CN111019662A - 一种利用铝灰生产的土壤保水剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用铝灰生产的土壤保水剂及其制备方法。该方法包括：在铝灰中分别加入稀硝酸和硫化钠溶液，使铝灰中的重金属去除，含量达到农用重金属限量标准；其次，将除去重金属的铝灰与钙基化合物混合、研磨；充分混合的材料经高温活化后，得到以硫铝酸钙为主要矿物成分的材料；最后在水化条件下，得到以带32个结晶水的钙矾石为主要矿物成分、带有弱碱特质的土壤保水剂。产品可运用于干旱、半干旱地区土壤的抗旱和改良修复工作。本发明实现了提铝二次副产物——铝灰的高效农业综合利用，为减少铝灰堆存和充分利用铝资源提供了科学方法；制得的钙矾石保水剂具有一定的土壤保水能力，长期的保水效果好，而且该产品生产成本低廉。

Description

一种利用铝灰生产的土壤保水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及铝灰的农业资源化利用技术领域，具体涉及一种利用铝灰生产的土壤保水剂及其制备方法。

背景技术

铝灰渣是有色金属铝生产、消费和再利用过程中产生的固体废物，随着我国铝工业生产规模的不断扩大，铝产量的不断提高，铝灰渣的产生量也不断增加。一般每生产1t原铝会产生30～50kg的铝灰渣，按我国每年生产3500万吨计算，每年产生的铝灰总量高达10.5亿吨以上。目前，大部分生产企业仅将金属铝含量较高的一次铝灰回收利用，而回收后剩余的铝渣、二次铝灰等(铝的存在形态以氧化铝为主)多以废渣的形式进行堆积或填埋处理，因此，这不仅造成了铝资源的巨大浪费，而且还会对周围环境造成严重污染。由于铝灰中含有危害人体健康和环境的氮化铝、氟化物和锰、锌、铬、镍等重金属物质，加之其含有一定量的盐分，限制了其在工业和农业上的综合有效利用。铝灰的产生及大量堆积会对人们的生产和生活造成极大的危害，主要表现在以下几个方面：(1)污染土壤：长期未被利用的铝灰堆贮及占用土地，当铝灰中的重金属元素通过地表水或降水进入土壤超过其临界值时，土壤会向环境输出污染物，使其它环境要素受到污染，土壤组成、结构和功能等均会发生变化，最终可导致土壤资源枯竭和破坏。研究结果显示，长期堆存铝灰的土地中各种重金属含量均普遍提高，并造成土壤透气性、排水性变差。(2)污染水体：铝灰随雨水地表径流或随风进入河流、湖泊会污染地表水，并附雨水渗透到土壤中，造成地下水污染。表现较为明显的污染现象是水体pH值升高，有毒有害元素Cr、As等增加，铝灰直接排入河道还会阻塞河道。(3)污染大气：铝灰成分中含有较多的氮化铝和氟化物，氮化铝性质很不稳定，与水反应能生成氨气；遇到酸性降雨时，会产生氟化氢等有毒有害气体；而且铝灰中含有微细颗粒，露天堆放时会在风力作用下将表层灰剥离扬起，扬灰高度可达40～50m，不仅影响能见度，而且在潮湿环境中粉尘的聚集对建筑物、自然景观等形貌还会造成严重破坏。(4)危害人体健康：铝灰对水资源、土壤以及空气的污染直接影响到人们身体健康和日常生活。长期生活在高率灰粉尘环境中的居民，鼻咽炎、上呼吸道感染等发病率很高，体内铝摄入量也会增大，从而会增加危害神经系统疾病的发病率。铝灰中的少量放射性元素也会影响到人体健康。从资源角度方面看，铝灰是一种仅次于铝矾土的富铝资源，其铝含量可高达75％；而我国又是一个矿产资源储量有限的国家，因此，对铝灰进行充分合理利用，变废为宝、变害为利，已成为我国经济建设中一项重要的技术经济政策，也是铝行业迫切需要解决的技术难题之一；同时，这对提高企业的经济效益，保护生态环境具有重要的现实意义和实用价值。

