CN112374813A - 一种生态种植陶粒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种生态种植陶粒及其制备方法，所述原料生态种植陶粒包括：粘土，地质聚合物胶凝材料，液态激发剂，水，营养基质，有机粘结剂以及耐碱草籽；将经过预处理的粘土、地质聚合物胶凝材料、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入液态激发剂和有机粘结剂的混合水溶液，搅拌混匀后造粒、养护得所述生态种植陶粒。所述生态种植陶粒无需烧结工艺，与烧结陶粒相比免烧陶粒具有吸水率较高、抗盐腐蚀、耐久性好等特点，同时强度大、质量轻、耐久性能好，在阳光、水分、温度合适的条件下，陶粒中的草籽可以生长。该免烧生态种植陶粒节能环保，使废弃粘土等固体废弃物被有效利用。

Description

一种生态种植陶粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及废弃粘土资源化利用技术领域，具体涉及一种生态种植陶粒及其制备方法。
背景技术
废弃粘土，是指因采矿、工业和建设活动挖损、生活垃圾压占、污染及自然灾害毁损等原因而造成的不能被直接利用或功能退化的粘土。现有很多地区将废弃的粘土作为回填土重新利用，但是废弃粘土回填常常会由于废弃粘土中含有生活垃圾、腐蚀性成分、含水量较大等缺陷导致影响环境，还容易造成地面凹陷。此外，由于填埋和复垦面积有限，废弃粘土的填埋占用了宝贵的土地资源，破坏了土壤结构，导致粮食产量下降、水体污染、土地退化等。随着工业生产和城市发展规模扩大，我国生态环境日益严峻，社会各界对环境问题愈发重视，土壤污染防治政策陆续发布。所以，对于保护环境长远发展来说，用一种简单、低成本的方法有效再利用废弃粘土是一项十分有意义的研究课题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用废弃粘土制备的生态种植陶粒及其制备方法。
本发明提供一种生态种植陶粒，质量份数计，原料包括：粘土60-70份，地质聚合物胶凝材料3-5份，液态激发剂为1-3份，水10-20份，营养基质10-20份，有机粘结剂2-6份以及耐碱草籽10-20份。
地质聚合物胶凝材料和激发剂的加入可以使陶粒具备一定的强度，便于储存、运输和施工。
进一步地，所述地质聚合物胶凝材料选自粉煤灰、矿渣微粉、钢渣微粉、铜渣微粉和偏高岭土中的一种或多种，所述粘土为废弃粘土。
进一步地，所述液态激发剂选自水玻璃、三乙醇胺、FeSO4·7H2O、Na2SO4、Na2SO3、NaNO2和CaSO4中的一种或多种。
进一步地，所述发酵底物选自草木灰、蛭石、河泥、炉灰、腐叶土、碎稻草、麦秸、鸡粪、马粪等有机肥料中的一种或多种。
进一步地，所述益生菌群液选自乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌的一种或多种。
进一步地，所述有机粘结剂选自聚乙烯醇、糊精和乙酸乙烯中的一种或多种。
进一步地，所述耐碱草籽选自高羊茅、结缕草、狗牙根或四季青中的一种或多种。
本发明还提供上述生态种植陶粒的制备方法，包括以下步骤：
将经过预处理的粘土、地质聚合物胶凝材料、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入液态激发剂和有机粘结剂的混合水溶液，搅拌混匀后造粒、养护得所述生态种植陶粒。
进一步地，所述废弃粘土的预处理过程包括以下步骤：将粘土进行筛分去除大颗粒杂质以及有机垃圾，筛分后的粘土经干燥含水量低于0.5wt％，然后粉磨至400m2/kg的比表面积。
进一步地，所述营养基质加入前进行发酵处理，具体步骤包括将营养基质、益生菌群液与水混匀，堆放发酵，当中心温度达到50～55℃时翻堆，接续发酵，当中心温度超过65℃时，结束发酵，得营养基质。
进一步地，所述益生菌群液选自乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌中的一种或多种。营养基质：益生菌群液：水＝(1-1.5)：(300-500)：(150-160)。
进一步地，所述造粒粒径为15-20mm，养护条件为常温常压下养护3d。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明以预处理过的废弃粘土和地质聚合物胶凝材料为主要粉体材料，加入营养基质和耐碱性优质草籽混合均匀，再加入水、碱性激发剂和有机粘接剂在造粒机中成球造粒，利用激发剂激发废弃粘土和地质聚合物所产生的胶结强度及有机粘接剂的粘接强度，制成内含营养基质和优质草籽、具有一定强度的免烧生态陶粒，可作为草坪铺装、屋面种植、无土栽培的基体材料使用。所述生态种植陶粒无需烧结工艺，与烧结陶粒相比免烧陶粒吸水率较高、抗盐腐蚀、耐久性好等特点，同时强度大、质量轻、耐久性能好，在阳光、水分、温度合适的条件下，陶粒中的草籽可以生长。该免烧生态种植陶粒节能环保，使废弃粘土等固体废弃物被有效利用。
(2)本发明制备的生态种植陶粒堆积密度830-990kg/m3，吸水率11-22％，单颗粒平均强度为2-4.1MPa，草籽发芽率在70％以上。
(3)营养基质发酵处理过后，降低了营养基质的碳氮比，改善了营养基质组分的理化性质，减少营养基质的不良反应，能够有效提高植物生长的抗病力，提高草籽的发芽率。
附图说明
图1为本发明废弃粘土免烧陶粒的制备工艺图；
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明以下实施例中，所用粘土为回收的废弃粘土，进行筛分去除大颗粒杂质以及有机垃圾，筛分后的粘土经干燥至含水量低于0.5wt％，然后粉磨至400m2/kg的比表面积(勃氏比表面积仪进行测量)。
实施例1
