CN113303198A

CN113303198A - 一种栽培基质及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN113303198A
Application number: CN202110711060.4A
Authority: CN
Inventors: 张晓年; 林宏时; 朱发军; 何建波; 张鹏; 涂婕; 林瑜
Original assignee: Hubei Shenglong Recycling Resources Utilization Co ltd
Current assignee: Hubei Shenglong Recycling Resources Utilization Co ltd
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2021-08-27

Abstract

本发明公开了一种栽培基质及其制备方法和应用，其制备方法包括如下步骤：配制：按如下重量配比准备主料：赤泥：20％～60％；钛白渣：20％～40％；电石渣：0％～10％；黄磷渣：1％～25％；大理石粉：0％～20％；造孔剂：0.05～10％；造孔剂为有机造孔剂、无机造孔剂中的至少一种；并按主料的0wt％～20wt％准备无机填料；将主料、无机填料和水混合，根据造孔剂的发泡条件调节pH值，形成混合浆料；初步成型：将所得混合浆料倒入模具，初步凝固成型后脱模，得到坯体；固化：(i)将坯体自然静置，得到栽培基质；或(ii)在氧化气体氛围中焙烧坯体，得到栽培基质。本发明制备的栽培基质具有容重轻、吸水性与保水性好等特点，且制备方法简单，成本低。

Description

一种栽培基质及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于基质栽培领域，具体涉及一种栽培基质及其制备方法和应用。

背景技术

现有植物的培育方式分为有土栽培或者无土栽培，无土栽培的类型主要有水培、雾培和基质栽培三大类。水培是指植物根系直接与营养液接触，不用基质的栽培方法，由于植物根部长时间浸泡在水里，影响植物根系的空气流通，根系易腐烂。雾培是将营养液压缩成气雾状而直接喷到作物的根系上，一般每间隔2-3分钟喷雾几秒钟，此方法设备费用太高，需要消耗大量电能，且不能停电，没有缓冲的余地，目前只限于科学研究应用，未进行大面积生产。基质栽培是将作物的根系固定在有机或无机的基质中，通过滴灌或细流灌溉的方法供给作物营养液，且营养液是不循环的，可以避免病害通过营养液的循环而传播。基质栽培缓冲能力强，不存在水分、养分与供氧之间的矛盾，且设备较水培和雾培简单，甚至可不需要动力，所以投资少、成本低，生产中普遍采用。

无土栽培技术主要有基质钵栽法、基质槽栽法、袋培法、岩棉培。基质钵栽法用釉瓷钵、塑料钵、普通瓦盆等作容器，填入基质，浇灌营养液进行作物栽培。槽栽法与钵栽法原理基本相同，不同的是栽培槽是用砖或水泥在地面上砌成的永久性栽培槽、或用木板做成的半永久性槽。袋培法用尼龙袋或塑料袋装入基质，按一定距离在袋上打孔，将作物栽入孔内，通过管道以滴灌形式向作物供应营养液。用岩棉板作为基质的无土栽培称为岩棉培，岩棉培方式分为营养液循环供液栽培法和滴灌供液栽培法。基质栽培的基质分为有机基质、无机基质和复合基质三类。有机基质有泥炭、稻壳炭、树皮等；常用的无机基质有蛭石、珍珠岩、岩棉、沙、聚氨酯等。蛭石、珍珠岩、沙、聚氨酯为槽栽或钵盆栽的常用基质，采用营养液循环供液栽培法和滴灌供液栽培法时岩棉则是较理想的基质。

农用岩棉由约60％玄武岩、20％焦碳、20％石灰石加上少量炼铁后的矿渣经高温熔融、抽丝，最后纺织、压缩成特定密度后再裁剪而成。在纺织过程中加入了一种具有表面亲水作用的黏结剂，能保持岩棉浸水后长时间不变形，而且具有良好的亲水性。然而，农用岩棉不可简单被工业岩棉替代，生产难度大，成本高。

发明内容

针对现有技术中农用岩棉生产难度大、成本高的问题，本发明提供一种保水性、透气性可与农用岩棉相媲美的栽培基质，该栽培基质的原料为回收过有价金属的废渣粉和废弃大理石粉，秸秆粉和椰糠等农业废弃物，成本低。