现已开发的铝灰提铝工艺大致可分为酸法、碱法和酸碱联合法三个大类，均可生产出合格的氧化铝产品，但都不同程度面临着提铝排放量大、不能可溶性消纳的问题。印度B.Dash及B.R.Das通过利用反复水洗除盐后的铝灰进行酸式提铝，当硫酸浓度达到50％时候，氧化铝浸出效率可达到95％左右；李玲玲等人通过碱溶法从二次铝灰中提取氧化铝，利用氢氧化钠将氧化铝溶出，在一定的实验条件下，氧化铝溶出率为98.6％；孟加拉Md.Saifur Rahman Sarker及Md.Zahangir Alam研究首先使用盐酸将铝灰中大部分铝提出，从而除去二氧化硅，再通过氨水和氢氧化钠结合的沉淀溶出法将铁除去，最后得到的氧化铝纯度可达到99％。但是综合国内外对铝灰提铝方法的研究，对提铝后研究及回收利用罕见报道。无论是通过酸碱法、碱溶法，还是酸碱结合法提铝，原铝灰中的重金属及硅、钙、铁基本都会进入提铝残渣中，俗称赤泥。虽然中成分含量复杂，但前阶段未被完全提出的氧化铝依然成为的主要成分之一，其中氧化铝含量为20％～35％，其它含量依次为氧化钙20％～30％、氧化铁10％～20％、氧化硅10％～20％、氧化镁8％～10％。由此可看出，提铝中铝、硅、钙、镁的总量为量的90％以上，也存在很大的利用价值。但是目前的提铝副产物的处理方式主要还是填埋、水泥固化或直接露天存放。虽然提铝后的灰渣总量不大，但对其依然存在利用的价值来说，这些处理方法显然是一个巨大的浪费！

另一方面，我国西部沙地资源不但面积大，而且分布广泛。受沙土特性影响，水分及养分不宜保存，容易淋失，其农业利用效率低下。沙土的饱和导水率大，且持水能力差，容易漏水漏肥；沙土中作物可利用有效含水率低(田间持水率减去萎蔫点含水率)，不利于水分养分的保持，导致沙地很难被开发利用。近年来，针对沙土容易流失水分这个问题，国内外很多学者研发了将高分子有机物与矿物质聚合形成的超强吸水保水能力高分子聚合物，也称保水剂。Berber等研发了一种新型聚丙烯酸和无机黏土矿物复合保水剂，在沙土底部均匀铺设保水剂，并结合地下滴灌，分析了保水剂对土壤水分运移的影响。在铺设厚度约为1cm的情况下，结果表明质量分数为0.8％时，效果最好，可有效减缓湿润锋的运移时间。吕贻忠等将沙土、蒙脱石粉和阴离子型聚丙烯酰胺的混合物添加到沙地土壤耕作层底部，使底层含水率保持在田间持水率的70％～80％，有利于增加土壤的持水能力。Shixin Fang等人利用壳聚糖衍生物接枝丙烯酸合成高分子聚合物，该合成物具有超强吸收性能，良好的溶胀能力，低水蒸发速率，优异的耐盐性和pH敏感性。虽然有机物-矿物质保水剂具有很强的吸水保水性能，但是其合成材料价格昂贵，我国大部分干旱、半干旱地区都属于贫穷落后地区，根本负担起如此高昂的治理费用，严重阻碍了其在这些地区的推广使用。同时，也有研究表明，高分子有机聚合物保水剂在土壤中的施用量会影响土壤密度、团聚体稳定性和入渗性能等物理性质。在保水剂配合减量灌溉的情况下，土壤密度可随着保水剂用量的增加出现先降低后升高的变化趋势；土壤水稳性团聚体含量与保水剂的用量成正相关，但是与保水剂的粒径大小成负相关。因此，保水剂要在一定的施用范围内才能够促进土壤团粒结构的形成，如果过量使用会造成土壤板结。硫铝酸盐，即钙矾石矿物广泛存在于水泥、高水材料等材料当中，其用于膨胀水泥、矿山巷道支护、采空区充填和壁后充填支撑等领域。传统应用主要考虑了其结构特性，对于其多孔特性、含水特性等并未给予重视。我国胡家林和王玉平首次提出将硫铝酸盐水化矿物应用于保水材料当中，对无机矿物类材料作为保水材料的性质进行了论述；该研究利用硫铝酸钙矿物制备出主要含钙矾石矿物的保水材料，并进行水分含量、水分迁移、固水时间等保水方面的研究。但是该研究不仅未对如何利用原料来进行低成本合成钙矾石保水剂说明，也未对其失水性能进行探索。

