CN109796988A - 以废弃生物质和电石渣为原料生产土壤调理剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明以废弃生物质和电石渣为原料生产土壤调理剂。将水稻秸秆等生物质原料热解产生的生物炭粉碎过筛后，与电石渣煅烧后的残渣、磷酸一铵混合后，采用尿素喷浆造粒的方式制成土壤调理剂颗粒。本发明实现了对于废弃生物质和电石渣的资源化、无害化利用，所产产品对土壤酸化、盐碱地等退化土壤具有显著的改良效益，并为植物生长提供氮素。本方法操作简单，配方可调，切实可行、资源利用率高、无二次污染问题，可以带来显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及农业、环保领域，具体涉及以废弃生物质和电石渣为原料生产土壤调理剂的方法，实现对废弃资源的减量化、资源化、无害化利用。
背景技术
土壤是人类赖以生存的物质基础，但由于化肥农药的长期不合理使用以及工业三废的排放等导致我国耕地严重退化，并日趋严重，主要表现为土壤酸化板结、养分失衡、次生盐渍化、连作障碍、重金属污染等，已经严重影响到我国农业的可持续发展，对粮食安全造成了严重的影响。随着经济社会的快速发展以及人民对于环保和食品安全的日益重视，从国家政策以及市场需求等方面对土壤的修复和治理行业提供良好的发展机遇。研究证明，施用土壤调理剂可以显著改善土壤的物理和/或化学性质，提高土壤的生物活性。因此，高效且环境友好的土壤改良剂产品具有广阔的市场需求和发展前景。根据农业部肥料登记统计数据显示，到2018年1月已登记各类调理剂130种，其主要原料包括矿物材料、工业废弃物、有机物料等。
电石渣是利用电石生产聚氯乙烯时产生的残渣，我国2016年实际产生电石渣总量近3000万吨，其颗粒粒径在10-50μm，呈稀糊状、流动性差、碱性较强，主要成分为Ca(OH)2，占总含量的80％以上，另外还含有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等物质。目前电石渣浆主要用来加工制成水泥、砌砖等建材、生产碳酸钙等化工产品，但是也存在一些问题。例如，专利CN107117836A(其以引用的方式并入本文)公布了一种由电石渣制备电石渣水泥的方法，将电石渣脱水干燥后，与镍铁渣、砂岩、粉煤灰混合，经过挤压、粉磨之后，采用干磨干烧工艺进行煅烧制备得到水泥熟料，提高生产效率、实现了对于电石渣的资源化利用。该方法以生产水泥为目的，虽然工艺成熟、可行性较高，但是工艺流程复杂，对仪器设备要求较高，投入成本较高。
同时，由于电石渣总量较大，需要开发新的利用途径，以实现综合利用。
生物质炭是生物质原料在完全或部分缺氧条件下高温热解后的固体产物，由于具有丰富的孔隙结构、巨大的表面积和较高的碳含量(约70％-80％)，一般呈碱性(pH＝7-12)，表面含有丰富的-COOH，-OH和-CO等含氧官能团和碱性离子(Na+和K+)。我国的秸秆资源种类非常丰富，且产量巨大。全国每年约产生8亿吨秸秆，但综合利用率还不足80％，仍有大量的秸秆不能得到有效的利用，造成随意丢弃和露天直接焚烧的现象严重，导致资源浪费、地力损伤和环境污染。因此将秸秆转化为生物炭还田，一方面实现了对于秸秆的无害化、减量化和资源化利用，另一方面可以显著改善土壤理化性质、提高土壤肥力和微生物的活性。例如，专利CN107226765A(其以引用的方式并入本文)公布了一种生物炭基缓释氮肥的制备方法，该方法以生物炭为载体，将硝酸铵熔化在生物炭的多孔结构内,并且与沸石粉、腐殖酸、凹凸棒土、微量元素和复合氨基酸配合,制成生物炭基缓释氮肥，可降低化肥的淋失,减轻化肥对环境的污染,并延长其养分有效期,降低养分损失,提高肥料养分利用率。但是，所需沸石粉、腐殖酸、凹凸棒土、微量元素和复合氨基酸的成本较高。
