CN112143502B - 一种苏打型盐碱土改良剂及改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是为了解决苏打盐碱土没有良好改良手段的问题，提供了一种苏打型盐碱土改良剂及改良方法。本发明将钢渣通过酸溶，将钢渣中的铁、钙、铝、镁等元素提出来，并通过氧化将其中部分二价铁氧化成三价铁，将混合体系烘干制成改良剂，将该改良剂定量施入到待改良苏打盐碱土中，改良剂中的铁离子、钙、镁、铝离子与苏打盐碱土中的碳酸根、碳酸氢根离子发生反应，最终生成羟基氧化铁、氢氧化铝、碳酸盐或碱式碳酸盐沉淀，减少或消除苏打盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子，同时改变土壤离子组成，将苏打盐碱土改造成非苏打型盐碱土。

Description

一种苏打型盐碱土改良剂及改良方法

技术领域

本发明属于盐碱土改良技术领域，特别涉及一种利用酸化钢渣改变苏打盐碱土的离子组成以实现苏打盐碱土向非苏打型盐碱土的转变，同时降低盐碱危害、提高洗盐洗碱效率的改良方法及改良材料。

背景技术

盐碱土是土壤或地下水中易溶性盐分在土壤表层积累后形成的盐土、碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称。

目前，治理盐碱土的措施大致可分为工程改良、化学改良、生物改良等。化学改良主要通过施加改良剂如磷石膏、有机肥、秸秆、酸性材料等改善土壤结构、提高土壤保水保肥能力及洗盐、脱盐效果。相关专利有CN 107841313 A一种盐碱地的化学改良方法、CN107955622 A一种盐碱地改良用有机调理剂及其改良盐碱地的方法、CN 102936503 A含有铁尾矿的土壤透气改良增效剂及其制备方法、CN 103922846 A盐碱地改良方法、CN102775250 A一种盐碱地肥料、CN 106146198 A抗盐碱有机肥料、CN 102517030 A盐碱地改良剂、CN 102936502 A一种利用铁尾矿制备的防返盐碱剂及其在盐碱地中的应用、CN104871678 A一种改良盐碱地的方法，CN 106220415 A一种用于盐碱土壤改良的功能性水溶肥料及其应用，CN101624523A一种盐碱土壤改良剂，CN 102898237A粉状盐碱地保水缓释肥、CN 106278522 A一种盐碱土壤调理剂等。

但是，在盐碱土中，土壤盐分组成十分复杂，常以复盐体系存在，不同盐分组成对作物的危害程度不同。在可溶性钠盐中，若以硫酸钠为标准，其他盐类对作物的危害程度比例依次为：Na₂CO₃∶NaHCO₃∶NaCl∶Na₂SO₄＝10∶3∶3∶1。即在盐碱土类型中，阴离子的影响是很大的，如对于耕层(0～20cm)土壤中，盐碱土土壤类型为SO₄-HCO₃型或Cl-HCO₃型，含盐量为0.15-0.23％时，一般作物生长就会受到明显抑制，而对于盐碱土土壤类型为Cl-SO₄型时，一般作物生长受到明显抑制的含盐量范围提高到0.25-0.40％。

钢渣主要来源于铁水与废钢中所含元素氧化后形成的氧化物，金属炉料带入的杂质，加入的造渣剂如石灰石、萤石、硅石等，以及氧化剂、脱硫产物和被侵蚀的炉衬材料等。钢渣主要由钙、铁、硅、镁和少量铝、锰、磷等的氧化物组成。主要的矿物相为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁铝酸钙以及硅、镁、铁、锰、磷的氧化物形成的固熔体，还含有少量游离氧化钙以及金属铁、氟磷灰石等。

钢渣还可以用来做土壤改良剂，在现有技术中，公开了钢渣法脱硫副产物改良盐碱地，其原理是利用钢渣中含有的大量氧化钙等碱性物质进行烟气脱硫，生成硫酸钙等脱硫产物，然后通过离子交换、酸碱中和等反应并结合灌溉洗盐等措施对盐碱地进行改良。刘莉萍等采用浮石粉、脱硫石膏、炼钢钢渣等载体成分及生物活性物质按不同量配比制备出一种盐碱土改良剂并对滨海盐碱土进行改良，该改良剂主要用于盐碱土的脱盐。