发明内容

本发明的目的在于针对现有铝灰资源化利用效率低下和技术水平不够先进而提出的，本发明提供了一种利用铝灰生产的土壤保水剂及其制备方法。所述方法概括为：通过在铝灰中加入硝酸溶剂溶解提铝中的重金属元素，再利用硫化钠溶液使酸溶的重金属离子产生沉淀，去除铝灰中的重金属，使其重金属含量达到农用重金属限量标准；使得酸性溶剂重复使用。去除重金属后的精选铝灰，再在其中加入钙基化合物，一起经混合、烘干、焙烧活化和水化，得到以钙矾石为主要矿物质成分、带有弱碱特性的矿物质土壤保水剂(带32个结晶水的钙矾石为主要矿物成分、带有弱碱特质的土壤保水剂)。

本发明提供的土壤保水剂的制备方法是一种利用铝灰生产含钙矾石矿物质土壤保水剂的方法。

本发明的目的至少通过如下之一的技术方案实现。

本发明提供的一种利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将提铝后的铝灰与硝酸溶液混合，搅拌处理，然后超声处理，摇床震荡分散均匀，静置，第一次真空抽滤，得到第一次滤液和第一次滤渣；

(2)往步骤(1)所述第一次滤液中加入硫化钠溶液，混合均匀，得到混合液，静置，第二次真空抽滤，得到第二次滤液和第二次滤渣，第二次滤液含有硝酸溶液，回收第二次滤液进行二次循环使用，第二次滤渣进行危废处置；

(3)将步骤(1)所述第一次滤渣与钙基化合物混合，得到混合物，然后加入水，湿磨，过滤取沉淀，烘干，灼烧，冷却至室温，得到灼烧后的物料，然后将所述灼烧后的物料与水混合均匀，静置进行水化(与水混合放置一段时间)，第三次真空抽滤，取滤渣；

(4)将步骤(3)所述滤渣低温烘干，然后球磨处理或成型加工，得到所述利用铝灰生产的土壤保水剂。

进一步地，步骤(1)所述硝酸溶液的浓度为0.1-10mol/L；通过加入硝酸，将铝灰中的重金属溶出转化成水溶态重金属，再经过滤(真空抽滤)进行分离。

进一步地，步骤(1)所述提铝后的铝灰与硝酸溶液的质量体积比为1:1-1:20g/mL；所述搅拌处理的搅拌速率为50-200r/min，搅拌处理的时间为10-120min；超声处理的时间为1-30min；所述静置的时间为1-10h。

通过步骤(1)的操作，铝灰中的重金属溶于滤液中，经过滤，重金属提取率达到60％以上。

进一步地，步骤(1)所述摇床震荡的转速为100-200r/min，摇床震荡的时间为10-100min。

进一步地，步骤(2)所述硫化钠溶液的浓度为0.1-5mol/L；所述第一次滤液与硫化钠溶液的体积比为1:1-1:10g/mL，所述静置的时间为1-10h；所述危废处理包括：将第二次滤渣水洗至少3次以上，然后做填埋处理，且所述滤渣含水量限制在40wt％以下。所述第二次滤渣需要作为危险工业固体废弃物做填埋处理。含水量限制在40％以下。其中，重金属沉淀成滤渣的沉淀率达到90％以上。所述水洗量与重金属硫化物沉淀物的质量比，即液/固比为0.1:1-1:10g/mL。