营养基质制备：将腐叶土、鸡粪和益生菌群液与水混匀，堆放发酵一周，当中心温度达到50～55℃时翻堆，接续发酵，当中心温度超过65℃时，结束发酵，得营养基质。其中腐叶土、鸡粪质量比为1:1，益生菌群液为乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌按照质量比为1:1:1:1混合，营养基质(腐叶土、鸡粪总量)：益生菌群液：水＝1：300：150。
称取原料：粘土60份，粉煤灰5份，发酵好的腐叶土、鸡粪营养基质(质量比1:1)20份，水17份，水玻璃1份，聚乙烯醇2份，结缕草草籽10份。
制备过程：水玻璃、聚乙烯醇溶于水中备用；
将粘土、粉煤灰、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入水玻璃和聚乙烯醇的混合水溶液，搅拌混匀后缓慢喷入造粒机造粒、加工成粒径为15-20mm的圆形颗粒，常温常压下养护3d，得所述生态种植陶粒。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度950kg/m3，吸水率11％，单颗粒平均强度为2.5MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有70-80％的免烧陶粒中有草籽发芽。
实施例2
营养基质制备：将草木灰、碎稻草、鸡粪和益生菌群液与水混匀，堆放发酵一周，当中心温度达到50～55℃时翻堆，接续发酵，当中心温度超过65℃时，结束发酵，得营养基质。其中草木灰、碎稻草、鸡粪质量比为1:1:1，益生菌群液为乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌按照质量比为1:1:1:1混合，营养基质(腐叶土、鸡粪总量)：益生菌群液：水＝1.5：400：160。
称取原料：粘土65份，矿渣微粉3份，发酵好的营养基质15份，水16份，三乙醇胺2份，乙酸乙烯2份，高羊茅草籽12份。
制备过程：三乙醇胺、乙酸乙烯溶于水中备用；
将粘土、矿渣微粉、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入三乙醇胺、乙酸乙烯的混合水溶液，搅拌混匀后缓慢喷入造粒机造粒、加工成粒径为15-20mm的圆形颗粒，常温常压下养护3d，得所述生态种植陶粒。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度908kg/m3，吸水率15％，单颗粒平均强度为3.2MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有75-85％的免烧陶粒中有草籽发芽。
实施例3
营养基质制备：将麦秸、马粪和益生菌群液与水混匀，堆放发酵一周，当中心温度达到50～55℃时翻堆，接续发酵，当中心温度超过65℃时，结束发酵，得营养基质。其中麦秸、马粪质量比为1:1，益生菌群液为乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌按照质量比为1:1:1:1混合，营养基质(腐叶土、鸡粪总量)：益生菌群液：水＝1.5：350：160。
称取原料：粘土60份，粉煤灰3份，发酵好的营养基质15份，水16份，Na2SO42份，糊精2份，四季青草籽15份。
制备过程：Na2SO4、糊精溶于水中备用；
将粘土、粉煤灰、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入Na2SO4、糊精的混合水溶液，搅拌混匀后缓慢喷入造粒机造粒、加工成粒径为15-20mm的圆形颗粒，常温常压下养护3d，得所述生态种植陶粒。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度830kg/m3，吸水率22％，单颗粒平均强度为2MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有70-80％的免烧陶粒中有草籽发芽。
实施例4
营养基质制备：将蛭石、河泥、有机肥料和益生菌群液与水混匀，堆放发酵一周，当中心温度达到50～55℃时翻堆，接续发酵，当中心温度超过65℃时，结束发酵，得营养基质。其中蛭石、河泥、有机肥料质量比为1:1:1，益生菌群液为乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌按照质量比为1:1:1:1混合，营养基质(腐叶土、鸡粪总量)：益生菌群液：水＝1：350：160。
称取原料：粘土70份，钢渣微粉4份，发酵好的营养基质15份，水17份，CaSO4 1份，乙酸乙烯2份，狗牙根草籽15份。
制备过程：CaSO4、乙酸乙烯溶于水中备用；
将粘土、钢渣微粉、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入CaSO4、乙酸乙烯的混合水溶液，搅拌混匀后缓慢喷入造粒机造粒、加工成粒径为15-20mm的圆形颗粒，常温常压下养护3d，得所述生态种植陶粒。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度990kg/m3，吸水率12％，单颗粒平均强度为4.1MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有70-80％的免烧陶粒中有草籽发芽。
实施例5
营养基质制备：将炉灰、鸡粪、马粪和益生菌群液与水混匀，堆放发酵一周，当中心温度达到50～55℃时翻堆，接续发酵，当中心温度超过65℃时，结束发酵，得营养基质。其中炉灰、鸡粪、马粪质量比为1:1:1，益生菌群液为乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌按照质量比为1:1:1:1混合，营养基质(腐叶土、鸡粪总量)：益生菌群液：水＝1：350：160。
