CN111807878A - 一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农用肥料领域，公开了一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法。包括如下制备过程：（1）将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀后研磨分散，压滤分离，得到滤渣；（2）将滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中细化分散处理，然后焙烧、出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥。本发明通过利用研磨分散机产生的向下螺旋冲击力，使得粉煤灰、酸液和助磨剂的混合物料被快速地分散和粉碎，而加入助磨剂可加快粉煤灰中铝离子浸出，然后通过滤压分离快速实现固液分离，从而减短粉煤灰的脱铝周期，提高生产效率，整个制备工艺简单，操作方便，具有极佳的经济优势和应用前景。

Description

一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法

技术领域

本发明涉及农用肥料领域，具体公开了一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法。

背景技术

硅是植物生长必需的第四大营养元素，对农作物的生长和增产有着异乎寻常的效果，被誉为“调节性肥料”、“保健肥料”、或称为“植物催化剂”。因此，硅肥作为一种很好的品质肥料、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。

目前，国内生产和施用的硅肥主要有两类：一类是人工合成的，如硅酸二钙、硅酸一钙、硅酸钙镁、偏硅酸钠和主要成分为硅酸钠和偏硅酸钠的高效硅肥等。另一类则是利用各种工业固体废弃物加工而成的硅肥。其原料来自如下几方面：一是炼铁，二是黄磷或磷酸生产过程中产生的废渣，三是电厂粉煤灰，四是废玻璃。其中大部分硅肥都是通过粉煤灰直接通过粉碎干燥工艺制备得到。

粉煤灰是一种火山灰质材料，来源于煤中无机组分，而煤中无机组分以粘土矿物为主，另外有少量黄铁矿、方解石、石英等矿物。因此粉煤灰化学成份以二氧化硅和三氧化二铝为主，其它成分为三氧化二铁、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、三氧化硫及未燃尽有机质粉。煤灰硅肥在生产与施用中有如下的优点与特点：粉煤灰利用率高，硅肥为碱性，施用于酸性土壤时，可有效的防止荒漠化，溶于柠檬酸，难溶于水，长效性好，流失少；溶解度小，一般不会发生浓度障碍；有利于防止病虫害；施用方便等方法。因此，利用粉煤灰制备硅肥的方法普遍受到关注。

中国发明专利申请号201810214549.9公开了一种粉煤灰制备硅肥的方法，该方法包括：（1）将粉煤灰与盐酸溶液接触进行脱铝预处理，过滤后得到氯化铝溶液和脱铝渣；（2）将所述脱铝渣与活化剂、助熔剂混合，将得到的混合物焙烧；其中，所述活化剂为菱镁石、硅酸钙镁、水镁石、锂长石、石灰石、碱石灰和磷矿粉中的至少一种，所述助熔剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、硝酸钾和炭粉中的至少一种。

中国发明专利申请号201710601475.X公开了从粉煤灰中淬取水溶性硅制备多元素硅肥的方法，将粉煤灰加入水中，混合均匀，然后加入浓硫酸，密封的条件下搅拌反应后，堆放存储，进行陈化反应，得到水溶性速效硅肥；将水溶性速效硅肥粉碎至100~200目，加入铵盐，调节pH值，得到水溶速效、枸溶长效的弱酸、中性或弱碱性硅肥；将弱酸、中性或弱碱性硅肥用造粒机进行造粒后，得到的硅肥颗粒用水溶性速效硅肥进行包膜，得到多元素硅肥颗粒剂。

根据上述，现有方案中利用粉煤灰制备硅肥的技术方法，通常直接通过酸碱性萃取的方式制备得到的硅肥中铝含量较高，如果长期使用这类硅肥，通过植物代谢直接将影响人体健康，本发明提出了一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的利用粉煤灰直接酸碱性萃取方式制备硅肥的方法存在产品铝含量较高的问题，长期使用这类硅肥会通过植物代谢直接将影响人体健康，并且制备周期长，生产效率低。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，制备的具体过程为：