进一步地，步骤(2)中，向步骤(1)所述第一次滤液中加入硫化钠溶液，调质搅拌后再进行第二次真空抽滤，所述硫化钠溶液的浓度为0.1～5mol/L，调质后得到的混合液pH＝4.0-9.5。

步骤(2)中，真空抽滤得到的滤液，可以二次循环使用，补充硝酸使恢复至步骤(1)中所述硝酸浓度，继续实施步骤(1)中的超声搅拌过滤，用来再次再次溶出铝灰中的重金属，提取重金属，得到精选提铝。

进一步地，步骤(3)所述钙基化合物为CaCO₃和CaSO₄·2H₂O的混合物、CaO和CaSO₄·2H₂O的混合物中的一种；在步骤(3)所述混合物中，第一次滤渣的质量分数为10％-30％，CaSO₄·2H₂O的质量分数为20％-70％，CaCO₃或CaO的质量分数为20％-80％。步骤(3)中，第一次滤渣的质量分数为10％-30％，钙基化合物的质量分数为40％～70％。

优选地，步骤(3)中，第一次滤渣与钙基化合物混合时间为10～120min；造粒前加水至所述第一次滤渣与钙基化合物的含水量为5-8wt％时进行造粒，步骤(3)所述混合物的粒度0.3～5.5cm，烘干时间30～300min，使得烘干物料水分含量低于1.5wt％。

进一步地，步骤(3)中，所述混合物(抽滤后得到的滤渣、钙基化合物混合后的固体物料)与水的固液比(质量体积比)为1:1-1:10g/mL。

进一步地，步骤(3)所述湿磨的时间为10-100min；所述灼烧的温度为800-1100℃，灼烧的时间为0.5-2h。所述冷却为冷却至常温(室温)。

优选地，步骤(3)中进行灼烧前，可以先活化30-60min。

进一步地，步骤(3)所述灼烧后的物质与水的质量体积比(固液比)为1：0.5-1:1g/mL；所述静置的时间为1-12h(加水水化)。

步骤(1)、步骤(2)及步骤(3)所述真空抽滤包括：在0-0.1MPa的真空环境下抽滤1～10min。

进一步地，步骤(4)所述低温烘干的温度为25-30℃；球磨处理后得到的所述利用铝灰生产的土壤保水剂的粒度为0.3-0.5cm。

优选地，步骤(4)所述烘干的时间为30-300min。

本发明提供一种由上述的制备方法制得的土壤保水剂(弱碱性土壤保水剂)，其含水率不低于40wt％，钙矾石含量不低于85wt％，枸溶性二氧化硅含量在5wt％以上，枸溶性氧化钙含量大于25wt％，pH值为9-12。

进一步地，得到的所述利用铝灰生产的土壤保水剂的粒度为0.3-0.5cm。

本发明提高了铝灰的综合利用程度，创新地利用了铝灰提铝后的进行土壤保水剂的合成，实现了提铝工艺零固体废弃物排放的原则，减轻了铝灰渣的危害，并提高经济效益。

与已有技术相比，本发明具有以下优点和创新之处：

(1)本发明提供的制备方法，主要原料为铝灰，是铝冶炼、成型过程中产生的工业固体废物，将再次提铝后的铝灰中含有的重金属提取出来并将其制作矿物质土壤保水剂，可降低铝灰的重金属含量(本发明中重金属去除率高达60％以上)，达到农用固体废物的限值标准；提铝灰的高效综合利用水平，减轻铝灰重金属危害，并提高矿物质含量水平，增加土壤的保水能力，从而产生更大的经济效益；