但是，对于苏打盐碱土中碳酸根离子、碳酸氢根离子含量过高、离子组成失调问题，现有的这些改良方法都无法很好的解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决苏打盐碱土没有良好改良手段的问题，提供了一种苏打型盐碱土改良剂及改良方法。本发明利用酸化改性钢渣作为苏打盐碱土改良剂，以解决苏打盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子含量过高、离子组成失调的问题。本发明将钢渣通过酸溶，将钢渣中的铁、钙、铝、镁等元素提出来，并通过氧化将其中部分二价铁氧化成三价铁，将混合体系烘干制成改良剂，将该改良剂定量施入到待改良苏打盐碱土中，改良剂中的铁离子、钙、镁、铝离子与苏打盐碱土中的碳酸根、碳酸氢根离子发生反应，最终生成羟基氧化铁、氢氧化铝、碳酸盐或碱式碳酸盐沉淀，减少或消除苏打盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子，同时改变土壤离子组成，将苏打盐碱土改造成非苏打型盐碱土。

本发明的技术方案之一为，一种苏打型盐碱土改良剂，为经盐酸酸化再经氧化后的酸化钢渣；

其制备方法为：将钢渣、水和质量浓度36％～38％的盐酸以1∶2～2.5∶2～2.5的质量比混合，搅拌均匀，再进行氧化反应，以使钢渣中溶出的亚铁离子氧化，然后将全部物料烘干后作为改良剂。

进一步的，上述改良材料，所述氧化反应为：在25～40℃条件下，向混合体系中通氧或通空气反应7～10天，期间定时搅拌。

进一步的，上述改良材料，所述钢渣的粒径大于100目，钢渣中SiO₂含量小于16％，TFe含量≥7％，CaO含量在40～45％。

进一步的，上述改良材料，所述钢渣的重金属成分符合农业部大量元素肥的有毒元素限量标准。

本发明的技术方案之二为，一种苏打型盐碱土改良方法，包括如下步骤：

1)测定土壤中盐分组成，根据每公斤土壤中CO₃ ^2-、HCO₃ ^-、SO₄ ^2-和改良剂中Ca²⁺、Mg^{2 +}、Fe³⁺、A1³⁺的含量，确定酸化钢渣的消耗量，使最终改良后土壤中盐分离子厘摩尔数同时满足以下要求【该要求遵照《中国盐渍土》(王遵亲，祝寿泉，俞仁培等主编，1993)中对氯化物-硫酸盐盐碱土的划分】：

2)将通过公式(1)～(4)计算得到的改良剂，在耕种前施入到待改良苏打型盐碱土中，使改良剂均匀分布在耕层土壤(0-20cm)中；

土壤中发生的主要化学反应为：

FeCl₃+3HCO₃ ^-＝Fe(OH)₃↓+3CO₂+3Cl^-

2FeCl₃+3CO₃ ^2-+3H₂O＝2Fe(OH)₃↓+3CO₂+6Cl^-

Na₂CO₃+CaCl₂＝CaCO₃+2NaCl

2NaHCO₃+CaCl₂＝2NaCl+CaCO₃↓+H₂O+CO₂

Na₂CO₃+MgCl₂＝MgCO₃↓+2NaCl

5MgCl₂+10NaHCO₃＝4MgCO₃·Mg(OH)₂·4H₂O+10NaCl+6CO₂

2AlCl₃+3Na₂CO₃+3H₂O＝2Al(OH)₃↓+6NaCl+3CO₂

AlCl₃+3NaHCO₃＝Al(OH)₃↓+3NaCl+3CO₂

3)进行耕作，采用方式A或B；

A、种植旱田，采用常规耕作方法；

B、种植水田，灌水泡田洗盐2～3次后，再采用常规耕作方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明工艺简单，易于实施，无污染，原料来源广泛，价格低廉，生产成本低。

2.对苏打盐碱土改良效果明显。

该复合改良剂的主要改良作用表现为：

(1)充分利用钢渣中溶出的钙、镁、铝、铁离子，使其与碳酸根、碳酸氢根离子发生反应，发生反应，生成氢氧化铁(最终转化成羟基氧化铁)、氢氧化铝、碳酸盐或碱式碳酸盐沉淀，减少或消除苏打盐碱土中危害较大的碳酸根离子、碳酸氢根离子。