（1）先将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥。

本发明在粉煤灰制备硅肥中加入酸液，酸液在与粉煤灰的接触中可使铝离子浸出，而通过选择酸液浓度，可实现有效脱铝。作为本发明的优选，步骤（1）所述酸液为硝酸、盐酸、草酸中的一种，进一步优选酸液的浓度为10~15%。

助磨剂一方面可以在颗粒上的吸附降低颗粒的表面能或者引起近表面层晶格的位错迁移，产生点或线的缺陷，从而降低颗粒的强度和硬度；同时，阻止新生裂纹的闭合，促进裂纹的扩展，达到“吸附降低硬度”目的；另一方面，助磨剂通过调节矿浆的流变学性质和矿粒的表面电性等，降低矿浆的黏度，促进颗粒的分散，从而提高矿浆的可流动性，阻止矿粒在研磨介质及磨机衬板上的粘附以及颗粒之间的团聚，实现“矿浆流变学调节”。本发明通过在粉煤灰制备硅肥中加入助磨剂加快酸液可加快酸液对粉煤灰中铝离子脱除效果。助磨剂选择木质素磺酸的钠盐，作为一种天然高分子聚合物，阴离子型表面活性剂，具有很强的分散能力，适于将固体分散在水介质中，由于分子量和官能团的不同而具有不同程度的分散性，能吸附在各种固体质点的表面上，可进行金属离子交换作用，也因为其组织结构上存在各种活性基，因而能产生缩合作用或与其他化合物发生氢键作用。作为本发明的优选，步骤（1）所述助磨剂为阴离子分散剂，进一步优选阴离子分散剂为木质素磺酸钠。

本发明将酸液、粉煤灰、助磨剂混合加入研磨粉碎机，利用研磨分散机产生的向下螺旋冲击力，使物料透过磨定、转齿之间的间隙时受到强大的剪切力、摩擦力、高频振动等物理作用，物料被快速地分散和粉碎，而助磨剂的加入可以提高粉煤灰的粉碎效率及分散性，降低粉煤灰浆体的粘度，使粉煤灰与酸液充分接触，加快粉煤灰中铝离子浸出。进一步通过滤压分离，可快速实现固液分离，从而减短粉煤灰的脱铝周期，提高生产效率。作为本发明的优选，步骤（1）所述研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，进一步优选研磨分散机的型号可为CMD2000/10；所述研磨分散的转速为1000~1500r/min，时间为10~30min；所述各原料配比为，按重量份计，酸液3~10重量份、粉煤灰3~8重量份、助磨剂0.01~0.03重量份。

作为本发明的优选，步骤（2）所述细化分散处理的转速为40~60r/min，时间为20~30min。

作为本发明的优选，步骤（2）所述焙烧的温度为600~1000℃，时间为1~4h。

作为本发明的优选，步骤（2）所述粉粹造粒后脱铝硅肥的粒径为2~4mm。

作为本发明的优选，步骤（2）所述各原料配比为，按重量份计，滤渣3~8重量份、氢氧化钠0.1~0.3重量份、碳酸钠0.2~0.4重量份、硅酸钙镁2~4重量份。

本发明提供的一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，将酸液、粉煤灰和助磨剂混合均匀后，加入到研磨分散机中，研磨分散，将物料压滤分离得到滤渣；将得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁通过球磨机细化分散处理，加入到高温烧结炉中焙烧，出料后粉粹造粒，即可。

本发明提供了一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了采用加入助磨剂进行研磨分散实现从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法。

2、通过利用研磨分散机产生的向下螺旋冲击力，使得粉煤灰、酸液和助磨剂的混合物料被快速地分散和粉碎，而加入助磨剂可加快粉煤灰中铝离子浸出，然后通过滤压分离快速实现固液分离，从而减短粉煤灰的脱铝周期，提高生产效率。

3、本发明的制备工艺简单，操作方便，生产周期短，具有极佳的经济优势和应用前景。

说明书附图

图1为本发明的方法制备脱铝硅肥的工艺流程图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）先将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；酸液为硝酸，酸液的浓度为13%；助磨剂为木质素磺酸钠；研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，型号为CMD2000/10；研磨分散的转速为1300r/min，时间为18min；

