土壤改良剂，土壤改良剂中，去灰和吸附必需元素的兰炭末占土壤改良剂总重量的80％，生石灰占土壤改良剂总重量的20％；去灰和吸附必需元素的兰炭末粒度为300目，生石灰粒度为400目。
本施例制备的去灰和吸附必需元素的兰炭末的工业和元素分析见表1：
表1
实施例2
本实施例的土壤改良剂的制备过程如下：
将低变质粉煤浸泡在硝酸和磷酸质量比为3:1的混合酸中，加热至60℃，搅拌2h，搅拌速率起3600r/h。为了保护后期热解设备，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤。通过电炉对去灰低变质粉煤进行低温干馏，电炉设置升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间40min，制备得去灰兰炭末；再将去灰兰炭末磨碎至200目，活化造孔后，浸泡在硝酸钠与磷酸钾质量比为1:1的混合液内，加热至40℃，搅拌0.5h，搅拌速率为1800r/h，吸附农作物必需钠、钾、氮和磷等元素，至吸附饱和，再将混合液中速反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤所得滤饼在烘箱中干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末，烘箱中的干燥温度60℃，干燥时间24h；再将生石灰与去灰和吸附必需元素的兰炭末混合均，混合时间为2h，即制得本发明的土壤改良剂，土壤改良剂中，去灰和吸附必需元素的兰炭末占土壤改良剂总重量的90％，生石灰占土壤改良剂总重量的10％；去灰和吸附必需元素的兰炭末粒度为200目，生石灰粒度为500目。
实施例3
本实施例的土壤改良剂的制备过程如下：
将低变质粉煤浸泡在硝酸和磷酸质量比为5:1的混合酸中，加热至80℃，搅拌4h，搅拌速率起4800r/h。为了保护后期热解设备，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤。通过电炉对去灰低变质粉煤进行低温干馏，电炉设置升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间40min，制备得去灰兰炭末；再将去灰兰炭末磨碎至250目，活化造孔后，浸泡在硝酸钠与磷酸钾质量比为2:1的混合液内，加热至60℃，搅拌1h，搅拌速率为3000r/h，吸附农作物必需钠、钾、氮和磷等元素，至吸附饱和，再将混合液中速反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤所得滤饼在烘箱中干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末，烘箱中的干燥温度60℃，干燥时间24h；再将生石灰与去灰和吸附必需元素的兰炭末混合均，混合时间为2h，即制得本发明的土壤改良剂，土壤改良剂中，去灰和吸附必需元素的兰炭末占土壤改良剂总重量的85％，生石灰占土壤改良剂总重量的15％；去灰和吸附必需元素的兰炭末粒度为250目，生石灰粒度为450目。
实施例4
本实施例的土壤改良剂的制备过程如下：
将低变质粉煤浸泡在硝酸和磷酸质量比为5:1的混合酸中，加热至80℃，搅拌4h，搅拌速率起4800r/h。为了保护后期热解设备，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤。通过电炉对去灰低变质粉煤进行低温干馏，电炉设置升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间40min，制备得去灰兰炭末；再将去灰兰炭末磨碎至250目，活化造孔后，浸泡在硝酸钠与磷酸钾质量比为1:2的混合液内，加热至60℃，搅拌1h，搅拌速率为3000r/h，吸附农作物必需钠、钾、氮和磷等元素，至吸附饱和，再将混合液中速反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤所得滤饼在烘箱中干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末，烘箱中的干燥温度60℃，干燥时间24h；再将生石灰与去灰和吸附必需元素的兰炭末混合均，混合时间为2h，即制得本发明的土壤改良剂，土壤改良剂中，去灰和吸附必需元素的兰炭末占土壤改良剂总重量的85％，生石灰占土壤改良剂总重量的15％；去灰和吸附必需元素的兰炭末粒度为250目，生石灰粒度为450目。
实施例5
本实施例的土壤改良剂的制备过程如下：