(2)本发明提供的制备方法，用铝灰去除重金属后的材料制作成矿物质土壤保水剂，实现污染物的二次利用，符合循环经济发展和可持续发展的科学理念。

(3)本发明制得的土壤保水剂(矿物质土壤调理剂产品)为弱碱性，对于酸性土壤的改良和修复效果明显；

(4)本发明提供的制备方法，重金属以硫化物稳定态形式加以去除，最终通过填埋方式处置；杂酸溶剂可重复使用。从而达绿色循环经济生产模式。

附图说明

图1为实施例1中步骤(3)所述灼烧后的物料与步骤(4)所述利用铝灰生产的土壤保水剂的表征的XRD图谱；

图2为实施例2中步骤(3)所述灼烧后的物料与步骤(4)所述利用铝灰生产的土壤保水剂的表征的XRD图谱；

图3为实施例3中物料在不同水化时间下得到3种利用铝灰生产的土壤保水剂的XRD图谱；

图4为保水剂在模拟干旱环境条件下材料水分的挥发的TG-DSC图；

图5为实施例提供的利用铝灰生产土壤保水剂的工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施案例及附图对本发明技术方案作进一步详细描述，但本发明的保护范围和实施方式不限于此。

实施例1

一种利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤(可参照图5所示)：

(1)将提铝后的铝灰与浓度为0.1mol/L硝酸溶液混合，所述提铝后的铝灰与硝酸溶液的质量体积比为1:1g/mL，搅拌处理(转速为50rpm，时间为10min)，然后超声处理(超声时间为30min)，摇床震荡分散均匀(转速为100r/min，时间为10min)，静置(静置时间为1h)，第一次真空抽滤，得到第一次滤液和第一次滤渣；

(2)往步骤(1)所述第一次滤液中加入100mL浓度为0.1mol/L的硫化钠溶液，所述第一次滤液与硫化钠溶液的体积比为1:1，混合均匀，得到混合液，静置(静置时间为1h)，第二次真空抽滤，得到第二次滤液和第二次滤渣，第二次滤液含有硝酸溶液，回收第二次滤液进行二次循环使用，第二次滤渣进行危废处置；所述危废处理包括：将第二次滤渣水洗至少3次以上，然后做填埋处理，且所述滤渣含水量限制在40wt％以下；

(3)将步骤(1)所述第一次滤渣与钙基化合物(CaCO₃和CaSO₄·2H₂O的混合物)混合，得到混合物，在所述混合物中，第一次滤渣的质量分数为15％，CaSO₄·2H₂O的质量分数为64％，CaO的质量分数为21％，然后加入水，所述混合物与水的固液比为1:1g/mL，湿磨10min，烘干，在850℃条件下灼烧1.0h，冷却至室温，得到灼烧后的物料，然后将所述灼烧后的物料与水混合均匀，所述灼烧后的物质与水的质量体积比为1：0.5g/mL，静置进行水化，水化时间为8h，进行第三次真空抽滤，取滤渣；

(4)将步骤(3)所述滤渣低温烘干(温度为30℃)，然后球磨处理，得到所述利用铝灰生产的土壤保水剂(粒度为0.3cm)。

水化材料成分的表征

取步骤(3)所述灼烧后的物料与步骤(4)所述利用铝灰生产的土壤保水剂，对这两种材料进行XRD表征；结果如图1所示，由图1可知：高温活化后的物料(即步骤(3)所述灼烧后的物料)主要成分是硫酸铝钙(钙矾石水化前体物)，其次是硬石膏；水化后的物料(即步骤(4)所述利用铝灰生产的土壤保水剂)主要为钙矾石，钙矾石具有土壤保水的作用。

实施例2

一种利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将提铝后的铝灰与浓度为0.3mol/L硝酸溶液混合，所述提铝后的铝灰与硝酸溶液的质量体积比为1:5g/mL，搅拌处理(转速为100rpm，时间为30min)，然后超声处理(超声时间为30min)，摇床震荡分散均匀(转速为150r/min，时间为10min)，静置(静置时间为5h)，第一次真空抽滤，得到第一次滤液和第一次滤渣；

