CN109232092A - 一种粉状多元素肥料添加剂及其制备方法 - Google Patents

一种粉状多元素肥料添加剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于农作物肥料技术领域，具体涉及一种粉状多元素肥料添加剂及其制备方法，所述的制备方法包括，(1)向赤泥中加入废硫酸，搅拌混合，静置后过滤，将滤出物烘干，研磨细化得赤泥粉料(2)向赤泥粉料中加入粉煤灰、碳粉，混合均匀后鼓入电热转炉中炭化处理，得混合粉料；(3)将混合粉料与污水处理厂污泥混合，加入池塘淤泥、动物粪便，转入封闭式料仓中进行厌氧发酵；发酵处理完成后，将发酵料转出，加入重金属吸附剂，加热灭菌处理，得到肥料添加剂；本发明不仅能够实现固体废弃物的合理的资源化利用，还可以为土壤中的农作物提供丰富的营养元素，作为传统肥料的补充，从而显著的降低传统肥料的使用量，降低农作物的生产成本。

Description

一种粉状多元素肥料添加剂及其制备方法
技术领域
本发明属于农作物肥料技术领域，具体涉及一种粉状多元素肥料添加剂及其制备方法。
背景技术
肥料是指提供一种或一种以上植物必需的营养元素，改善土壤性质，提高土壤肥力水平的一类物质，是农业生产的物质基础之一。肥料对于农作物的生长、结果等至关重要，营养元素的缺失会影响到作物的正常生长发育，如，缺氮会导致植株矮小细弱，叶呈黄绿、黄橙等非正常绿色；严重缺氮时，作物显著早衰并早熟，产量显著下降。
为了适应农业现代化发展的需要，化学肥料生产除了继续增加产量外，正朝着高效复合化，并结合施肥机械化、运肥管道化、水肥喷灌仪表化方向发展。并且，如何进一步的降低化学肥料的使用量，降低肥料的使用成本成为本领域技术人员不断研究的一个方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种粉状多元素肥料添加剂的制备方法，通过该肥料添加剂的使用对传统肥料进行补足，降低传统肥料的使用量，从而降低肥料的使用成本。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种粉状多元素肥料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向赤泥中加入废硫酸，搅拌混合，静置30～60min后过滤，将滤出物烘干，研磨细化得赤泥粉料，备用；
(2)向赤泥粉料中加入粉煤灰、碳粉，混合均匀后鼓入电热转炉中，在惰性气体氛围中升温至1400～1500℃进行炭化处理，自然冷却后得到混合粉料；
(3)将混合粉料与污水处理厂污泥混合，加入池塘淤泥、动物粪便，转入封闭式料仓中进行厌氧发酵；
发酵处理完成后，将发酵料转出，加入重金属吸附剂，加热灭菌处理，得到所述的肥料添加剂。
在进一步的技术方案中，步骤(1)中，所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液的pH值为6.0～7.0为准。
在进一步的技术方案中，步骤(2)中，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：(0.5～1)：(0.2～0.5)；
优选的，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：0.7：0.3。
在进一步的技术方案中，步骤(3)中，所述污水处理厂污泥的含水量为60～80％；
池塘淤泥的含水量为30～40％；
所述混合粉料、污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比为1：(3～8)：(2～5)：(0.5～1)。
在进一步的技术方案中，步骤(3)中，厌氧发酵的条件包括，时间为2～3天，厌氧发酵的温度控制在30～40℃。
在进一步的技术方案中，所述重金属吸附剂的平均粒径为5～10mm。
在进一步的技术方案中，步骤(3)中，在加热灭菌处理的过程中，向发酵料与重金属吸附剂的混合物体系中通入氧气，同时搅拌处理。
本发明还提供了一种采用上述制备方法制备得到的粉状多元素肥料添加剂。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，综合利用了多种固体废弃物，利用这些固体废弃物之间的相互反应，协同配合来制备肥料添加剂，达到以废制废的目的，该方法不仅能够实现固体废弃物的合理的资源化利用，还可以为土壤中的农作物提供丰富的营养元素，作为传统肥料的补充，从而显著的降低传统肥料的使用量，降低农作物的生产成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明中所有的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明中所有的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。