各原料配比为，按重量份计，酸液7重量份、粉煤灰5重量份、助磨剂0.02重量份；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥；细化分散处理的转速为40r/min，时间为26min；焙烧的温度为850℃，时间为3h；粉粹造粒后脱铝硅肥的平均粒径为3mm；

各原料配比为，按重量份计，滤渣5重量份、氢氧化钠0.2重量份、碳酸钠0.3重量份、硅酸钙镁3.5重量份。

实施例1制得的脱铝硅肥，其铝元素含量如表1所示。

实施例2

（1）先将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；酸液为盐酸，酸液的浓度为11%；助磨剂为木质素磺酸钠；研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，型号为CMD2000/10；研磨分散的转速为1100r/min，时间为25min；

各原料配比为，按重量份计，酸液5重量份、粉煤灰7重量份、助磨剂0.015重量份；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥；细化分散处理的转速为50r/min，时间为28min；焙烧的温度为700℃，时间为3.5h；粉粹造粒后脱铝硅肥的平均粒径为2.5mm；

各原料配比为，按重量份计，滤渣7重量份、氢氧化钠0.15重量份、碳酸钠0.25重量份、硅酸钙镁2.5重量份。

实施例2制得的脱铝硅肥，其铝元素含量如表1所示。

实施例3

（1）先将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；酸液为草酸，酸液的浓度为14%；助磨剂为木质素磺酸钠；研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，型号为CMD2000/10；研磨分散的转速为1400r/min，时间为15min；

各原料配比为，按重量份计，酸液8重量份、粉煤灰4重量份、助磨剂0.025重量份；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥；细化分散处理的转速为50r/min，时间为23min；焙烧的温度为900℃，时间为2h；粉粹造粒后脱铝硅肥的平均粒径为3.5mm；

各原料配比为，按重量份计，滤渣4重量份、氢氧化钠0.2重量份、碳酸钠0.2重量份、硅酸钙镁3.5重量份。

实施例3制得的脱铝硅肥，其铝元素含量如表1所示。

实施例4

（1）先将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；酸液为硝酸，酸液的浓度为10%；助磨剂为木质素磺酸钠；研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，型号为CMD2000/10；研磨分散的转速为1000r/min，时间为30min；

各原料配比为，按重量份计，酸液3重量份、粉煤灰8重量份、助磨剂0.01重量份；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥；细化分散处理的转速为40r/min，时间为30min；焙烧的温度为600℃，时间为4h；粉粹造粒后脱铝硅肥的平均粒径为2mm；

各原料配比为，按重量份计，滤渣8重量份、氢氧化钠0.1重量份、碳酸钠0.2重量份、硅酸钙镁2重量份。

实施例4制得的脱铝硅肥，其铝元素含量如表2所示。

实施例5

（1）先将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；酸液为盐酸，酸液的浓度为15%；助磨剂为木质素磺酸钠；研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，型号为CMD2000/10；研磨分散的转速为1500r/min，时间为10min；

各原料配比为，按重量份计，酸液10重量份、粉煤灰3重量份、助磨剂0.03重量份；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥；细化分散处理的转速为50r/min，时间为20min；焙烧的温度为1000℃，时间为1h；粉粹造粒后脱铝硅肥的平均粒径为4mm；

各原料配比为，按重量份计，滤渣3重量份、氢氧化钠0.1重量份、碳酸钠0.2重量份、硅酸钙镁4重量份。

实施例5制得的脱铝硅肥，其铝元素含量如表1所示。

对比例1

（1）先将酸液、粉煤灰混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；酸液为盐酸，酸液的浓度为11%；研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，型号为CMD2000/10；研磨分散的转速为1100r/min，时间为25min；

各原料配比为，按重量份计，酸液5重量份、粉煤灰7重量份；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥；细化分散处理的转速为50r/min，时间为28min；焙烧的温度为700℃，时间为3.5h；粉粹造粒后脱铝硅肥的平均粒径为2.5mm；

