CN111116241A

CN111116241A - 一种用硅矿石制备全水溶硅肥的方法

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Publication number: CN111116241A
Application number: CN201910713832.0A
Authority: CN
Inventors: 陈桂芳
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-02
Filing date: 2019-08-02
Publication date: 2020-05-08

Abstract

一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法是采用硅矿石经分级粉碎细化至（40目‑1500目）制成硅矿石粉，与氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠等碱性化合物充分混合，置入隧道窑、窑炉、坩埚等热反应器中在200℃‑900℃反应，保持0.5h‑4.5h,反应完毕后用水溶解，经固液分离，得到的液体产品即为液体水溶硅肥，其水溶SiO2≥20%；液体也可干燥后制成固体粉末，即为固体水溶硅肥；固液分离后的残渣经干燥后制成活性硅肥且达到NY/T797‑2004要求,即可溶SiO2≥20%。本发明专利原料硅矿石适用性广（硅含量5%‑90%均可），产品质量均可达到相关标准要求，满足市场准入要求。本发明具有原料中硅转化率高、硅矿石梯级利用、无三废排放、绿色环保、生产成本低等突出特点，实现了生产过程的循环经济和节能减排，是硅矿石高效绿色利用的一种新型工艺技术。

Description

一种用硅矿石制备全水溶硅肥的方法

技术领域

本发明涉及农业用肥料和土壤调理剂，特别是涉及一种硅矿石制备全水溶硅肥联产活性硅肥的方法。

背景技术

硅肥在农业生产中目前已成功应用于水稻等作物的栽培，硅肥对于增加水稻杆的机械强度，提高抗倒伏性能有显著作用。硅是植物体组成的重要营养元素之一，除可提高作物抗倒伏外，还可以增强作物的光合作用、提高作物抗病虫害、抗旱、抗干热风、抗寒等抗逆能力，同时硅作用于细胞壁还能使作物体内通气性增强，可预防根系腐烂和早衰，硅肥能增强瓜果类作物的花粉活力，提高成果率；硅可明显改善农产品品质，延长保鲜期；土壤中增施硅肥，不但可提高磷肥的利用率，调节氮磷钾的平衡吸收；还能改良土壤，促进有机肥分解，抑制土壤病菌及减轻重金属污染。由于具备上述显著功效，因此硅肥已被国际土壤界列为继氮、磷、钾之后的第四大元素肥料。

氮、磷、钾是农作物所必需的三大营养元素，而硅元素作为作物生长的一种重要的中量元素，其在农业上的应用已受到国内外的日益重视，英国农学家认为，氮磷钾对农作物的增产作用已发挥的差不多了，若要作物继续增产的话，就要靠硅肥了。日本已有70-80%的农田施用硅肥，韩国、泰国、菲律宾、印度、澳大利亚等使用硅肥的面积也已达50%以上，由此可见，硅肥所发挥的作用已愈来愈明显。

硅肥作为保健肥料和植物调节性肥料，是其它化学肥料无法比拟的一种新型多功能肥料。硅肥既可作肥料，提供养分，又可用作土壤调理剂，改良土壤。此外，还兼有防病、防虫和减毒的作用。以其无毒、无味、不变质、不流失、无公害等突出优点，将成为发展绿色生态农业的高效优质肥料。

高产优质是评价作物种植水平的发展目标，随着施肥水平的提高，大量化肥的施入必须要有硅肥的配合，“氮磷钾+硅”科学平衡施肥，才能达到优质高产的效果。硅肥能够改变作物品质的特性，正在引起世界范围内土肥学界和植物营养学界的重视。

目前农业市场硅肥均按照农业部硅肥行业标准NY/T 797-2004执行，标志着经过多年的研究试验和推广，硅肥已成为21世纪我国的一种新型肥料品种。

目前，我国缺硅土壤占总耕地面积的50-80%以上，以水稻为例，我国常年种植水稻的面积达3333多万公顷，缺硅土壤占50%以上。如果全部施用硅肥，按增产10%计，仅此一项每年应可增产100万吨稻谷，推广硅肥的生产与应用具有非常明显的社会和经济效益。

目前硅肥生产大部分是采用钢渣、炼铁炉渣、黄磷炉渣、钾长石、海矿石、赤泥等为主要原料，采用煅烧、粉碎等工艺制备，以有效硅（以SiO2计，稀盐酸溶解测得）为主要标明量的肥料。这部分可溶硅虽经机械活化提高了比表面积和溶解度，但仍然是硅酸盐成分，不利于植物吸收。国内外研究标明，水溶性单硅酸成分能被植物直接吸收，在促进作物发育、提高作物抗逆性尤其是减轻作物病害过程中起到决定性作用，因此的水溶性硅肥应是今后硅肥发展的方向，能满足NY/T797-2004要求的可溶性硅肥作为缓释型硅肥对土壤和作物有长期作用。水溶性硅肥的生产主要以硅酸钾与各类水溶性微量元素肥料机械混合制备而成，也有用热水合法在钢渣等含硅尾矿中加入活化剂生产水溶硅肥，但由于活化效果受到诸多因素影响，因此产品质量即水溶硅含量波动较大。