本发明提供了一种粉状多元素肥料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向赤泥中加入废硫酸，搅拌混合，静置30～60min后过滤，将滤出物烘干，研磨细化得赤泥粉料，备用；
(2)向赤泥粉料中加入粉煤灰、碳粉，混合均匀后鼓入电热转炉中，在惰性气体氛围中升温至1400～1500℃进行炭化处理，自然冷却后得到混合粉料；
(3)将混合粉料与污水处理厂污泥混合，加入池塘淤泥、动物粪便，转入封闭式料仓中进行厌氧发酵；
发酵处理完成后，将发酵料转出，加入重金属吸附剂，加热灭菌处理，得到所述的肥料添加剂。
本发明中，所述的赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。目前，大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染，所以最大限度的减少赤泥的产生，实现多渠道、大数量的资源化利用迫在眉睫；
所述的废硫酸是在工业生产中，产生于有机物的硝化、酯化、磺化、烷基化、催化和气体干燥等过程，或产生于钛白粉生产、钢铁酸洗和气体干燥等过程。为了避免废酸产生污染，传统方法一般是采用石灰、电石渣或石灰消化反应产生的Ca(OH)2进行中和，中和后pH值虽达到要求，但其余各项指标很难达标，而且产生的泥渣脱水困难，不易干燥，后处理难度大，大部分情况是堆积待处理，占用了大量土地，造成了二次污染，同时，该方法使得废酸不能得到充分利用，与越来越为严格的环保政策和追求企业效益最大化的目标相悖；
所述的粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等，伴随着电力工业对于燃煤的大量需求，粉煤灰的排放量居高不下，成为我国当前排放量较大的工业废渣之一，大量的粉煤灰若不加以处理，任其堆置处理，则会产生扬尘，污染大气；虽然现有技术中已经开发出将其作为混凝土掺合料的利用方式，但是为避免影响混凝土的综合性能，粉煤灰的掺和量始终较低。
所述污水处理厂污泥是在净化污水时得到的沉淀物质，含有混入生活污水或工业废水中的泥沙、纤维、动植物残体等固体颗粒及其凝结的絮状物，是各种胶体、有机质及吸附的金属元素、微生物、病菌、虫卵等物质的综合体。目前，随着城市水污染治理力度的不断增大，各城市污水处理厂数目也在迅速增加，城市污水处理量和污水处理率也在不断提高。因此，污水处理过程中的副产物—污泥的总量也在快速增加。对于现代化的污水处理厂而言，污泥的处理和处置已成为污水处理系统运行中最为复杂、且花费最高的一部分，通过对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理，降低其对于环境造成的污染。
本发明中，通过对多种固体废弃物进行综合利用处理，以废制废，达到资源回收利用的目的，具体的发明构思包括，先将赤泥与废硫酸进行混合，利用废硫酸的强酸性中和赤泥的强碱性，然后将烘干得到的赤泥粉料与粉煤灰进行混合，加入碳粉，混合均匀后鼓入电热转炉中进行炭化处理，在该过程中，微细的碳粉粒子侵入到赤泥粉料与粉煤灰的孔隙结构中，碳与赤泥粉料、粉煤灰中含有的氧化物进行反应，强化了孔隙结构，例如，所述的碳能够与二氧化硅反应得到镶嵌在孔隙结构中的碳化硅，从而强化了赤泥粉料与粉煤灰的结构强度；同时，在高温的作用下，赤泥粉料与粉煤灰中含有的氧化基团脱出，进一步的丰富了孔隙结构，增大了比表面积。在进一步的制备方法中，将得到的混合粉料与污水处理厂污泥进行混合，加入池塘淤泥和动物粪便，转入到封闭环境中进行厌氧发酵，在该过程中，污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便中富含的有机物被充分分解，得到细化的小分子物质并侵入到混合粉料的孔隙结构中，在完成发酵处理后，通过重金属吸附剂将发酵料中含有的重金属元素进行统一的吸附去除，再通过加热灭菌处理，对发酵菌中含有的微生物有害菌等进行扑杀，从而得到肥料添加剂。该肥料添加剂中富含有赤泥、粉煤灰以及污水处理厂污泥中的有益元素，如铁、铝、钾、硅等等，将其拌入到土壤中，能够为植物提供丰富的营养元素，从而实现资源化利用的目的。
本发明提供的制备方法，综合利用了多种固体废弃物，有效的降低了该固体废弃物长期堆置产生的污染问题，并且将其进行相互作用的处理，实现资源的合理利用，具有可靠的应用前景。
进一步的，根据发明，步骤(1)中，所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液的pH值为6.0～7.0为准。
根据本发明，步骤(2)中，所述赤泥粉料、粉煤灰和碳粉的重量比可以在较宽的范围内选择，为了确保赤泥粉料和粉煤灰被充分活化，丰富其孔隙结构，以及提供在高温炭化处理后的结构稳定性，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：(0.5～1)：(0.2～0.5)；进一步优选的，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：0.7：0.3。
根据本发明，所述的步骤(3)中，所述污水处理厂污泥的含水量为60～80％；
池塘淤泥的含水量为30～40％；
