CN109438116A - 一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法 - Google Patents

一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，涉及一种制备土壤改良剂的方法。本发明是要解决现有的煤矸石大量堆弃的技术问题。本发明首先将煤矸石超微活化，然后利用煤矸石和草木灰在高温条件焙烧，利用草木灰中的K2CO3催化活化煤矸石中的晶体SiO2转变为可被植物吸收利用的有效硅，同时草木灰中的K元素由速溶态K2CO3转变为K、Ca、Mg、Si共存的枸溶态化合物，从而在提高有效Si含量的同时，延缓K的释放速率，增加植物对K的吸收和利用率，同时提供植物所需矿质营养；利用硅钾肥与风化煤/有机肥复配制备土壤改良剂，风化煤/有机肥在增加土壤有机养分的同时，对土壤团聚结构和透气保水性能起到一定的改善作用。

Description

一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法
技术领域
本发明涉及一种制备土壤改良剂的方法。
背景技术
煤矸石是煤炭生产和加工过程中产生的固体废弃物，被人们看成“工业垃圾”、“公害”和“废物”。煤矸石每年的排放量相当于当年煤炭产量的10％左右，是目前我国排放量最大的工业固体废弃物之一。
目前煤矸石的综合利用主要集中在发电、生产建材、生态填埋和提取化学产品等方面。煤矸石中的主要成分以SiO2为主，并含有大量农作物需要的微量元素，如Cu、Zn、K以及Ca的化合物；对农作物有害的重金属元素，如Cd、Hg、Cr、Pb等均低于农用控制标准。所以，利用煤矸石进行农业资源化成为研究的热点。但是煤矸石中的Si元素多以晶体形态存在，需对其进行激活制备硅肥。
草木灰由农业废弃物焚烧制得，含有Ca、Mg、Si、K等农作物所需的大多数矿质元素；由于含有大量的K2CO3(15％左右)，在农业常被用作钾肥。目前，肥料行业正朝着多元素、复合化、缓释和长效的方向发展。
发明内容
本发明是要解决现有的煤矸石大量堆弃的技术问题，而提供一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法。
本发明的利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法是按以下步骤进行的：
一、准备原料：将煤矸石在蒸汽磨中进行机械研磨超微活化，得到粒度为2μm～10μm的煤矸石；将草木灰脱水研磨，得到目数为60目～200目的草木灰，所述的草木灰中钾的质量分数为10％～15％；
二、将步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰均匀混合，然后进行焙烧，焙烧温度为600℃～900℃，焙烧时间为0.5h～2h，自然降至室温，得到硅钾肥；所述的步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰的质量比为1:(0.5～16)；
三、将步骤二得到的硅钾肥与风化煤或有机肥进行复配，然后进行造粒制得土壤改良剂；所述的步骤二得到的硅钾肥与风化煤的质量比为1:(0.1～10)；所述的步骤二得到的硅钾肥与有机肥的质量比为1:(0.1～10)。
本发明制备的土壤改良剂可用于盐碱土、沙化土壤、矿区塌陷土壤等劣质土壤的培肥和作物产量提升以及病虫害防治等领域。
本发明提供了一种基于煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，首先将煤矸石在蒸汽磨中超微活化，活化后粒径为2μm～10μm，活化的目的是促进煤矸石中Si的有效释放；然后利用超微活化后的煤矸石和草木灰在高温条件下焙烧，焙烧的目的是通过草木灰中的K2CO3作为助剂和活化剂高温催化活化煤矸石中的晶体SiO2转变为可被植物吸收利用的有效硅，同时草木灰中的钾元素由速溶态K2CO3转变为K、Ca、Mg、Si共存的枸溶态化合物，从而在提高有效Si含量的同时，延缓钾的释放速率，增加植物对K元素的吸收和利用率，同时提供K、Ca、Mg、Fe等其它植物所需矿质营养。
本发明利用步骤二制备的硅钾肥可根据实际需要与风化煤或有机肥复配制备土壤改良剂，风化煤和有机肥在增加土壤有机养分的同时，对土壤团聚结构和透气保水性能起到一定的改善作用。该发明可用于盐碱/砂化/矿区塌陷土壤中土壤肥力和作物的产量提升以及病虫害防治等领域。
本发明的有益效果：
本发明具有制备工艺简单，易于规模化工业生产的优点，还具有原料成本低廉，保护环境和实现工农业固废资源化高效利用的的综合优势。
本发明利用煤矸石和草木灰制备硅钾肥，提高了Si溶出率(溶出率≥20％，含水量≤3％，细度≥80目)，同时还含有K、Ca、Mg、Fe等其它植物所需矿质元素；并使K缓释，克服了土壤中钾元素的流失，钾元素利用率低等弊端，具有缓释，延长肥效的特点。
本发明利用风化煤或有机肥与上述硅钾肥复配制备的有机无机复合肥，可用于多种劣质生境土壤肥力和作物产量的提升以及病虫害的防治领域。
本发明利用价格低廉的煤矸石和草木灰原料，有效降低肥料成本；并采用风化煤进行复配，兼顾无机有机肥效，具有很强的实际应用价值。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、准备原料：将煤矸石在蒸汽磨中进行机械研磨超微活化，得到粒度为2μm～10μm的煤矸石；将草木灰脱水研磨，得到目数为60目～200目的草木灰，所述的草木灰中钾的质量分数为10％～15％；
二、将步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰均匀混合，然后进行焙烧，焙烧温度为600℃～900℃，焙烧时间为0.5h～2h，自然降至室温，得到硅钾肥；所述的步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰的质量比为1:(0.5～16)；