上述这些方法主要集中于利用钢渣等原料经粉碎、与其他试剂物理混合制备，或者经热水和等多步骤复杂反应制备水溶硅，但这这些方法都存在产品稳定性难以保障或成本过高的问题。

经对国内外相关专利的查新，结果表明未检索到与本发明类似的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种经化学反应、快速、低成本、全水溶的硅矿石碱熔融制备水溶性硅肥同时联产可溶硅肥的方法。

本发明采用碱熔融一步法使硅矿石与碱性化合物快速反应制备得到性能稳定、质量可靠的全水溶硅肥和可溶硅肥，本发明具有原料中硅转化率高、硅矿石梯级利用、无三废排放、绿色环保、生产成本低等突出特点，实现生产过程的循环经济和节能减排。

为解决上述技术问题，本发明一种用硅矿石制备全水溶硅肥制备方法采用如下步骤：

采用含硅5%-90%（W/W），细度为40目-1500目的硅矿石粉,与氢氧化钠等碱性化合物混合均匀进行反应，硅矿石粉与碱性化合物的重量百分比为30-80:5-20,反应温度在50℃-700℃，反应时间0.5h-4h，制得反应物用水溶解，再经固液分离。分离得到的液体即为全水溶硅肥，液体也可经干燥制成粉状颗粒。分离得到的固体残渣经干燥后得到可溶硅肥。

硅矿石含硅30%-80%（W/W）,细度为80目-1200目，硅矿石与碱性化合物的重量百分比为40-70:6-18，反应温度在150℃-600℃，反应时间为1h-3h。

所述硅矿石主要以含硅氧化物及硅酸盐的形态存在，硅的氧化物矿主要有砂子、石英、水晶、紫石英、玛瑙、燧石和蛋白石；硅酸盐矿主要有花岗岩、角闪石、石棉、长石、粘土和云母等，所述硅矿中干基二氧化硅含量为10%-90%(W/W)。

所述的硅矿石粉，其粉碎工艺包括破碎-筛分-磨细。

所述的碱性化合物包括氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氧化镁、碳酸钠、碳酸钾、过氧化钠、碳酸钙、碳酸镁中的一种或几种。

所述的反应设备是炉窑、隧道窑、热和反应器或反应用坩埚中的一种或几种。

所述的固液分离设备采用沉降卸料离心机、真空过滤机中的一种或几种。

所述的液体干燥工艺采用喷雾干燥、滚筒刮片干燥中的一种或几种。

所述的固液分离后固体干燥工艺采用滚筒干燥、闪蒸干燥及气流干燥中的一种或几种。

所述的制备工艺如下所示：

硅矿石—粉碎—碱熔融反应—水解—固液分离---清液—成品1-液体硅肥

清液--干燥--成品2-固体水溶硅肥

残渣（固体）-干燥-成品3-固体可溶硅肥

所述的液体硅肥的质量指标为：水溶SiO2≥20%；水不溶物≤0.5%；水分≤70%。

所述的固体水溶硅肥的质量指标为：水溶SiO2≥40%；水不溶物≤2%；水分≤3%。

所述的固体可溶硅肥的质量指标为：水分≤3%；有效SiO2≥20%；细度（过250μm筛）≥80%。

本发明的有益效果是：

由于采用了含硅矿石预处理即微粒化，并采用快速碱熔融，使得硅矿石中的总硅快速转化为水溶硅，转化率达到70%-80%，同时其余总硅转化为可被2%柠檬酸吸收的枸溶硅，实现了硅矿石中硅的合理高效转化，速效肥和有效缓释肥同时得到。两种硅肥的使用，促进了作物生长并大幅改善作物品质，还可改善土壤理化性质，增加土壤容重，降低土壤板结程度，增加土壤通气、保水保肥能力。解决了目前生产中机械混合法水溶硅转化率低，热合法成本高、产品质量不稳定的弊端，实现了一步法工艺生产高转化率水溶硅肥及联产可溶硅肥，极大降低了生产成本，过程节水节能，无三废排放，满足绿色循环经济生产。

本发明在改良土壤的同时，还对作物有良好的生理刺激作用，可使作物根系活力增强，根系发育良好，可使小麦、玉米、大豆发芽率提高10%以上，出苗率提高5%以上，确保作物生长发育直至收货全生命周期的正常生长，增产10%-30%。同时对于土壤结构的疏松度、孔隙度、透气性都有较好的改善作用，

本发明具有原料中硅转化率高、硅矿石梯级利用、无三废排放、绿色环保、生产成本低等突出特点，实现了生产过程的循环经济和节能减排。

具体实施方式

实施例1

取含总硅50%硅矿石80Kg,磨细至过80目，与氢氧化钠20g混合均匀，放入加热炉中在600℃下反应1h,取出，放入100L热水，充分溶解，真空过滤，清液为液体水溶硅肥。滤渣干燥，粉碎至过200μm筛，即为固体可溶硅肥。样品检测结果：液体水溶硅肥为水溶SiO2=23.2%；水不溶物0.3%；水分48.5%；

