CN108383661A - 一种土壤改良剂及其制备方法 - Google Patents

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明提供了一种基于煤矸石为载体的多功能土壤改良剂及其制备方法，土壤改良剂包括：煤矸石55～80中重量份；生物炭15～40重量份；尿素1～3重量份；硫酸铵1～3重量份；磷矿粉1～5重量份；生石灰3～10重量份；复合微生物菌剂0.5～2重量份。本发明还公开了上述土壤改良剂的制备方法。本发明提供的土壤改良剂具有保水、节肥、增加土壤的肥力、改善土壤通透性、提供植物生长必需的微量元素、吸附和固化土壤中的重金属元素等特征。同时，本发明土壤改良剂及其制备方法还具有原料极易获取、制作流程简单、环保安全和土壤改良效果佳等优点。

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，尤其涉及一种土壤改良剂及其制备方法。
背景技术
近年来，随着我国粗放型的农业活动模式和过度的农药化肥施用，导致我国土壤环境遭到极大破坏，如土壤肥力下降、土壤板结、土壤盐碱化和重金属污染等问题层出不穷。为了改善土壤质量，改良贫瘠土壤的物理、化学和生物特性，促进耕作土壤的可持续发展，施用土壤改良剂是目前广泛采用的途径。然而，现有土壤改良剂有众多不足，具体为：1)现有土壤改良剂的有效成分较为单一，不能有效的改善土壤的理化性质；2)现有土壤改良剂主要以生物炭或农业秸秆为基质，易造成土壤板结，恶化土壤质量；3)现有土壤改良剂主要针对某种特定作物的土壤改良，使用的广泛性不足。
煤矸石是我国主要的工业固体废弃物，煤矸石在地表的大量堆积会造成一系列的地质生态环境影响。煤矸石主要由粘土矿物、石英和其他常见矿物组成，同时还含有B、Fe、Cu和Se等植物生长所必需的微量元素，因此利用煤矸石制备土壤改良剂已受到广泛的研究。然而，由于煤矸石中N、P等植物所需的养分物质不足，对煤矸石基的土壤改良剂的配方研制是煤矸石资源化利用的难点。农业秸秆是农业活动的主要固体废弃物，焚烧是农业秸秆的主要处理途径。然而，农业秸秆的焚烧会引发一系列社会和环境问题，如产生大量大气污染物(可吸入颗粒物、NOx和SO2等)、改变土壤理化结构、降低能见度等。因此，对农业秸秆的合理处置也亟待解决。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种土壤改良剂，本申请提供的土壤改良剂可对农业和工业的固体废弃物进行资源化利用，且对土壤具有较好的改良效果。
有鉴于此，本申请提供了一种土壤改良剂，包括：
优选的，所述磷矿粉中五氧化二磷的含量为20～35wt％；所述生石灰中氧化钙的含量为65～85wt％。
优选的，所述煤矸石中包括：48～70wt％的SiO2，13～35wt％的Al2O3，2～7wt％的Fe2O3，0.2～4wt％的CaO，0.1～3wt％的MgO；所述煤矸石的含水率<30％。
优选的，所述生物炭由农业秸秆在400～500℃氮气气氛下热解30～60min得到。
优选的，所述农业秸秆选自小麦秸秆、花生秸秆、黄豆秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。
优选的，所述农业秸秆中包括：5～55wt％的SiO2，2～10wt％的Al2O3，0.5～5wt％的Fe2O3，2～30wt％的CaO，3～12wt％的MgO，2～7wt％的Na2O，5～30wt％的K2O；所述农业秸秆的含水率为10～15％。
优选的，所述复合微生物菌剂选自芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、纤维素分解菌和光合菌中的一种或多种。
本申请还提供了上述方案所述的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
A)将煤矸石、磷矿粉和生石灰粉碎后与生物炭、尿素、硫酸铵和复合微生物菌剂按照权利要求1的配比混合，得到初始混合物；