本发明提供的技术方案具体如下：

第一方面，本发明提供一种栽培基质的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制：

按如下重量配比准备主料：

赤泥：20％～60％；

钛白渣：20％～40％；

电石渣：0％～10％；

黄磷渣：1％～25％；

大理石粉：0％～20％；

造孔剂：0.05～10％；

造孔剂为有机造孔剂、无机造孔剂中的至少一种；

并按主料的0wt％～20wt％准备无机填料；

将主料、无机填料和水混合，根据造孔剂的发泡条件调节pH值，形成混合浆料；

(2)初步成型：将所得混合浆料倒入模具，初步凝固成型后脱模，得到坯体；

(3)固化：(i)将坯体自然静置，得到栽培基质；或(ii)在氧化气体氛围中焙烧坯体，得到栽培基质。

作为上述技术方案的优选，有机造孔剂为秸秆粉、椰糠、煤粉中的至少一种；当有机造孔剂添加量为0时，将坯体自然静置，得到栽培基质；当有机造孔剂添加量＞0时，在氧化气体氛围中焙烧坯体，得到栽培基质。

作为上述技术方案的优选，无机造孔剂添加量为0时，有机造孔剂在主料中的占比为5％～10％。

作为上述技术方案的优选，无机造孔剂为铝粉、锌粉、镁粉、碳化钙、双氧水中的至少一种。

作为上述技术方案的优选，造孔剂仅为无机造孔剂时，无机造孔剂在主料中占比为0.05％～0.10％。无机造孔剂仅为铝粉时，将主料、无机填料和水混合，调节pH为碱性，形成混合浆料。无机造孔剂仅为锌粉时，将主料、无机填料和水混合，调节pH为酸性，形成混合浆料。

作为上述技术方案的优选，无机填料为水泥、玻璃粉、粉煤灰、珍珠岩粉、磷尾渣粉中的至少一种；赤泥、钛白渣、电石渣、黄磷渣、大理石粉分别为无害化处理过的二次赤泥、二次钛白渣、二次电石渣、二次黄磷渣、二次大理石粉；二次赤泥、二次钛白渣、二次电石渣、二次黄磷渣、二次大理石粉的粒度为5～80目。

作为上述技术方案的优选，无害化处理的方式为通过磁选综合分选技术回收赤泥、钛白渣、电石渣、黄磷渣、大理石粉中50％～100％的有价金属；有价金属包括铁、锰、钒、铅、铬、钴、铈、铜、镉、镍、钼中的至少一种。

作为上述技术方案的优选，焙烧坯体的温度为1100℃～1400℃，焙烧时间为0.5～8小时，氧化性气氛为空气；在氧化气体氛围下焙烧坯体后，将栽培基质破碎成块或加工成所需形状。

第二方面，本发明提供一种由上述栽培基质的制备方法制得的栽培基质。该栽培基质容重轻、吸水透气性好，可替代农用岩棉。

第三方面，本发明提供上述栽培基质在无土栽培技术中的应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明生产栽培基质的难度小、原料成本低。

(2)本发明生产栽培基质的方法不仅实现赤泥、钛白渣、电石渣、黄磷渣、大理石粉等工业废渣综合利用，同时减少了农用土地的使用量。

(3)本发明生产的栽培基质具有无虫无菌、吸水性好、质量轻便于运输等特点。

附图说明

图1为板状栽培基质的第一种布置示例；

图2为板状栽培基质的第二种布置示例；

其中，1-植物，2-板状栽培基质，3-水，4-储水槽。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的技术方案，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述的“赤泥”是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的强碱性固体废物，赤泥中的化学成分氧化硅(SiO₂)：15-34％；氧化铝(Al₂O₃)：10-16％；氧化铁(Fe₂O₃)：16-35％；氧化钙(CaO)：10-32％；氧化钠(Na₂O)：2-8％；氧化镁(MgO)：2-8％。

本发明所述的“钛白渣”是生产钛白粉生产时产生的酸性废渣，每生产1吨钛白粉会产生0.2-0.3吨酸解废渣，其化学组成主要为SiO₂、Fe₂O₃、TiO₂等；

本发明所述的“电石渣”是电石法聚氯乙烯与醋酸乙烯生产过程中产生的废渣，其主要成分为氢氧化钙(Ca(OH)₂)。

本发明所述的“黄磷渣”是磷矿石热法生产黄磷或者酸法生产磷酸过程中排放的工业废渣，其主要成分是CaO和SiO₂。

本发明所述的“大理石粉”是大理石经破碎、粉磨后得到的细粉，或者是大理石材成型加工中得到的粉末，其主要成分是碳酸钙(CaCO₃)。

工业废弃物钛白渣、电石渣、黄磷渣、大理石粉均含有大量金属，直接用来制备栽培基质，一方面有价金属得不到有效利用，另一方面有害金属可能会影响农产品品质。本发明首先采用综合分选技术处理钛白渣、电石渣、黄磷渣、大理石粉，回收有价金属进行无害化处理，获得二次赤泥、二次钛白渣、二次电石渣、二次黄磷渣、二次大理石粉。

本发明采用的综合分选技术包括磁选、重选、浮选中的一种或多种的组合；或者该综合分选技术为多级磁选、多级重选、多级浮选技术中一种，优选地，该综合分选技术为多级磁选技术。