所述混合粉料、污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比为1：(3～8)：(2～5)：(0.5～1)。通过将污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比限定在上述范围内，使得污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便能够得到充分的发酵分解。
根据本发明，步骤(3)中，厌氧发酵的条件包括，时间为2～3天，厌氧发酵的温度控制在30～40℃。
本发明中，所述重金属吸附剂的作用在于对发酵料中的重金属元素进行吸收，从而降低该发酵料的重金属含量。本发明对所述重金属吸附剂的种类不做特殊限定，可以为本领域技术人员所常用的。例如，所述的重金属吸附剂是以内部包覆Fe3O4的二氧化硅颗粒作为核壳结构，通过表面修饰在壳层二氧化硅上引入氨基，再在氨基上进行羟甲基化得到-CH2CH2-N-(CH2COO-)2。其表面的-CH2CH2-N-(CH2COO-)2官能团可发酵料中重金属发生螯合作用，吸附发酵料中含有的重金属元素。该重金属吸附剂内部包覆的Fe3O4具有磁性，可以利用磁分离装置将吸附重金属后的重金属吸附剂进从发酵料中分离出来；同时，可通过酸洗将吸附在重金属吸附剂上的重金属元素洗脱下来，从而实现该重金属吸附剂的重复利用。
进一步的，根据本发明，所述重金属吸附剂的平均粒径为5～10mm。通过将重金属吸附剂的粒径限定在上述范围内，既可以确保较好的吸附效果，同时，还可以确保所述的重金属吸附剂不至于过小而难以去除。
本发明中，步骤(3)中，在加热灭菌处理的过程中，向发酵料与重金属吸附剂的混合物体系中通入氧气，同时搅拌处理。通过该处理方法，氧气使得原本与污水处理厂污泥呈螯合状态的重金属脱出，并被重金属吸附剂所吸附固定，从而脱离所述的发酵料，进而确保制备得到的发酵料中不含有重金属元素，避免在其播撒到土壤后对土壤造成污染。
本发明还提供了一种采用上述方法制备得到的粉状多元素肥料添加剂。
以下通过具体的实施例对本发明提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法做出进一步的说明。
实施例1
一种粉状多元素肥料添加剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)向赤泥中加入废硫酸，搅拌混合，静置40min后过滤，将滤出物烘干，研磨细化得赤泥粉料，备用；其中，所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液的pH值为6.0～7.0为准；
(2)向赤泥粉料中加入粉煤灰、碳粉，混合均匀后鼓入电热转炉中，在惰性气体氛围中升温至1450℃进行炭化处理，自然冷却后得到混合粉料；
其中，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：0.7：0.3；
(3)将混合粉料与污水处理厂污泥混合，加入池塘淤泥、动物粪便，转入封闭式料仓中，厌氧发酵3天，厌氧发酵的过程中温度控制为30～40℃；
所以的污水处理厂污泥的含水量为70％；所述池塘淤泥的含水量为40％；
所述混合粉料、污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比为1：5：4：0.8；发酵处理完成后，将发酵料转出，加入重金属吸附剂，加热灭菌处理；得到所述的肥料添加剂。
实施例2
如实施例1提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，不同的是，步骤(3)中，在加热灭菌处理的过程中，向发酵料与重金属吸附剂的混合物体系中通入氧气，同时搅拌处理；
其余制备方法不变，按实施例1提供制备方法进行，得到所述的肥料添加剂。
实施例3
如实施例1提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，不同的是，步骤(2)中，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：0.5：0.2；
其余不变，按照实施例1提供的制备方法进行，得到所述的肥料添加剂。
实施例4
如实施例1提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，不同的是，步骤(2)中，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：1：0.5；
其余不变，按照实施例1提供的制备方法进行，得到所述的肥料添加剂。
实施例5
如实施例1提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，不同的是，步骤(3)中，所述混合粉料、污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比为1：3：2：0.5；
其余不变，按照实施例1提供的制备方法进行，得到所述的肥料添加剂。
