CN114032103A - 一种利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固废资源化利用技术领域，尤其是一种利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法，经利用煅烧处理磷石膏造粒而成的颗粒，实现了颗粒内挥发物质不断向外逃逸形成孔隙，增强土壤改良剂的透气性、渗透性，经补充新鲜磷石膏调配，不仅增加了游离养分的含量，而且还能够实现对游离养分的吸附，达到向农作物补充养分，增加农作物产量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，尤其是一种利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法。
背景技术
磷石膏是湿法磷酸工艺所排放出来的工业废渣，一般每生产1吨湿法磷酸(以P2O5计)，将产生4～4.5吨磷石膏。大量磷石膏的堆存，不仅容易导致环境受到污染，浪费土地资源，而且磷石膏本身难以得到资源化利用，造成磷化工企业负担较重，经济效益较差。
目前，磷石膏资源化综合利用得到了初步研究，且取得了相应的成效，使得磷石膏被广泛应用于建材、化工、农业方面，例如：在建材方面，将磷石膏作为原料生产砌块、保温砖、水泥等；在化工方面，将磷石膏作为原料生产硫酸、造纸等；在农业方面，将磷石膏作为原料制备肥田剂、土壤改良剂、土壤调理剂等。其中，由于建材、化工等方面所需要采用的硫铁矿、天然石膏等原料易得，品相相比磷石膏更加优异，且价格低廉，导致磷石膏在建材、化工领域应用量并不显著；同时将磷石膏用于农业方面却取得了可喜的效果，加快了磷石膏在农业方面的应用。然而，磷石膏应用于农业方面依然面临着众多难题，例如：磷石膏中含有少量的氟、重金属等污染物，使得应用于农业中后，会随着雨水冲刷进入到土壤环境中，导致土壤受到污染。
鉴于此，本研究团队着眼于磷石膏在农业应用方面存在的诸多缺陷，开展磷石膏用于土地综合整治和生态修复技术及应用示范(黔科合服企[2018]4011)立项研究，确定立项研究方向(如图1所示)：①以磷石膏作为原料，将磷石膏高温无害化处理，加大磷石膏消纳量，制备成土壤改良剂；②以磷石膏作为原料添加制备农用肥；③以磷石膏作为原料，针对盐碱地制备改良剂；④以磷石膏作为原料，利用重结晶法改性制备土壤调理剂。
基于上述立项研究方向，本研究由项目组成员陈文兴负责，侧重将磷石膏作为原料煅烧制备土壤改良剂，并对现有技术中关于磷石膏为原料煅烧制备土壤改良剂方面的技术进展进行检索分析，可知：磷石膏为原料煅烧制备土壤改良剂技术已经得到了发展，并且出现了大量的研究文献，例如：专利申请号为201410817846.4中公开了磷矿尾矿和磷石膏、钾长石烧制土壤调理剂的方法，将磷石膏风干、烘干、粉碎、过筛；将磷矿尾矿、钾长石粉碎、粉磨、过筛；混合制备成混合物料，加水制备成球状或块状物料，煅烧成烧结熟料，再经破碎、粉磨、过筛而得，实现磷石膏、磷矿尾矿两种废弃物资源化利用、合理配伍，且不经水淬和烘干，能够节约水资源和能源，能够调节土壤的酸碱性，改善土壤结构，避免板结，增强作物耐盐性，促进有机质的分解与转化，抑制土壤病菌传播，提高地力；富含钾、磷、铝、硅、钙、镁、硫等可被吸收的养分元素，能够长时间为农作物提供养分。再例如：专利申请号为201410817892.4中公开了用磷石膏和钾长石生产高活性土壤调理剂联产硫酸，将磷石膏风干、烘干、粉碎、过筛；将硫酸钠、钾长石粉碎、粉磨、过筛；混合制备成混合物料，加水制备成球状或块状物料，煅烧成烧结熟料，再经破碎、粉磨、过筛，再加入生化黄腐酸钾粉末，得到，实现合理利用磷石膏，变废为宝，满足在相同分解率和脱硫率的前提下，磷石膏、钾长石的分解温度降低100℃左右，降低能耗；利用还原碳还原出磷石膏中的硫元素生产硫酸，残留硫能够被作物吸收利用，同时避免钾长石中钾沸出，保障钾的高活化率，降低能耗，添加黄腐酸钾，满足多方面需求的同时，扩大了土壤调理剂使用范围；增加硫酸钠，实现助熔，增加二氧化硫气体浓度的目的，提高联产硫酸产品的品质。可见，上述以磷石膏为原料煅烧法制备土壤调理剂过程的工艺较为复杂，而且需要钾长石等区域性资源，导致原料配制过程的成本的较高，并且处理工艺流程较长、复杂，导致磷石膏消纳量较低，处理效果不佳。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法。