(2)通过外源化学物质改变苏打盐碱土中离子组成，将苏打型盐碱土改造成非苏打型，同时降低盐碱危害、提高洗盐洗碱效率。

(3)定量的加入改良剂，避免了改良剂加入量不足导致的改良不彻底或者加入过量导致的土壤离子成分紊乱。

(4)改良过程中，土壤中次生碳酸盐或碱式碳酸盐在粘粒及细粉粒表面淀积，土壤颗粒间的孔隙随着淀积的进行逐渐被次生碳酸盐或碱式碳酸盐填充，形成碳酸盐或碱式碳酸盐结核，改善土壤结构。

具体实施方式

实施例1

以鞍钢集团矿渣公司磁选后得到的钢渣为原料，过100目筛，其主要化学成分含量见表1。

表1供试钢渣主要化学成分测定结果(％)

指标	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	TFe(Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>)	CaO	MgO
						钢渣	14.45	3.71	10.21	42.12	6.54

其制备方法为：依据钢渣成分，控制钢渣、水、浓盐酸(质量浓度37％)质量比为1∶2.4∶2.4，搅拌均匀，在25～30℃条件下通氧反应7天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化成为三价铁，反应结束后，将全部物料烘干后作为酸化钢渣改良剂，此时测定物料中Al³⁺的含量为27.9cmol/kg、Fe³⁺的含量为50.9cmol/kg、Ca²⁺的含量为328.6cmol/kg、Mg²⁺的含量为66.9cmol/kg。

以吉林白城地区盐碱土为改良对象，供试土的类别为苏打型盐碱土，其盐分含量等指标见表2。

表2供试土壤盐分组成及含量

在待改良区域一共设置三个地块，分别为实施例1、对照1和对照2试验地块。每个小区地块面积为6×5m²，种植作物为水稻。其中灌水毛渠坝顶宽0.8m，渠深0.6m；排水毛沟坝埂顶宽0.7m，沟深1m；埝埂顶宽0.6m，高0.4m，所有小区单灌单排。根据公式(1)～(4)要求，加入酸化钢渣32kg，在春季泡田前施入到待改良盐碱土中，使改良剂均匀分布在耕层土壤(0-20cm)中，然后开始灌水泡田洗盐，每次泡田48h，每个小区洗盐两次。然后灌水泡田24h，进行耙地和插秧工作，具体种植作业及管理同大田。在对照1地块中，不施改良剂，其余步骤与实施例1相同。对照2中，施入未经酸化的钢渣32kg，其余步骤与实施例1相同。秋季水稻收割后，测定耕层土壤、pH、盐分组成及水稻产量。

具体实施结果见表3。

表3改良后土壤盐分组成及产量

从以上结果可以看到，对照2中，加入未酸化钢渣后土壤含盐量有所降低，但土壤pH则略有升高，且土壤中对植物危害较大的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的厘摩尔数降低幅度很小，同时土壤中盐分离子厘摩尔组成中，

达到81.6％，仍为典型的苏打盐碱土。在实施例1处理中，加入酸化钢渣后，

降到17.4％，

达到80.8％，土壤含盐量明显降低，大大减轻了对作物的危害，土属类别由苏打盐碱土转化为氯化物型盐碱土。

实施例2

选取实施例1制备的酸化钢渣为改良材料。以吉林白城地区盐碱土为改良对象，供试土属类别为苏打型盐碱土，其盐分含量等指标见表4。

表4供试土壤盐分组成及含量

在待改良区域一共设置三个地块，分别为实施例2、对照1和对照2试验地块。每个小区地块面积为6×5m²，种植作物为水稻。其中灌水毛渠坝顶宽0.8m，渠深0.6m；排水毛沟坝埂顶宽0.7m，沟深1m；埝埂顶宽0.6m，高0.4m，所有小区单灌单排。根据公式(1)～(4)要求，加入酸化钢渣36kg，将三种材料混合均匀后，在春季泡田前施入到待改良盐碱土中，使复合改良材料均匀分布在耕层土壤(0-20cm)中，然后开始灌水泡田洗盐，每次泡田48h，每个小区洗盐两次。然后灌水泡田24h，进行耙地和插秧工作，具体种植作业及管理同大田。在对照1地块中，不施改良剂，其余步骤与实施例2相同。对照2中，施入未经酸化的钢渣36kg，其余步骤与实施例2相同。秋季水稻收割后，测定耕层土壤、pH、盐分组成及水稻产量。

具体实施结果见表5。

表5改良后土壤盐分组成及产量

从以上结果可以看到，对照2中，加入未酸化钢渣后土壤含盐量有所降低，但土壤pH则略有升高，且土壤中对植物危害较大的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的厘摩尔数降低幅度较小，同时土壤中盐分离子厘摩尔组成中，