将低变质粉煤浸泡在硝酸和磷酸质量比为4:1的混合酸中，加热至70℃，搅拌3h，搅拌速率起4200r/h。为了保护后期热解设备，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤。通过电炉对去灰低变质粉煤进行低温干馏，电炉设置升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间40min，制备得去灰兰炭末；再将去灰兰炭末磨碎至230目，活化造孔后，浸泡在硝酸钠与磷酸钾质量比为1:1的混合液内，加热至50℃，搅拌0.5h，搅拌速率为2400r/h，吸附农作物必需钠、钾、氮和磷等元素，至吸附饱和，再将混合液中速反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤所得滤饼在烘箱中干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末，烘箱中的干燥温度60℃，干燥时间24h；再将生石灰与去灰和吸附必需元素的兰炭末混合均，混合时间为2h，即制得本发明的土壤改良剂，土壤改良剂中，去灰和吸附必需元素的兰炭末占土壤改良剂总重量的88％，生石灰占土壤改良剂总重量的12％；去灰和吸附必需元素的兰炭末粒度为230目，生石灰粒度为480目。
本发明提供的土壤改良剂主要是针对贫瘠以及酸化等土壤使用，施用后可是增加土壤中营养元素，保持土壤水分，同时也可固肥保肥，减少水分和肥料的流失。此外，本发明土壤改良剂也可对农作物所缺的其他元素使用，并不仅限于本发明所提及的钠、钾、氮、磷元素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，采用其他兰炭末制备方法、工艺参数以及吸附液(元素)，都不脱离本发明方法的技术范畴，均应涵盖在本发明方法的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种土壤改良剂，其特征在于，由生石灰以及兰炭末混合制成，其中，生石灰所占土壤改良剂总重量的10％～20％，兰炭末占土壤改良剂总重量的80％～90％；所述兰炭末为去灰以及吸附了农作物生长所需必需元素的兰炭末。
2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，兰炭末吸附的农作物生长所需的必需元素包括钠、钾、氮和磷。
3.根据权利要求1或2所述的土壤改良剂，其特征在于，兰炭末中，碳元素含量占兰炭末质量的91.55％，氢元素含量占兰炭末质量的1.3％，氮元素含量占兰炭末质量的1.2％，磷元素含量占兰炭末质量的0.8％，钾元素含量占兰炭末质量的1.44％，钠元素含量占兰炭末质量的1.62％，其余为杂质。
4.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述兰炭末的粒度为200～300目，生石灰的粒度为400～500目。
5.一种土壤改良剂的制备方法，其特征在于，将生石灰以及兰炭末混合均匀，制得所述土壤改良剂，生石灰所占土壤改良剂总重量的10％～20％，兰炭末占土壤改良剂总重量的80％～90％；所述兰炭末为去灰以及吸附了农作物生长所需必需元素的兰炭末。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述兰炭末的制备过程包括如下步骤：
步骤1，将低变质粉煤浸泡在由硝酸和磷酸混合而成的混合酸中，搅拌均匀后，调pH至中性，抽滤干燥，得到去灰低变质粉煤；
步骤2，将步骤1中所制得去灰低变质粉煤经过低温干馏工艺，制成去灰兰炭末；
步骤3，将步骤2制得的去灰兰炭末进行磨碎和活化造孔，再浸泡在硝酸钠与磷酸钾的混合液内，使去灰兰炭末吸附钠、钾、氮和磷元素，吸附过程中进行搅拌，至去灰兰炭末吸附饱和；再将混合液反复抽滤，至滤液清澈，将抽滤得到的滤饼干燥，即制得去灰和吸附必需元素的兰炭末。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，混合酸中，硝酸和磷酸的质量比为(3～5):1；搅拌时，混合酸的温度为60～80℃，搅拌时间为2～4h，搅拌速率为3600～4800r/h。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，去灰低变质粉煤进行低温干馏时，升温速率为10℃/min，热解终温为800℃，停留时间为40min。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将去灰兰炭末磨碎至200～300目；硝酸钠与磷酸钾的混合液中，硝酸钠与磷酸钾质量比为(0.5～2):1；吸附过程中，混合液的温度为40～60℃，搅拌时间为0.5～1h，搅拌速率为1800～3000r/h。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，滤饼在烘箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为24h。
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