三、将步骤二得到的硅钾肥与风化煤或有机肥进行复配，然后进行造粒制得土壤改良剂；所述的步骤二得到的硅钾肥与风化煤的质量比为1:(0.1～10)；所述的步骤二得到的硅钾肥与有机肥的质量比为1:(0.1～10)。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中将草木灰脱水研磨，得到目数为80目的草木灰。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述的步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰的质量比为1:4。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的焙烧温度为700℃。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤二中所述的焙烧时间为1h。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、准备原料：选择朔州某矿煤矸石，矿中含SiO2的质量百分比含量为45.6％，将煤矸石在蒸汽磨中进行机械研磨超微活化，得到粒度为2μm～10μm的煤矸石；
选定草木灰由玉米芯焚烧制得，其中K2O的质量含量为11.6％，SiO2质量含量为14.5％，CaO质量含量为35.7％，将草木灰脱水研磨，得到目数为80目的草木灰(质量百分比为80％)，；
二、将步骤一的煤矸石和草木灰均匀混合，混合后SiO2：K2O≈1:1，然后进行焙烧，焙烧温度为700℃，焙烧时间为1h，自然降至室温，得到硅钾肥；所述的步骤一的煤矸石和草木灰的质量比为1:4；
按照煤矸石基硅钾肥产品粒度的要求进行磨粉得到细度为通过250μm标准筛≥80％(质量百分比)的产品，检测得到煤矸石基硅钾肥产品中有效硅(SiO2)质量含量为21.54％，水的质量百分比含量为0.15％，符合硅肥标准；As的质量百分比含量为0.002％，Cd的质量百分比含为量为0.0002％，Pb的质量百分比含量为0.007％，Hg质量百分比含量为0.000012％，Cr的质量百分比含量为0.0016％，重金属含量均在国标范围内；
三、将步骤二得到的煤矸石基硅钾肥硅钾肥与风化煤进行复配，然后进行造粒制得土壤改良剂；所述的步骤二得到的煤矸石基硅钾肥与风化煤的质量比为1:1。
将本试验制备的土壤改良剂施用于朔州盐碱土(pH8.2,电导率4.56Ds/m)，玉米产量与未施加肥料相比提升了22.3％。
试验二：本试验为一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、准备原料：选择长治市潞安某矿煤矸石，矿中含SiO2的质量百分比含量为33.7％，将煤矸石在蒸汽磨中进行机械研磨超微活化，得到粒度为2μm～10μm的煤矸石；
选定草木灰由杂草焚烧制得，其中K2O的质量含量为12.5％，SiO2质量含量为33.3％，CaO质量含量为16.2％，将草木灰脱水研磨，得到目数为80目的草木灰(质量百分比为80％)；
二、将步骤一的煤矸石和草木灰均匀混合，混合后SiO2：K2O≈1:2，然后进行焙烧，焙烧温度为800℃，焙烧时间为1h，自然降至室温，得到硅钾肥；所述的步骤一的煤矸石和草木灰的质量比为1:6；
按照煤矸石基硅钾肥产品粒度的要求进行磨粉得到细度为通过250μm标准筛≥80％(质量百分比)的产品，检测得到煤矸石基硅钾肥产品中有效硅(SiO2)质量含量为20.58％，水的质量百分比含量为0.19％，符合硅肥标准；As的质量百分比含量为0.001％，Cd的质量百分比含为量为0.0001％，Pb的质量百分比含量为0.008％，Hg质量百分比含量为0.00001％，Cr的质量百分比含量为0.0017％，重金属含量均在国标范围内；
三、将步骤二得到的煤矸石基硅钾肥硅钾肥与风化煤进行复配，然后进行造粒制得土壤改良剂；所述的步骤二得到的煤矸石基硅钾肥与风化煤的质量比为1:4。
将本试验制备的土壤改良剂施用于矿区塌陷土壤，玉米产量与未施加肥料相比提升了15.4％。
试验三：本试验为一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、准备原料：选择中阳某矿煤矸石，矿中含SiO2的质量百分比含量为54.4％，将煤矸石在蒸汽磨中进行机械研磨超微活化，得到粒度为2μm～10μm的煤矸石；
选定草木灰由杨树叶焚烧制得，其中K2O的质量含量为5.74％，SiO2质量含量为24.9％，CaO质量含量为29.1％，将草木灰脱水研磨，得到目数为80目的草木灰(质量百分比为80％)；
二、将步骤一的煤矸石和草木灰均匀混合，混合后SiO2：K2O≈1:1，然后进行焙烧，焙烧温度为750℃，焙烧时间为1h，自然降至室温，得到硅钾肥；所述的步骤一的煤矸石和草木灰的质量比为1:10；
按照煤矸石基硅钾肥产品粒度的要求进行磨粉得到细度为通过250μm标准筛≥80％(质量百分比)的产品，检测得到煤矸石基硅钾肥产品中有效硅(SiO2)质量含量为23.53％，水的质量百分比含量为0.3％，符合硅肥标准；As的质量百分比含量为0.004％，Cd的质量百分比含为量为0.0001％，Pb的质量百分比含量为0.006％，Hg质量百分比含量为0.00002％，Cr的质量百分比含量为0.0019％，重金属含量均在国标范围内；
三、将步骤二得到的煤矸石基硅钾肥硅钾肥与风化煤进行复配，然后进行造粒制得土壤改良剂；所述的步骤二得到的煤矸石基硅钾肥与风化煤的质量比为1:5。
将本试验制备的土壤改良剂施用于风沙区某砂化土壤，玉米产量与未施加肥料相比提升了19.6％。