本研究以废弃的生物质和电石渣为原料，集成热解、喷浆造粒等技术，生产土壤调理剂。即为秸秆和电石渣的综合利用提供了一个新的技术，又可以以低成本实现对于土壤的改良提质，可带来显著的经济、社会和环境效益。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，以废弃生物质和电石渣为原料生产土壤调理剂，一方面可以实现对于废弃生物质和电石渣的资源化、无害化利用，另一方可以改良土壤，提高产品附加值。本方法操作简单，切实可行、资源利用率高、无二次污染问题，可以带来显著的经济效益。
本发明的第一方面公开了一种以废弃生物质和电石渣为原料生产土壤调理剂的方法，包括如下步骤：
(1)将生物质原料制成生物炭粉；
(2)将电石渣制成电石渣粉；
(3)将步骤(2)制得的电石渣粉与步骤(1)制得的生物炭粉以及磷酸一铵混匀得到混合粉末；和
(4)将尿素溶解于水中喷射到步骤(3)制得的混合粉末以进行造粒，即得土壤调理剂；
所得土壤调理剂中各成分的比例为：生物炭粉10-60重量％，磷酸一铵0-25％(不含0)重量，电石渣粉5-35％重量，尿素5-20重量％，水3重量％。
在一个优选实施方案中，所述生物质原料选自水稻秸秆、楠竹.....
在一个实施方案中，所述步骤(1)按照如下进行：将生物质原料风干，粉碎成长度5-20cm、宽度1-4cm的小块，放入热解炉中进行热解，升温速率为10-20℃/min，热解温度为500-600℃，热解时间为40-60min，将产生的生物炭粉碎过筛(100目)后制成生物炭粉。
在一个优选实施方案中，所述电石渣为电石法生产聚氯乙烯时产生的副产物。
在一个实施方案中，所述步骤(2)按照如下进行：将电石渣脱水干燥后得到粉状产品再进行锻烧，温度为900-1200℃，锻烧时间为30-60min，所得残渣经过冷却、粉碎、过筛后得到电石渣粉。
在一个实施方案中，所述步骤(4)按照如下进行：将步骤(3)制得的混合粉末投入到转鼓造粒机中，再将尿素溶解于水中经热蒸汽喷射于转鼓造粒机内，进行造粒，所得颗粒经蒸汽烘干机干燥后降至常温即为土壤调理剂。
在一个优选实施方案中，所述蒸汽烘干机进口温度：130-150℃，出口温度：60-70℃。
在一个优选实施方案中，所述土壤调理剂的粒径为2-3mm。
本发明的第二方面提供根据本发明所述的方法制备的土壤调理剂。
本发明的第三方面提供一种改良土壤的方法，包括在需要改良的土壤中加入根据本发明所述的土壤调理剂。
本发明以改良土壤为目的，利用废弃生物质和电石渣为原料，集成热解、喷浆造粒等技术，生产土壤调理剂。一方面可以实现对于废弃生物质和电石渣的资源化、无害化利用，另一方可以改良土壤，提高产品附加值。本发明的产品适应性广，其中含有的生物炭和电石渣等物质能够改良土壤，降低氮素的淋失，减轻化肥对环境的影响，作用效果明显。本发明的方法操作简单，原料成本低、资源利用率高、无二次污染问题，可以带来显著的经济效益。
附图说明
图1是以废弃生物质和电石渣为原料生产土壤调理剂的工艺流程简图。
具体实施方式
实施例
实施例1
以水稻秸秆为生物质原料，其原料含水量为16.3％，主要组成成分见表1，切成长度2-5cm的小段，放入热解炉中进行热解，升温速率为20℃/min，热解温度为500℃，热解时间为40min，将产生的生物炭粉碎过筛(100目)后制成生物炭粉。电石渣经脱水干燥得到粉状产品，经锻烧后(温度为1200℃、时间为40min)得到烧后残渣，其主要成分见表2，经过冷却、粉碎、过筛后，与磷酸一铵和生物炭粉投入搅拌罐中进行混匀，得到混合粉末(添加比例为生物炭粉60％、磷酸一铵10％、电石渣粉30％)，随后投入到转鼓造粒机中，将尿素溶解于水中，并经热蒸汽喷射于转鼓造粒机内，进行造粒，所得颗粒经蒸汽干燥后降至常温即可得到土壤调理剂样品，经烘干机和冷却机处理后，含水量为3％，粒径为2-3mm。
表1水稻秸秆及所产水稻秸秆炭的工业分析和元素分析
表2电石渣主要成分
实施例2