B)将所述初始混合物干燥后粉碎，得到土壤改良剂。
优选的，所述粉碎后的煤矸石的粒径＜2mm，所述粉碎后的磷矿粉的粒径＜2mm，所述粉碎后的生石灰的粒径＜2mm。
优选的，所述生物炭由粉碎后的农业秸秆在400～500℃氮气气氛下热解30～60min得到，所述粉碎后的农业秸秆的粒径＜20mm。
本申请提供了一种土壤改良剂，其包括煤矸石、生物炭、生石灰、磷矿粉、尿素与硫酸铵；在上述组分中，煤矸石可改善土壤的物理结构，同时煤矸石还含有大量的有机质和丰富的微量元素，可以为植物的生长提供重要的营养；生物炭由农业秸秆分解得到，其不仅能有效改善土壤的通透性能，提高土壤的保水保肥能力，还能吸附土壤中的重金属；磷矿粉、尿素和硫酸铵中富含丰富的植物生长所必须的磷和氮，可促进植物的生长；生石灰可以有效改善土壤的生物群落，提供土壤的生物性能。因此，本申请通过添加上述组分并控制其含量，使上述组分能够充分发挥作用，最终改善土壤的性质，且实现了废弃物的再利用。
附图说明
图1为本发明土壤改良剂的制备流程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
针对目前土壤质量的问题以及煤矸石、农业秸秆污染环境、任意堆放的问题，本发明提供了一种土壤改良剂，该土壤改良剂中由于含有煤矸石、生物炭、尿素、磷矿粉、硫酸铵、生石灰和复合微生物菌剂并控制上述组分的含量，使得到的土壤改性剂具有保水、节肥、增加土壤肥力、改善土壤通透性、提供植物生长必需的微量元素、吸附和固化土壤中的重金属元素等特征，具体的，本发明实施例公开了一种土壤改良剂，包括：
在上述土壤改良剂中，煤矸石主要由黏土矿物、石英和方解石等矿物组成，可以有效改善土壤的物理结构；同时，煤矸石还含有大量的有机质和丰富的微量元素，可以为植物的生长提供重要的营养；因此煤矸石在本发明中起到改善土壤理化性质和提高土壤费力的作用。本申请所述煤矸石的含量为55～80重量份，在具体实施例中，所述煤矸石的含量为68～78重量份，更具体的，所述煤矸石的含量为65～75重量份。所述煤矸石的含量过高，则使其它组分比重含量降低，从而降低土壤改良剂的肥力，所述煤矸石的含量过低，则不会改善土壤的通透性。所述煤矸石具体为具有以下性质的煤矸石：48～70wt％的SiO2，13～35wt％的Al2O3，2～7wt％的Fe2O3，0.2～4wt％的CaO，0.1～3wt％的MgO；所述煤矸石的含水率<30％。
本发明所述生物炭是由农业秸秆在400～500℃氮气气氛下热解30～60min得到；其中农业秸秆选自小麦秸秆、花生秸秆、黄豆秸秆和玉米秸秆中的一种或多种；更具体的，所述农业秸秆中包括：5～55wt％的SiO2，2～10wt％的Al2O3，0.5～5wt％的Fe2O3，2～30wt％的CaO，3～12wt％的MgO，2～7wt％的Na2O，5～30wt％的K2O；所述农业秸秆的含水率为10～15％。上述农业秸秆基生物炭不仅能有效改善土壤的通透性，提高土壤的保水保肥能力，还能吸附土壤中的重金属元素。所述生物炭的含量为15～40重量份，在具体实施例中，所述生物炭的含量为18～38重量份，更具体的，所述生物炭的含量为20～35重量份。所述生物炭的含量过低，则不利于土壤保水保肥和吸附土壤中的重金属。
生石灰可以有效调节土壤的酸碱性，改善土壤环境，有利于植物的生长。本申请所述生石灰中氧化钙的含量为65～85wt％。所述生石灰的含量为3～10重量份，在具体实施例中，所述生石灰的含量为5～8重量份。
所述尿素、硫酸铵和磷矿粉含有丰富的植物生长所必需的磷和氮，可以促进植物的生长。所述磷矿粉中五氧化二磷的含量为20～35wt％。在具体实施例中，所述尿素的含量为1～3重量份，所述硫酸铵的含量为1～3重量份，所述磷矿粉的含量为1～5重量份；上述组分含量过多或过少，均不利于植物的生长。