本发明采用综合分选技术回收的有价金属包括铁、锰、钒、铅、铬、钴、铈、铜、镉、镍、钼中一种或多种的单质或化合物；有价金属的合计去除率在50％～100％之间。表1～表4展示了综合分选前、后的赤泥、钛白渣的主要组分：

表1综合分选前的赤泥主要组分

表2综合分选后的二次赤泥主要组分

表3综合分选前的钛白渣主要组分

表4综合分选后的二次钛白渣主要组分

由表1和表2可知，经综合分选后，赤泥中钛、铬、铁的金属去除率分别达到了78.62％、67.74％和62.47％。由表3和表4可知，综合分选后，钛白渣中钛、锰、钴、铬、铜、镍、铌合计的重金属去除率为76.48％，其中，铬、铜、镍的金属去除率分别达到92.81％、94.1％和90.94％。

本发明将二次赤泥、二次钛白渣、二次电石渣、二次黄磷渣、二次大理石粉与造孔剂按比例混合，加水搅拌，压制成型，脱模后固化，得到多孔的栽培基质。该方法的实施步骤如下：

一、准备固体组分

(1)准备主料：

二次赤泥：20～60％；

二次钛白渣：20～40％；

二次电石渣：0～10％；

二次黄磷渣：1～25％；

二次大理石粉：0～20％；

造孔剂：0.05～10％；

二次赤泥、二次钛白渣、二次电石渣、二次黄磷渣以及二次大理石粉需经过筛网筛分，筛上物需粉磨处理，筛网的目数为5～80目。

以上物料在混料设备中混合后得到主料混合料，各组分总和为100％。二次赤泥、二次钛白渣的配比要满足赤泥的碱性与钛白渣的酸性相互中和后固体组分的pH值为5.0～9.5。造孔剂为有机造孔剂、无机造孔剂中的至少一种；有机造孔剂为秸秆粉、椰糠、煤粉中的至少一种，无机造孔剂为铝粉、锌粉、镁粉、碳化钙、双氧水中的至少一种。

(2)准备无机填料：

无机填料为水泥、玻璃粉、粉煤灰、珍珠岩粉、磷尾渣粉中的至少一种；无机填料的量为主料的0wt％～20wt％，优选地，无机填料为主料总重量的0.05％～10％，进一步地，无机填料为主料总重量的0.05％～3％。

二、压制成型

将主料、无机填料加入水进行搅拌混合，得到混合浆料，再将混合浆料倒入模具中静置成型。水的添加量为主料和无机填料总重量的15％～100％。模具长度可选择不限于以下规格：70mm、100mm、200mm、300mm、400mm、600mm、1000mm等；模具宽度可选择不限于以下规格：70mm、100mm、200mm、300mm、400mm；模具厚度可选择不限于以下规格：20mm、30mm、70mm、100mm、200mm。

三、脱模

待模具内混合浆料初步凝固成型，外形不再发生形变后，再放置0.5小时～144小时后脱出模具，得到坯料。

四、固化

当有机造孔剂添加量为0时，将坯体静置在遮阳、通风的环境中自然固化，待坯体中的水分及气体排放完成后得到栽培基质；

当有机造孔剂添加量＞0时，在氧化气体氛围中焙烧坯体，冷却得到栽培基质。焙烧的温度为1100℃～1400℃，焙烧时间为0.5小时～8小时。

以下通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明：

实施例1～10

按表5准备各实施例的主料和无机填料，并按各实施例主料和无机填料总重量的50％准备所需用水，将主料、无机填料加入水中进行搅拌混合，得到混合浆料，再将混合浆料倒入规格为400mm×400mm×70mm的模具中进行初步凝固成型，当其外形不再发生形变后，再放置10小时脱出模具，得到坯料。

当有机造孔剂添加量为0时，将坯体静置在遮阳、通风的环境中自然固化10天，待基质中的水分及气体排放完成后得到栽培基质；

当有机造孔剂添加量＞0时，在空气中焙烧坯体，冷却得到栽培基质。焙烧的温度为1200℃，焙烧时间为2小时。

表5各实施例的原料配比及性能指标

实施例1	二次赤泥	二次钛白渣	二次电石渣	二次黄磷渣	二次大理石粉
						1	60	20	5	10	5
2	70	20	0	10	0
						3	60	20	0	15	0
4	40	30	5	10	15
						5	40	30	5	10	5
6	20	40	0	25	15
						7	20	40	0	20	15
8	30	30	10	20	10
						9	30	20	10	20	10
10	20	20	10	20	20

表5(续)