(2)往步骤(1)所述第一次滤液中加入100mL浓度为1.0mol/L的硫化钠溶液，所述第一次滤液与硫化钠溶液的体积比为1:2，混合均匀，得到混合液，静置(静置时间为5h)，第二次真空抽滤，得到第二次滤液和第二次滤渣，第二次滤液含有硝酸溶液，回收第二次滤液进行二次循环使用，第二次滤渣进行危废处置；所述危废处理包括：将第二次滤渣水洗至少3次以上，然后做填埋处理，且所述滤渣含水量限制在40wt％以下；

(3)将步骤(1)所述第一次滤渣与钙基化合物(CaCO₃和CaSO₄·2H₂O的混合物)混合，得到混合物，在所述混合物中，第一次滤渣的质量分数为20％，CaSO₄·2H₂O的质量分数为30％，CaCO₃的质量分数为50％，然后加入水，所述混合物与水的固液比为1:1g/mL，湿磨20min，烘干，在900℃条件下灼烧1.0h，冷却至室温，得到灼烧后的物料，然后将所述灼烧后的物料与水混合均匀，所述灼烧后的物质与水的质量体积比为1：1g/mL，静置进行水化，水化时间为12h，进行第三次真空抽滤，取滤渣；

(4)将步骤(3)所述滤渣低温烘干(温度为30℃)，然后球磨处理，得到所述利用铝灰生产的土壤保水剂(粒度为0.4cm)。

水化材料成分的表征

取步骤(3)所述灼烧后的物料与步骤(4)所述利用铝灰生产的土壤保水剂，对这两种材料进行XRD表征；结果如图2所示，由图2可知：高温活化后的物料(即步骤(3)所述灼烧后的物料)主要成分是硫酸铝钙(钙矾石水化前体物)，只含有少量石膏；水化后的物料(即步骤(4)所述利用铝灰生产的土壤保水剂)主要为钙矾石，还含有少量未完全水化的石膏。

实施例3

一种利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将提铝后的铝灰与浓度为0.5mol/L硝酸溶液混合，所述提铝后的铝灰与硝酸溶液的质量体积比为1:10g/mL，搅拌处理(转速为100rpm，时间为20min)，然后超声处理(超声时间为30min)，摇床震荡分散均匀(转速为100r/min，时间为30min)，静置(静置时间为5h)，第一次真空抽滤，得到第一次滤液和第一次滤渣；

(2)往步骤(1)所述第一次滤液中加入100mL浓度为5.0mol/L的硫化钠溶液，所述第一次滤液与硫化钠溶液的体积比为1:10，混合均匀，得到混合液，静置(静置时间为5h)，第二次真空抽滤，得到第二次滤液和第二次滤渣，第二次滤液含有硝酸溶液，回收第二次滤液进行二次循环使用，第二次滤渣进行危废处置；所述危废处理包括：将第二次滤渣水洗至少3次以上，然后做填埋处理，且所述滤渣含水量限制在40wt％以下；

(3)将步骤(1)所述第一次滤渣与钙基化合物(CaCO₃和CaSO₄·2H₂O的混合物)混合，得到混合物，在所述混合物中，第一次滤渣的质量分数为20％，CaSO₄·2H₂O的质量分数为30％，CaCO₃的质量分数为50％，然后加入水，所述混合物与水的固液比为1:1g/mL，湿磨30min，烘干，在1000℃条件下灼烧1.0h，冷却至室温，得到灼烧后的物料，然后将所述灼烧后的物料与水混合均匀，所述灼烧后的物质与水的质量体积比为1：1.0g/mL，得到混合液；取3份混合液分别静置进行水化，水化时间分别为2、8和12h，进行第三次真空抽滤，取滤渣；

(4)将步骤(3)所述滤渣低温烘干(温度为25℃)，然后球磨处理，得到3种所述利用铝灰生产的土壤保水剂(粒度为0.5cm)。

水化材料成分的表征

取步骤(4)所述的3种利用铝灰生产的土壤保水剂，对这三种材料进行XRD表征，结果如图3所示，由图3可知：物料水化2h后已经生成大量钙矾石(土壤保水剂的主要成分)；水化时间为8h和12h的材料中钙矾石主峰(2θ＝9°)强度与水化时间为8h的材料并无很大区别。