具体是通过以下技术方案得以实现的：
利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法，包括以下步骤：
(1)将排入到堆渣场的磷石膏粉碎，造粒，氮气气氛保护下，300-500℃处理至少1h，得磷石膏颗粒；
(2)将排出的鲜磷石膏作为辅料，与磷石膏颗粒按照0.5-1:1的质量比拌合均匀，即得。
为了能够保障磷石膏颗粒强度，且提高磷石膏颗粒孔隙率，优选，所述的步骤(1)，将从堆渣场采集回来的磷石膏，经粉碎过50目筛，得到磷石膏粉末；将植物废弃物粉碎，过50目筛，得到植物粉；将磷石膏粉末与植物粉按照1:0.01-0.1质量比混合，加水造粒，再送入煅烧炉内，在氮气气氛保护下，温度300-500℃处理至少1h。
本发明创造所述的植物废弃物选自但不仅限于枯枝树叶、农作物废弃物。所述的枯枝树叶，例如：松树、柏树、梧桐树等乔木树上剪下的枯枝或者落下的树叶；再例如：茶树等灌木树上修剪下来的枯枝或者树叶；所述的农作物废弃物，例如：辣椒杆、玉米秸杆、稻草、小麦秸秆等秸秆；本发明创造利用植物废弃物加入到磷石膏粉末进行造粒，能够使得植物废弃物粉碎物错综复杂的布置在磷石膏粉末之间，经造粒、氮气气氛氮气处理之后，形成具有较强吸附性能的活性炭夹杂在颗粒内，提升透气性和渗透性；同时，利用植物废弃物经造粒包裹在颗粒内，实现局部有机质碳化不彻底时补充有机质，改善土壤性能，达到促增产和土壤改良作用。
本发明创造的目的之二是提供上述方法制备的土壤改良剂。
本发明创造的目的之三是提供上述方法制备的土壤改良剂应用于土壤的改良处理。
上述的土壤改良剂应用时的使用方法是按照150kg/亩施用。
与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：
①以磷石膏作为主要原料，利用经堆渣场堆放后的磷石膏预处理后，再利用预处理磷石膏改善新鲜磷石膏制备土壤改良剂，提高了土壤改良剂中磷石膏的用量，加快了磷石膏消纳，且能够修复土壤板结现状，提升通气性和渗透性，还能够补充农作物所需的基本营养，促进增产。
②利用工业废渣-磷石膏作为主要原料，不仅有利于提升磷石膏资源化利用的附加值，加快磷石膏的快速消纳，而且还实现了磷石膏作为原料开发土壤改良剂方面提供了新思路；本发明创造工艺流程简单，充分利用了磷石膏本身所具有的特性，降低了土壤改良剂生产成本。
③本发明创造工艺流程简单，易于控制和操作，能够加大磷化工企业产业化推广实施，且推广实施所得的土壤改良剂能够极大程度改善土壤板结率，提高农作物产量，减轻磷化工企业对固废处理的负担，降低磷化工生产成本。
附图说明
图1为本发明创造所在项目立项研究的整体研究方向示意图。
图2为本发明创造工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
本发明创造试验过程中所采集的堆渣场磷石膏和新鲜磷石膏均来源于贵州省磷化工集团湿法磷酸工艺所排出固体废弃物。
实施例1
将从堆渣场采集回来的磷石膏，经粉碎过50目筛后，加水造粒，粒径维持在2mm-5mm之间，送入煅烧炉内，氮气气氛保护，温度为300℃下处理1h，得到磷石膏颗粒；
取从湿法磷酸工艺新排出来的磷石膏作为辅料，将该辅料与磷石膏颗粒按照质量比计为0.5:1加入，以100r/min搅拌速度搅拌处理30min后，即得。
实施例2