如表5所示，实施例2为大量添加二次赤泥，产品容重为1320kg/m³，其吸水率和抗压强度都很低，不能作为栽培基质。实施例1在较大量利用赤泥的情况下，采用静置的固化方式，产品的容重还是较高，吸水率仅有15％，耐压强度只有1.8MPa，作为栽培基质的破碎率较高。其余实施例产品的容重为430kg/m³～1000kg/m³，吸水率为18％～85％，抗压强度为3MPa～7MPa，均可作为有效的栽培基质。

实施例11

实施例9制备的栽培基质为板状，30秒吸水高度为300mm。在实际使用过程中，其主要布置情况如图1、图2所示，其中，图2的栽培基质采用的是中间开有凹槽的板状结构。板状栽培基质放置于储水槽中，板状栽培基质四周下部四周注入水，植物种子放置于板状栽培基质上表面(如图1所示)或者板状栽培基质的凹槽中(如图2所示)，植物生长的养分通过营养液添加至板状栽培基质下部周围的水中，通过板状栽培基质的吸水性、保水性，将植物生长所需求的养分、水分供给植物种子与种苗，使得植物得以有效生长。

植物生长过程中其根系附着在板状栽培基质的表面(上面或四周)，不让其进入板状栽培基质孔隙中是为了保证植物的收割更为便捷；同时生长过程中板状栽培基质下部四周水的添加时的水位线不得超过栽培基质的高度(厚度)，只要能保证板状栽培基质上表面有水，四周的水位越低越好，这样可以最大量保证植物的根系不会由于水的长时间浸泡而腐烂、受损。

进一步地，可以将栽培基质破碎成块，用作基质钵栽法、基质槽栽法的栽培基质。现有的陶粒作为基质钵栽法、基质槽栽法的栽培基质具有以下缺点：陶粒有一定的阳离子代换量，排水通气性良好，但连续使用后，颗粒内部及表面吸持的盐分会导致通气和养分供应困难，且难以用水洗去。本发明栽培基质长期使用不会出现通气差、养分供应困难的问题。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种栽培基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)配制：

按如下重量配比准备主料：

赤泥：20％～60％；

钛白渣：20％～40％；

电石渣：0％～10％；

黄磷渣：1％～25％；

大理石粉：0％～20％；

造孔剂：0.05～10％；

所述造孔剂为有机造孔剂、无机造孔剂中的至少一种；

并按所述主料的0wt％～20wt％准备无机填料；

将主料、无机填料和水混合，根据所述造孔剂的发泡条件调节pH值，形成混合浆料；

(3)固化：(i)将所述坯体自然静置，得到栽培基质；或(ii)在氧化气体氛围中焙烧所述坯体，得到栽培基质。

2.根据权利要求1所述的栽培基质的制备方法，其特征在于：所述有机造孔剂为秸秆粉、椰糠、煤粉中的至少一种；当有机造孔剂添加量为0时，将所述坯体自然静置，得到栽培基质；当有机造孔剂添加量＞0时，在氧化气体氛围中焙烧所述坯体，得到栽培基质。

3.根据权利要求2所述的栽培基质的制备方法，其特征在于：所述无机造孔剂添加量为0时，有机造孔剂在主料中的添加量为5％～10％。

4.根据权利要求1所述的栽培基质的制备方法，其特征在于：所述无机造孔剂为铝粉、锌粉、镁粉、碳化钙、双氧水中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的栽培基质的制备方法，其特征在于：所述造孔剂仅为无机造孔剂时，无机造孔剂在主料中占比为0.05％～0.10％。

6.根据权利要求1所述的栽培基质的制备方法，其特征在于：所述无机填料为水泥、玻璃粉、粉煤灰、珍珠岩粉、磷尾渣粉中的至少一种；所述赤泥、钛白渣、电石渣、黄磷渣、大理石粉分别为无害化处理过的二次赤泥、二次钛白渣、二次电石渣、二次黄磷渣、二次大理石粉；所述二次赤泥、二次钛白渣、二次电石渣、二次黄磷渣、二次大理石粉的粒度为5～80目。

7.根据权利要求6所述的栽培基质的制备方法，其特征在于：所述无害化处理的方式为通过磁选综合分选技术回收赤泥、钛白渣、电石渣、黄磷渣、大理石粉中50％～100％的有价金属；所述有价金属包括铁、锰、钒、铅、铬、钴、铈、铜、镉、镍、钼中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的栽培基质的制备方法，其特征在于：焙烧所述坯体的温度为1100℃～1400℃，焙烧时间为0.5～8小时，所述氧化性气氛为空气；在氧化气体氛围下焙烧所述坯体后，将栽培基质破碎成块或加工成所需形状。

9.一种根据权利要求1～8任一项所述的栽培基质的制备方法制得的栽培基质。

10.权利要求9所述的栽培基质在无土栽培技术中的应用。