合成土壤保水剂的水分挥发情况

将实施例3步骤(4)所述的利用铝灰生产的土壤保水剂(水化时间为8h)在升温速度为3℃/min和气氛为空气的条件下测定TG-DSC，温度从室温升至150℃，并测试保水剂在尽可能模拟干旱环境条件下材料水分的挥发情况；土壤保水剂的水分挥发情况如图4所示，可见土壤保水剂在60℃开始失水，温度在94.88℃下失水情况达到最大，吸热量最高；当温度高于100℃时，失水速率降低，水分挥发量很少；在整个升温过程，水分蒸发量为14.61％，即材料含水量的31.8％；

沙漠最高温度为75℃，本实施例所合成的土壤保水剂的最高失水温度高于75℃，并且当温度为75℃时，该土壤保水剂失水量低于15％，剩余75％的水分能够足以在沙漠最热时为植物提供水分。同时，本土壤保水剂生产原材料来源广泛，生产成本低廉，能够广泛应用于我国大面积的干旱、半干旱地区。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将提铝后的铝灰与硝酸溶液混合，搅拌处理，然后超声处理，摇床震荡分散均匀，静置，第一次真空抽滤，得到第一次滤液和第一次滤渣；

(2)往步骤(1)所述第一次滤液中加入硫化钠溶液，混合均匀，得到混合液，静置，第二次真空抽滤，得到第二次滤液和第二次滤渣，第二次滤液含有硝酸溶液，回收第二次滤液进行二次循环使用，第二次滤渣进行危废处置；

(3)将步骤(1)所述第一次滤渣与钙基化合物混合，得到混合物，然后加入水，湿磨，过滤取沉淀，烘干，灼烧，冷却至室温，得到灼烧后的物料，然后将所述灼烧后的物料与水混合均匀，静置进行水化，第三次真空抽滤，取滤渣；

(4)将步骤(3)所述滤渣低温烘干，然后球磨处理，得到所述利用铝灰生产的土壤保水剂。

2.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硝酸溶液的浓度为0.1-10mol/L；所述提铝后的铝灰与硝酸溶液的质量体积比为1:1-1:20g/mL；所述搅拌处理的搅拌速率为50-200r/min，搅拌处理的时间为10-120min；超声处理的时间为1-30min；所述静置的时间为1-10h。

3.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述摇床震荡的转速为100-200r/min，摇床震荡的时间为10-100min。

4.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述硫化钠溶液的浓度为0.1-5mol/L；所述第一次滤液与硫化钠溶液的体积比为1:1-1:10；所述静置的时间为1-10h；所述危废处理包括：将第二次滤渣水洗至少3次以上，然后做填埋处理，且所述滤渣含水量限制在40wt％以下。

5.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述钙基化合物为CaCO₃和CaSO₄·2H₂O的混合物、CaO和CaSO₄·2H₂O的混合物中的一种；在步骤(3)所述混合物中，第一次滤渣的质量分数为10wt％-30wt％，CaSO₄·2H₂O的质量分数为20wt％-70wt％，CaCO₃或CaO的质量分数为20wt％-80wt％。

6.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述混合物与水的固液比为1:1-1:10g/mL。

7.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述湿磨的时间为10-100min；烘干温度为80-105℃，烘干时间为60-120min；所述灼烧的温度为800-1100℃，灼烧的时间为0.5-2h。

8.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述灼烧后的物质与水的质量体积比为1：0.5-1:1g/mL；所述静置的时间为1-12h。

9.根据权利要求1所述的利用铝灰生产的土壤保水剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述低温烘干的温度为25-30℃；球磨处理后得到的所述利用铝灰生产的土壤保水剂的粒度为0.3-0.5cm。

10.一种由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的土壤保水剂，其特征在于，含水率不低于40wt％，钙矾石含量不低于85wt％，枸溶性二氧化硅含量在5wt％以上，枸溶性氧化钙含量大于25wt％，pH值为9-12。

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