达到74.9％，仍为典型的苏打盐碱土。在实施例2处理中，加入酸化钢渣后，

降到16.1％，

达到77.2％，土壤含盐量明显降低，大大减轻了对作物的危害，土属类别由苏打盐碱土转化为氯化物型盐碱土。

实施例3

选取实施例1制备的酸化钢渣为改良材料。以吉林地区盐碱土为改良对象，供试土属类别为苏打型盐碱土，其盐分含量等指标见表6。

表6供试土壤盐分组成及含量

在待改良区域一共设置三个地块，分别为实施例3、对照1和对照2试验地块。每个小区地块面积为6×5m²，种植作物为水稻。其中灌水毛渠坝顶宽0.8m，渠深0.6m；排水毛沟坝埂顶宽0.7m，沟深1m；埝埂顶宽0.6m，高0.4m，所有小区单灌单排。根据公式(1)～(4)要求，加入酸化钢渣40kg，将三种材料混合均匀后，在春季泡田前施入到待改良盐碱土中，使复合改良材料均匀分布在耕层土壤(0-20cm)中，然后开始灌水泡田洗盐，每次泡田48h，每个小区洗盐两次。然后灌水泡田24h，进行耙地和插秧工作，具体种植作业及管理同大田。在对照1地块中，不施改良剂，其余步骤与实施例3相同。对照2中，施入未经酸化的钢渣40kg，其余步骤与实施例3相同。秋季水稻收割后，测定耕层土壤、pH、盐分组成及水稻产量。

具体实施结果见表7。

表7改良后土壤盐分组成及产量

从以上结果可以看到，对照2中，加入未酸化钢渣后土壤含盐量有所降低，但土壤pH则略有升高，且土壤中对植物危害较大的CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的厘摩尔数降低幅度很小，同时土壤中盐分离子厘摩尔组成中，

达到75.1％，仍为典型的苏打盐碱土。在实施例3处理中，加入酸化钢渣后，

降到16.1％，

达到78.4％，土壤含盐量明显降低，大大减轻了对作物的危害，土属类别由苏打盐碱土转化为氯化物型盐碱土。

实施例4

一种苏打型盐碱土改良剂，其制备方法为：将钢渣、水和质量浓度36％的盐酸以1∶2∶2的质量比混合，搅拌均匀，在30～32℃条件下，向混合体系中通氧反应10天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化成为三价铁，然后将全部物料烘干后作为改良剂。

实施例5

一种苏打型盐碱土改良剂，其制备方法为：将钢渣、水和质量浓度38％的盐酸以1∶2.5∶2.5的质量比混合，搅拌均匀，在38～40℃条件下，向混合体系中通氧反应8天，期间定时搅拌，以促进溶出的亚铁离子充分氧化成为三价铁，然后将全部物料烘干后作为改良剂。

Claims (2)

1.一种苏打型盐碱土改良剂，其特征在于，为经盐酸酸化再经氧化后的酸化钢渣；

其制备方法为：将钢渣、水和质量浓度36％～38％的盐酸混合，搅拌均匀，再进行氧化反应，以使钢渣中溶出的亚铁离子氧化，然后将全部物料烘干后作为改良剂；

钢渣、水和质量浓度36％～38％的盐酸的质量比为1：2～2.5：2～2.5；

其中，所述氧化反应为：在25～40℃条件下，向混合体系中通氧或通空气反应7～10天，期间定时搅拌；

所述钢渣的粒径大于100目，钢渣中SiO₂含量小于16％，TFe含量≥7％，CaO含量在40～45％。

2.一种苏打型盐碱土改良方法，采用权利要求1的苏打型盐碱土改良剂，其特征在于，包括如下步骤：

1)测定土壤中盐分组成，根据每公斤土壤中CO₃ ^2-、HCO₃ ^-、SO₄ ^2-和改良剂中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe^{3 +}、Al³⁺的含量，确定酸化钢渣的消耗量，使最终改良后土壤中盐分离子厘摩尔数同时满足以下要求：

2)将通过公式(1)～(4)计算得到的改良剂，在耕种前施入到待改良苏打型盐碱土中，使改良剂均匀分布在耕层土壤中；

3)进行耕作，采用方式A或B；

A、种植旱田，采用常规耕作方法；

B、种植水田，灌水泡田洗盐2～3次后，再采用常规耕作方法。