各原料配比为，按重量份计，滤渣7重量份、氢氧化钠0.15重量份、碳酸钠0.25重量份、硅酸钙镁2.5重量份。

对比例1没有使用助磨剂，影响粉煤灰的快速活化和铝脱出，制得的脱铝硅肥，其铝元素含量如表1所示。

上述性能指标的测试方法为：

铝元素含量：将实施例和对比例得到的样品各2g加入50mL水中，配制成试液，然后吸取试液25.00mL于250mL锥形瓶中，加入30mL 0.02mol/L-1EDTA溶液，二甲酚橙指示剂2滴，用氨水（1:1）调至溶液恰呈红色（中和分解时的过量酸pH值为7~8，红色为二甲酚橙在此酸度的本色），然后滴加1:1 HCl 使溶液再变为黄色（二甲酚橙在酸性条件下的本色），将溶液煮沸3min左右（Al和EDTA充分反应），冷却，加入六次甲基四胺溶液20mL（酸度调整到pH值为5~6），此时溶液应呈黄色（pH值为5~6，有过量EDTA），如不呈黄色，可用HCl调节，再补加液应呈黄色（pH值为5~6，有过量EDTA），如不呈黄色，可用HCl调节，再补加二甲酚橙指示剂2滴，用锌标准溶液滴定至溶液从黄色刚好变为紫红色（紫红色为Zn-二甲酚橙配合物颜色，此时不计体积）。加入NH₄F溶液10mL，将溶液加热至微沸（置换反应发生），流水冷却，再补加二甲酚橙指示剂2滴，此时溶加热至微沸（置换反应发生），流水冷却，再补加二甲酚橙指示剂2滴，此时溶液应呈黄色，若溶液呈红色，应滴加1:1 HCl使溶液呈黄色，再用锌标准溶液滴定至溶液由黄色变为紫红色时，即为终点。根据消耗的锌溶液的体积，计算铝元素的百分含量，结果如表1所示。

由表1可见：本发明制备得到的硅肥铝含量为0.48~0.55%，低于对比例1中的0.86%，说明本发明通过添加助磨剂，使粉煤灰和酸液在研磨分散机中快速地分散和粉碎，加快了酸液对粉煤灰中铝离子浸出，同时减短了粉煤灰的脱铝周期，提高了生产效率。

表1：

性能指标	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1
							铝元素含量（%）	0.48	0.55	0.49	0.50	0.53	0.86

Claims (9)

1.一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于，制备的具体过程为：

（1）先将酸液、粉煤灰、助磨剂混合均匀，然后将混合后的物料加入到研磨分散机中，研磨分散，再将物料压滤分离，得到滤渣；所述助磨剂木质素磺酸钠；

（2）将步骤（1）得到的滤渣和氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钙镁加入到球磨机中，细化分散处理，然后将混合料加入到高温烧结炉中进行焙烧，最后出料、粉粹造粒，得到脱铝硅肥，即从粉煤灰中快速制备得到脱铝硅肥。

2.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（1）所述酸液为硝酸、盐酸、草酸中的一种，所述酸液的浓度为10~15%。

3.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（1）所述研磨分散机为CMD2000系列研磨分散机，所述研磨分散机的型号可为CMD2000/10。

4.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（1）所述研磨分散的转速为1000~1500r/min，时间为10~30min。

5.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（1）所述各原料配比为，按重量份计，酸液3~10重量份、粉煤灰3~8重量份、助磨剂0.01~0.03重量份。

6.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（2）所述细化分散处理的转速为40~60r/min，时间为20~30min。

7.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（2）所述焙烧的温度为600~1000℃，时间为1~4h。

8.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（2）所述粉粹造粒后脱铝硅肥的粒径为2~4mm。

9.根据权利要求1所述一种从粉煤灰中快速制备脱铝硅肥的方法，其特征在于：步骤（2）所述各原料配比为，按重量份计，滤渣3~8重量份、氢氧化钠0.1~0.3重量份、碳酸钠0.2~0.4重量份、硅酸钙镁2~4重量份。

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