本申请所述土壤改良剂中还包括复合微生物菌剂，其可促进植物生长；所述复合微生物菌剂为本领域技术人员熟知的军机，具体的，所述复合微生物菌剂选自芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、纤维素分解菌和光合菌中的一种或多种。所述复合微生物菌剂为市售产品，对此本申请没有特别的限制。在具体实施例中，所述复合微生物菌剂的含量为0.5～2重量份。
本发明还提供了所述土壤改良剂的制备方法，具体制备流程如图1所示，包括以下步骤：
A)将煤矸石、磷矿粉和生石灰粉碎后与生物炭、尿素、硫酸铵和复合微生物菌剂按照配比混合，得到初始混合物；
B)将所述初始混合物干燥后粉碎，得到土壤改良剂。
在制备土壤改良剂的过程中，首先将煤矸石、磷矿粉和生石灰进行粉碎，在本申请中生物炭优选由农业秸秆制备得到，在此过程中，同时将农业秸秆粉碎。所述粉碎后的农业秸秆的粒径＜20mm，煤矸石、磷矿粉和生石灰粉碎至粒径＜2mm。在农业秸秆粉碎之后，则将其在400～500℃氮气气氛下热解30～60min，即得到生物炭，即农业秸秆基生物炭。
上述原料制备得到后，则将粉碎后的煤矸石、磷矿粉和生石灰与生物炭、尿素、硫酸铵、复合微生物菌剂按照质量配比混合，即得到初始混合物。
按照本发明，然后将所述初始混合物干燥后粉碎，即得到土壤改良剂。所述干燥至干燥后初始混合物的含水量10～15％。
为了便于土壤改良剂的应用，在粉碎之后，则进行过筛和分装，所述过筛采用10～15目筛。
本发明土壤改良剂采用煤矸石和农业秸秆等固体废弃物为主要原料，不仅实现了固体废弃物的资源化利用，释放了这些固体废弃物的社会和经济价值；本发明煤矸石基土壤改良剂不仅具有保水、节肥、提供土壤的养分和微量元素、改善土壤理化性能的优点，还能固化和控制土壤中重金属元素的迁移；本发明土壤改良剂的制作设备均是市场常用机器，无需特定设备，易于市场推广。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的土壤改良剂进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
本实施例中的尿素、硫酸铵和复合微生物菌剂均从市场购得。
实施例1
1)将煤矸石、黄豆秸秆、磷矿粉和生石灰进行粉碎；将黄豆秸秆粉碎成粒径为<20mm的颗粒，将煤矸石、磷矿粉和生石灰粉碎至粒径＜2mm；其中，磷矿粉中五氧化二磷的重量百分比为25％；生石灰中氧化钙的重量百分比为80％；煤矸石中包括重量配比如下的各组分：SiO2：55％；Al2O3：28％；Fe2O3：3.6％；CaO：2.7％；MgO：1.5％；含水率24％；黄豆秸秆包括重量配比如下的各组分：SiO2：12％；Al2O3：3％；Fe2O3：0.7％；CaO：28％；MgO：9％；Na2O：4％；K2O：17％，含水率为12％；
2)在500℃氮气气氛下热解黄豆秸秆30分钟制备生物炭；
3)将60重量份的煤矸石、30重量份的生物炭、1重量份的尿素、1重量份的硫酸铵、1重量份的磷矿粉、5重量份的生石灰以及1重量份的复合微生物菌剂混合；
4)将混合后的物料在自然条件下干燥，至含水量为15％；
5)对干燥后的物料进行粉碎、过筛(过9目筛)和分装，制得土壤改良剂。
本发明中土壤改良剂的有效成分主要有：有效氮、有效磷、有效钾、有机质、B、Zn、Cu、Fe、Se等。这些有效成分均采用国标法进行测定。
本实施例制备的土壤改良剂的有效成分的含量如表1所示：
表1土壤改良剂中的有效成分的含量
本实施例提供的土壤改良剂可有效改善土壤理化性状和生物学性状，提高土壤肥力，有利于增加农作物产量。
实施例2
1)将煤矸石、玉米秸秆、磷矿粉和生石灰进行粉碎；将玉米秸秆粉碎成粒径为<20mm的颗粒，将煤矸石、磷矿粉和生石灰粉碎至粒径＜2mm；其中，磷矿粉中五氧化二磷的重量百分比为20％；生石灰中氧化钙的重量百分比为80％；煤矸石中包括重量配比如下的各组分：SiO2：62％；Al2O3：24％；Fe2O3：4.3％；CaO：1.6％；MgO：0.8％；含水率26％；玉米秸秆，其重量配比如下的各组分：SiO2：31％；Al2O3：2％；Fe2O3：1％；CaO：9％；MgO：12％；Na2O：5％；K2O：26％；含水率为10％。