实施例6
如实施例1提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，不同的是，步骤(3)中，所述混合粉料、污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比为1：8：5：1；
其余不变，按照实施例1提供的制备方法进行，得到所述的肥料添加剂。
对比例1
如实施例1提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，不同的是，步骤(2)中，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：0.7：0.1；
其余不变，按照实施例1提供的制备方法进行，得到所述的肥料添加剂。
对比例2
如实施例1提供的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，不同的是，步骤(3)中，所述混合粉料、污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比为1：5：1：0.1；
其余不变，按照实施例1提供的制备方法进行，得到所述的肥料添加剂。
田间对比试验：
1、选取一块土壤、地形一致的田地，整地并划分为9个区块，编号为1、2、3、4……8、9，每个区块的面积一致，区块四周留有1m的墒沟，设立保护行；
将上述实施例1-6、对比例1-2制备得到的肥料添加剂按每亩30kg依次播撒到顺位的区块中，即实施例1对应区块1，实施例2对应区块2，……实施例6对应区块6，对比例1对应区块7、对比例2对应区块8，最后一区块9不做播撒处理；然后利用旋耕机进行混合翻松，同时对未做播撒处理的区块9也做混合翻松作业，避免因土壤处理过程不同影响试验对比。
对上述各个区块种植油菜，种植初期按照习惯施肥量的80％(即将习惯施肥量减少20％)进行施肥；移载后30天追加10kg/亩尿素，2月下旬抽苔期再次追加尿素10kg/亩。
各个区块的田间管理方法相同，同时进行病虫害防止，同时进行草害处理，以及清沟、沥水等田间管理均保持一致。
5月中下旬对各个区块进行单收，计产量；并在各个区块中随机选取10株油菜植被进行角果数、每角粒数、千粒数重的计数，最后做平均分析，同时计数死亡株数数量；具体统计数据如表1所示。
表1：
结合上述数据可以看出，本发明提供的肥料添加剂对于农作物的施肥具有很好的补充效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种粉状多元素肥料添加剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)向赤泥中加入废硫酸，搅拌混合，静置30～60min后过滤，将滤出物烘干，研磨细化得赤泥粉料，备用；
(2)向赤泥粉料中加入粉煤灰、碳粉，混合均匀后鼓入电热转炉中，在惰性气体氛围中升温至1400～1500℃进行炭化处理，自然冷却后得到混合粉料；
(3)将混合粉料与污水处理厂污泥混合，加入池塘淤泥、动物粪便，转入封闭式料仓中进行厌氧发酵；
发酵处理完成后，将发酵料转出，加入重金属吸附剂，加热灭菌处理，得到所述的肥料添加剂。
2.根据权利要求1所述的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述废硫酸的加入量以搅拌混合静置后上层废液的pH值为6.0～7.0为准。
3.根据权利要求1所述的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：(0.5～1)：(0.2～0.5)；
优选的，所述赤泥粉料、粉煤灰与碳粉的重量比为1：0.7：0.3。
4.根据权利要求1所述的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述污水处理厂污泥的含水量为60～80％；
池塘淤泥的含水量为30～40％；
所述混合粉料、污水处理厂污泥、池塘淤泥和动物粪便的重量比为1：(3～8)：(2～5)：(0.5～1)。
5.根据权利要求1所述的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，厌氧发酵的条件包括，时间为2～3天，厌氧发酵的温度控制在30～40℃。
6.根据权利要求1所述的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，其特征在于：所述重金属吸附剂的平均粒径为5～10mm。
7.根据权利要求1所述的粉状多元素肥料添加剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，在加热灭菌处理的过程中，向发酵料与重金属吸附剂的混合物体系中通入氧气，同时搅拌处理。
8.如权利要求1～7任意一项所述的制备方法制备得到的粉状多元素肥料添加剂。
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