如图2所示，将从堆渣场采集回来的磷石膏，经粉碎过50目筛后，得到磷石膏粉末；将植物废弃物(玉米秸秆)粉碎，过50目筛，得到植物粉；将磷石膏粉末与植物粉按照1:0.01质量比混合，加水造粒，再送入煅烧炉内，在氮气气氛保护，温度300℃处理1h，得磷石膏颗粒；其他按照实施例1的操作方式进行操作处理制备，即得。
实施例3
如图2所示，将从堆渣场采集回来的磷石膏，经粉碎过50目筛后，得到磷石膏粉末；将植物废弃物(修剪下来的茶树枯枝)粉碎，过50目筛，得到植物粉；将磷石膏粉末与植物粉按照1:0.05质量比混合，加水造粒，再送入煅烧炉内，在氮气气氛保护，温度500℃处理1h，得磷石膏颗粒；其他按照实施例1的操作方式进行操作处理制备，即得。
对比例：磷石膏直接与市场上购买的活性炭进行混合制备成土壤改良剂。
土壤改良试验：
试验时间：2019年2月-2019年9月；试验地点：贵州省开阳县；试验农作物：玉米，贵单8号；
试验设5组，分别采用实施例1-3和对比例所得的土壤改良剂对试验田进行改良处理，并设空白组不施入土壤改良剂(空白组)；每块试验田的面积为100㎡，土壤改良剂按照每亩施入约150kg(合22.49kg/100㎡)；在试验田耕地时，将土壤改良剂施入。
对施入前土壤和对玉米采收后土壤的理化指标进行检测，同时记录每块试验田的玉米产量，如表1所示。
表1
注：施入前土壤理化指标，容重1.31，持水量41.8％，总孔隙度42.9％，渗透速率20.1mm/s，酶活性2.79mg/g，通气量0.0010mL/cm3·s，微生物数2.21×105个/g干土。
经表1可知：磷石膏直接与活性炭进行混合制备成土壤改良剂后，其对土壤具有改良作用，改善土壤板结现状，提高土壤的透气性、渗透性等，进而促进农作物生长，提高产量；但是该法导致活性炭配入使用的成本较高，而且对土壤改良效果依然不理想；造粒煅烧磷石膏预处理对土壤改良处理效果更加优异，且能够吸附可溶性养分，实现对土壤补充养分，促进农作物生长，提高产量；同时，利用植物废弃物添加在磷石膏造粒中，再经氮气气氛下高温煅烧后，提高了土壤改良剂对土壤的改良性能。可见，本发明创造提出的方案不仅对土壤改良具有显著的效果，而且降低了活性炭使用的成本。
本发明创造利用磷石膏造粒后，氮气气氛下煅烧处理，再以鲜磷石膏作为辅料补充，加大了对磷石膏资源化利用的消纳量，解决了废弃资源的高价值化利用，减轻了磷化工企业固废渣排放处理的负担，降低了磷化工企业固废渣处理成本。
本发明创造中其他未详见描述的相关内容，本领域技术人员可参照现有技术或者本领域技术人员所熟知的公知常识、常规技术手段加以实现。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将排入到堆渣场的磷石膏粉碎，造粒，氮气气氛保护下，300-500℃处理至少1h，得磷石膏颗粒；
(2)将排出的鲜磷石膏作为辅料，与磷石膏颗粒按照0.5-1:1的质量比拌合均匀，即得。
2.如权利要求1所述的利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法，其特征在于，所述的步骤(1)，将从堆渣场采集回来的磷石膏，经粉碎过50目筛，得到磷石膏粉末；将植物废弃物粉碎，过50目筛，得到植物粉；将磷石膏粉末与植物粉按照1:0.01-0.1质量比混合，加水造粒，再送入煅烧炉内，在氮气气氛保护下，温度300-500℃处理至少1h。
3.如权利要求2所述的利用磷石膏为原料高温煅烧制备土壤改良剂方法，其特征在于，所述的植物废弃物为枯枝树叶、农作物废弃物中至少一种。
4.如权利要求1-3任一项所述方法制备的土壤改良剂。
5.如权利要求1-3任一项所述方法制备的土壤改良剂应用于土壤的改良处理。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的土壤改良剂应用时的使用方法是按照150kg/亩施用。
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