2)在400℃氮气气氛下热解玉米秸秆40分钟制备生物炭；
3)将70重量份的煤矸石、20重量份的生物炭、2重量份的尿素、1重量份的硫酸铵、3重量份的磷矿粉、3重量份的生石灰和1重量份的复合微生物菌剂混合；
4)将混合后的物料在自然条件下干燥，至含水量为10％；
5)对干燥后的物料进行粉碎、过筛(过9目筛)和分装，制得土壤改良剂。
实施例3
1)将煤矸石、混合秸秆、磷矿粉和生石灰进行粉碎；将混合秸秆粉碎成粒径为<20mm的颗粒，将煤矸石、磷矿粉和生石灰粉碎至粒径＜2mm；其中，磷矿粉中五氧化二磷的重量百分比为25％；生石灰中氧化钙的重量百分比为80％；煤矸石中包括重量配比如下的各组分：SiO2：65％；Al2O3：17％；Fe2O3：3.2％；CaO：1.3％；MgO：1.4％；含水率20％；小麦秸秆和花生混合秸秆包括重量配比如下的各组分：SiO2：37％；Al2O3：5％；Fe2O3：0.5％；CaO：8％；MgO：3％；Na2O：2％；K2O：13％，含水率为13％；
2)在500℃氮气气氛下热解混合秸秆50分钟制备生物炭；
3)将75重量份的煤矸石、16重量份的生物炭、1重量份的尿素、1重量份的硫酸铵、2重量份的磷矿粉、3重量份的生石灰以及2重量份的复合微生物菌剂混合；
4)将混合后的物料在自然条件下干燥，至含水量为15％；
5)对干燥后的物料进行粉碎、过筛(过9目筛)和分装，制得土壤改良剂。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种土壤改良剂，包括：
2.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述磷矿粉中五氧化二磷的含量为20～35wt％；所述生石灰中氧化钙的含量为65～85wt％。
3.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述煤矸石中包括：48～70wt％的SiO2，13～35wt％的Al2O3，2～7wt％的Fe2O3，0.2～4wt％的CaO，0.1～3wt％的MgO；所述煤矸石的含水率<30％。
4.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述生物炭由农业秸秆在400～500℃氮气气氛下热解30～60min得到。
5.根据权利要求4所述的土壤改良剂，其特征在于，所述农业秸秆选自小麦秸秆、花生秸秆、黄豆秸秆和玉米秸秆中的一种或多种。
6.根据权利要求4或5所述的土壤改良剂，其特征在于，所述农业秸秆中包括：5～55wt％的SiO2，2～10wt％的Al2O3，0.5～5wt％的Fe2O3，2～30wt％的CaO，3～12wt％的MgO，2～7wt％的Na2O，5～30wt％的K2O；所述农业秸秆的含水率为10～15％。
7.根据权利要求1所述的土壤改良剂，其特征在于，所述复合微生物菌剂选自芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、纤维素分解菌和光合菌中的一种或多种。
8.权利要求1所述的土壤改良剂的制备方法，包括以下步骤：
A)将煤矸石、磷矿粉和生石灰粉碎后与生物炭、尿素、硫酸铵和复合微生物菌剂按照权利要求1的配比混合，得到初始混合物；
B)将所述初始混合物干燥后粉碎，得到土壤改良剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述粉碎后的煤矸石的粒径＜2mm，所述粉碎后的磷矿粉的粒径＜2mm，所述粉碎后的生石灰的粒径＜2mm。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述生物炭由粉碎后的农业秸秆在400～500℃氮气气氛下热解30～60min得到，所述粉碎后的农业秸秆的粒径＜20mm。
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