固体可溶硅肥水分3%；有效SiO2=20.5%；细度（过250μm筛）≥80%。

取本实施例1样品，以新疆壤土为供试材料，进行小麦盆栽试验。试验结果为与对照相比小麦生物产量可增加7.5%，叶绿素含量增加了12%，土壤容重增加了8.7%。

实施例2

取含总硅80%硅矿石30g,磨细至过120目，与氢氧化钾10g，过氧化钠1g混合均匀，放入加热炉中在400℃下反应0.5h,取出，放入100L热水，充分溶解，真空过滤，清液为液体水溶硅肥。滤渣干燥，粉碎至过200μm筛，即为固体可溶硅肥。样品检测结果：液体水溶硅肥为水溶SiO2=30%；水不溶物0.4%；水分58.5%；固体可溶硅肥水分3%；有效SiO2=21.0%；细度（过250μm筛）≥80%。

取本实施例2样品，以新疆壤土为供试材料，进行水稻盆栽试验。试验结果为与对照相比水稻生物产量可增加15%，叶绿素含量增加了20%，土壤容重增加了8.7%，水稻秸秆增重4.8%。

实施例3

取含总硅30%硅矿石80g,磨细至过1200目，与氢氧化钠3g、氢氧化钾10g、过氧化钠1g混合均匀，放入中在200℃下反应4h,取出，放入100L热水，充分溶解，真空过滤，清液为液体水溶硅肥。滤渣干燥，粉碎至过200μm筛，即为固体可溶硅肥。样品检测结果：液体水溶硅肥为水溶SiO2=23.2%；水不溶物0.3%；水分48.5%；固体可溶硅肥水分3%；有效SiO2=21.0%；细度（过250μm筛）≥80%。

取本实施例3样品，以新疆壤土为供试材料，进行油菜盆栽试验。试验结果为与对照相比油菜生物产量可增加10%，叶绿素含量增加了12%，土壤容重增加了10%。

实施例4

取含总硅60%硅矿石80Kg,磨细至过200目，与氢氧化钾、氢氧化钠、氧化钙、碳酸钠、碳酸镁的混合物 (混合比1:1:0.5:0.5:0.5) 50g混合均匀，放入加热炉中在300℃下反应2.5h,取出，放入100L热水，充分溶解，真空过滤，清液为液体水溶硅肥。滤渣干燥，粉碎至过200μm筛，即为固体可溶硅肥。样品检测结果：液体水溶硅肥为水溶SiO2=25%；水不溶物0.3%；水分46%。

取本实施例4样品，以新疆壤土为供试材料，进行水稻盆栽试验。试验结果为与对照相比水稻生物产量可增加20%，叶绿素含量增加了24.5%，土壤容重增加了12.8%，水稻秸秆增重8.6%。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种用硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于包括如下步骤：采用含硅5%-90%（W/W），细度为40目-1500目的硅矿石粉,与氢氧化钠等碱性化合物混合均匀进行反应，硅矿石粉与碱性化合物的重量百分比为30-80:5-20，反应温度在50℃-700℃，反应时间0.5h-4h，制得反应物用水溶解，再经固液分离，分离得到的液体即为全水溶硅肥，液体也可经干燥制成粉状颗粒，分离得到的固体残渣经干燥后得到可溶硅肥。

2.根据权利要求所述的一种用硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于：硅矿石含硅30%-80%（W/W）,细度为80目-1200目，硅矿石与碱性化合物的重量百分比为40-70:6-18，反应温度在150℃-600℃，反应时间为1h-3h。

3.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述硅矿石主要以含硅氧化物及硅酸盐的形态存在，硅的氧化物矿主要有砂子、石英、水晶、紫石英、玛瑙、燧石和蛋白石；硅酸盐矿主要有花岗岩、角闪石、石棉、长石、粘土和云母等，所述硅矿石中干基二氧化硅含量为10%-90%(W/W)。

4.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的碱性化合物包括氢氧化钠、氢氧化钾、氧化钙、氧化镁、碳酸钠、碳酸钾、过氧化钠、碳酸钙、碳酸镁中的一种或几种。

5.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的反应设备是窑炉、隧道窑、热和反应器或反应用坩埚中的一种或几种。

6.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的固液分离设备采用沉降卸料离心机、真空过滤机中的一种或几种。

7.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的液体干燥工艺采用喷雾干燥、滚筒干燥中的一种或几种。

8.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的固液分离后固体干燥工艺采用滚筒干燥、闪蒸干燥及气流干燥中的一种或几种。

9.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的液体硅肥的质量指标为：水溶SiO2≥20%；水不溶物≤0.5%；水分≤70%。

10.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的固体水溶硅肥的质量指标为：水溶SiO2≥40%；水不溶物≤2%；水分≤3%。

11.如权利要求1一种硅矿石制备全水溶硅肥的方法，其特征在于所述的固体硅肥的质量指标为：水分≤3%；有效SiO2≥20%；细度（过250μm筛）≥5%。