称取原料：粘土65份，粉煤灰4份，发酵好的营养基质10份，FeSO4·7H2O2份，聚乙烯醇4份，高羊茅草籽15份；
制备过程：FeSO4·7H2O、聚乙烯醇溶于水中备用；
将粘土、粉煤灰、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入FeSO4·7H2O、聚乙烯醇的混合水溶液，搅拌混匀后缓慢喷入造粒机造粒、加工成粒径为15-20mm的圆形颗粒，常温常压下养护3d，得所述生态种植陶粒。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度890kg/m3，吸水率17％，单颗粒平均强度为3.5MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有70-80％的免烧陶粒中有草籽发芽。
对比例1
同实施例1，区别在于，省略原料粉煤灰。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度945kg/m3，吸水率10％，单颗粒平均强度为0.2MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有60-70％的免烧陶粒中有草籽发芽。
对比例2
同实施例1，区别在于，省略原料水玻璃。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度932kg/m3，吸水率10％，单颗粒平均强度为0.5MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有60-70％的免烧陶粒中有草籽发芽。
对比例3
同实施例1，区别在于，粉煤灰15份。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度940kg/m3，吸水率11％，单颗粒平均强度为3.5MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有30-40％的免烧陶粒中有草籽发芽。
对比例4
同实施例1，区别在于，省略聚乙烯醇。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度947kg/m3，吸水率11％，单颗粒平均强度为1.5MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有60--70％的免烧陶粒中有草籽发芽。
对比例5
同实施例1，区别在于腐叶土、鸡粪使用前不经过发酵处理。
经检测所述生态种植陶粒堆积密度950kg/m3，吸水率11％，单颗粒平均强度为2.5MPa；在25-28℃、水分和阳光充足的环境中培养15-30d，铺在草坪中，约有30-40％的免烧陶粒中有草籽发芽。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生态种植陶粒，其特征在于，质量份数计，原料包括：粘土60-70份，地质聚合物胶凝材料3-5份，液态激发剂1-3份，水10-20份，营养基质10-20份，有机粘结剂2-6份以及耐碱草籽10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种生态种植陶粒，其特征在于，所述地质聚合物胶凝材料选自粉煤灰、矿渣微粉、钢渣微粉、铜渣微粉和偏高岭土中的一种或多种；所述粘土为废弃粘土。
3.根据权利要求1所述的一种生态种植陶粒，其特征在于，所述液态激发剂选自水玻璃、三乙醇胺、FeSO4·7H2O、Na2SO4、Na2SO3、NaNO2和CaSO4中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种生态种植陶粒，其特征在于，所述营养基质选自草木灰、蛭石、河泥、炉灰、腐叶土、碎稻草、麦秸、鸡粪、马粪中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种生态种植陶粒，其特征在于，所述益生菌群液选自乳酸杆菌、双歧杆菌、芽孢杆菌和酵母菌中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种生态种植陶粒，其特征在于，所述有机粘结剂选自聚乙烯醇、糊精和乙酸乙烯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种生态种植陶粒，其特征在于，所述耐碱草籽选自高羊茅、结缕草、狗牙根或四季青中的一种或多种。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的生态种植陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将经过预处理的粘土、地质聚合物胶凝材料、营养基质以及草籽充分混合均匀得混合物；向所得混合物中喷入液态激发剂和有机粘结剂的混合水溶液，搅拌混匀后造粒、养护得所述生态种植陶粒。
9.根据权利要求8所述的生态种植陶粒的制备方法，其特征在于，所述粘土的预处理过程包括以下步骤：将粘土进行筛分去除大颗粒杂质以及有机垃圾，筛分后的粘土经干燥含水量低于0.5wt％，然后粉磨至400m2/kg的比表面积。
10.根据权利要求8所述的生态种植陶粒的制备方法，其特征在于，所述营养基质加入前进行发酵处理，具体步骤包括将营养基质、益生菌群液与水混匀，堆放发酵，当中心温度达到50～55℃时翻堆，接续发酵，当中心温度超过65℃时，结束发酵，时长控制在24-48h，得营养基质；所述造粒粒径为15-20mm，养护条件为常温常压下养护3d。
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