Claims (5)

1.一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，其特征在于利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法是按以下步骤进行的：
一、准备原料：将煤矸石在蒸汽磨中进行机械研磨超微活化，得到粒度为2μm～10μm的煤矸石；将草木灰脱水研磨，得到目数为60目～200目的草木灰，所述的草木灰中钾的质量分数为10％～15％；
二、将步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰均匀混合，然后进行焙烧，焙烧温度为600℃～900℃，焙烧时间为0.5h～2h，自然降至室温，得到硅钾肥；所述的步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰的质量比为1:(0.5～16)；
三、将步骤二得到的硅钾肥与风化煤或有机肥进行复配，然后进行造粒制得土壤改良剂；所述的步骤二得到的硅钾肥与风化煤的质量比为1:(0.1～10)；所述的步骤二得到的硅钾肥与有机肥的质量比为1:(0.1～10)。
2.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，其特征在于步骤一中将草木灰脱水研磨，得到目数为80目的草木灰。
3.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，其特征在于步骤二中所述的步骤一的粒度为2μm～10μm的煤矸石和目数为60目～200目的草木灰的质量比为1:4。
4.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，其特征在于步骤二中所述的焙烧温度为700℃。
5.根据权利要求1所述的一种利用煤矸石和草木灰改性制备土壤改良剂的方法，其特征在于步骤二中所述的焙烧时间为1h。
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