以楠竹为生物质原料，其原料含水量为31.0％，主要组成成分见表3，粉碎成长度5-20cm、宽度1-4cm的颗粒，通过热解炉中进行热解，升温速率为20℃/min，热解温度为600℃，热解时间为60min，将产生的生物炭粉碎过筛(100目)后制成生物炭粉。电石渣经脱水干燥得到粉状产品，经锻烧后(温度为1100℃、时间为40min)得到烧后残渣，其主要成分见表4，经过冷却、粉碎、过筛后，与磷酸一铵和生物炭粉投入搅拌罐中进行混匀，得到混合粉末(添加比例为生物炭粉50％、磷酸一铵5％、电石渣粉45％)，随后投入到转鼓造粒机中，将尿素溶解于水中，并经热蒸汽喷射于转鼓造粒机内，进行造粒，所得颗粒经蒸汽干燥后降至常温即可得到土壤调理剂样品，经烘干机和冷却机处理后，含水量为3％，粒径为2-3mm。
表3楠竹及所产楠竹炭的工业分析和元素分析
表4电石渣主要成分
实施例3
取农田土壤经自然风干、去杂质、磨碎、过6mm筛，土壤的基本理化性质见表5，按照每盆8kg的重量分装到花盆中(35cm×45cm)用来种植高粱，通过施用不同量(0％、0.5％、1％)的土壤调理剂(以水稻秸秆和电石渣为原料)，设置3个处理，每个处理重复6盆，每盆播种种子4粒，于四叶期时间苗，剔除弱苗，留长势健壮一致的幼苗1株，生长期间正常管理，包括适时除草、灌溉、喷洒农药防治病虫害等，待高粱成熟后，对植株表型性状等进行测定，具体结果见表6。结果表明，施用土壤调理剂的高粱生长情况较好，且在处理范围内随着施用量的增加高粱生物量、株高等指标均增加。
表5土壤的基本理化性质
表6高粱的生长情况
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种以废弃生物质和电石渣为原料生产土壤调理剂的方法，包括如下步骤：
(1)将生物质原料制成生物炭粉；
(2)将电石渣制成电石渣粉；
(3)将步骤(2)制得的电石渣粉与步骤(1)制得的生物炭粉以及磷酸一铵混匀得到混合粉末；和
(4)将尿素溶解于水中喷射到步骤(3)制得的混合粉末以进行造粒，即得土壤调理剂；
所得土壤调理剂中各成分的比例为：生物炭粉10-60重量％，磷酸一铵0-25％(不含0)重量，电石渣粉5-35％重量，尿素5-20重量％，水3重量％。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述生物质原料选自水稻、玉米等作物秸秆、楠竹、杏核皮。
3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(1)按照如下进行：将生物质原料风干，粉碎成长度5-20cm、宽度1-4cm的小块，放入热解炉中进行热解，升温速率为10-20℃/min，热解温度为500-600℃，热解时间为40-60min，将产生的生物炭粉碎过筛(100目)后制成生物炭粉。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述电石渣为电石法生产聚氯乙烯时产生的副产物。
5.如权利要求1所述的方法，其中步骤(2)按照如下进行：将电石渣脱水干燥后得到粉状产品再进行锻烧，温度为900-1200℃，锻烧时间为30-60min，所得残渣经过冷却、粉碎、过筛后得到电石渣粉。
6.如权利要求1所述的方法，其中步骤(4)按照如下进行：将步骤(3)制得的混合粉末投入到转鼓造粒机中，再将尿素溶解于水中经热蒸汽喷射于转鼓造粒机内，进行造粒，所得颗粒经蒸汽烘干机干燥后降至常温即为土壤调理剂。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述蒸汽烘干机进口温度：130-150℃，出口温度：60-70℃。
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其中土壤调理剂的粒径为2-3mm。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法制备的土壤调理剂。
10.一种改良土壤的方法，包括：
在需要改良的土壤中加入根据权利要求9所述的土壤调理剂。
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