一種地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制備方法，該方法選擇粘土和爐渣，通過原材料選擇、制備、模具制造、澆注、燒結等工藝制備，制備的該地埋式微孔陶瓷根灌灌水器結構簡單，可在低壓供水狀態(tài)下工作，當工作水頭為0.5m-1m時，灌水器流量為4.2-8.5L/h，可每株樹可配備1-2個地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。制備方法簡單，取材方便，價格低廉，埋入地下使用壽命為15年以上，每個灌水器造價在0.5元左右，較常規(guī)根灌器節(jié)省一次性投資30％以上，能耗費降低20％以上，并且能有效防止堵塞問題。對節(jié)水灌溉技術的發(fā)展具有重要的現實意義。
【專利說明】一種地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于旱區(qū)農業(yè)經濟林灌溉【技術領域】，特別涉及一種微孔陶瓷根灌灌水器的制備方法。
【背景技術】
[0002]微灌作為最省水的灌溉技術，為越來越多種類大田和經濟作物的灌溉所采用，針對不同作物的需水要求和灌溉制度，開發(fā)相應的灌水器是微灌發(fā)展的需求。
[0003]目前微孔陶瓷主要應用于各種液體與氣體的過濾，如工業(yè)用水、生活用水的過濾等，是一種孔徑為微米級(或亞微米級)的多孔陶瓷材料，具有性質穩(wěn)定、抗腐蝕能力較強、 孔徑分布均勻且狹窄、成本低、使用壽命長等優(yōu)點。微孔陶瓷一般采用貧瘠粘土、廢礦渣以及電廠粉煤灰、玻璃廠下腳料等作為原料，爐渣是煤炭在生活中所用的各類小型鍋爐中燃燒后所殘留的固體廢棄產物，由于煤炭在燃燒過程中進入大量空氣，冷卻后又逃逸，導致生成的爐渣具有多孔結構，爐渣的多孔結構以及其自身含有的多種堿性氧化物，如氧化鈣、三氧化二鋁等，使得其可以有效的對水中的有機物和懸浮物有一定的吸附、絮凝和過濾作用。
[0004]國內外關于陶瓷在灌溉中應用報道較少，僅對多孔陶瓷在負壓灌溉中應用有少量探索研究。1991年，谷川寅彥等人提出了一種低壓的滲灌裝置，該裝置采用了一種透水系數較小的素燒管，通過調節(jié)水頭對作物供水，研究了不同水頭和透水系數對灌水量和土壤浸潤情況的影響，并對多孔陶瓷低壓滲灌的原理進行了討論。2003年李曉宏提出了一種將特制陶罐埋入土中蓋膜盛水的節(jié)水灌溉方法。該方法利用了罐壁的微孔使水分緩慢滲入土中進行灌溉，具有不形成徑流和深層滲漏，不造成土壤板結，減少地表蒸發(fā)的優(yōu)點。2001年劉明池采用一種新型的灌水材料——陶土管，使用負壓控制技術，研究建立了陶土管自動控水灌水蔬菜栽培系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動調控土壤水分，使土壤含水量一直處于最適宜作物生長的范圍，從而達到增產的目的。但是該系統(tǒng)投資較大，不利于實際推廣應用。雷廷武于2004 年提出了一種新型的陶瓷負壓節(jié)水灌溉技術，從理論上解釋了負壓灌溉的原理。江培福于 2006年采用陶瓷和纖維兩種灌水器進一步驗證了負壓灌溉的可行性，同時分析了兩種不同的土壤對負壓灌溉的適應情況。此后，梁錦陶、趙亞楠等也分別采用陶土頭作為研究對象分別從供水水頭、材料對比等方面驗證了負壓灌溉的可行性。2010年張濤利用新疆昌吉粘土添加造孔劑后燒制而成一種粗陶微孔滲灌地埋裝置，并在棗樹試驗田中進行試驗，得出該種節(jié)水灌溉裝置節(jié)水、增產效果較好，適宜于大面積推廣。上述研究，僅對陶瓷材料在低壓與負壓灌溉中的可行性進行了探索研究，并沒有形成能夠大量利用于實踐的陶瓷灌水器。

【發(fā)明內容】

[0005]針對微灌中存在的灌水器易堵塞、堵塞后不易發(fā)現、工作壓力聞、造價聞、制造工藝復雜等問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種地埋式微灌陶瓷根灌灌水器的制備方法，該方法利用粘土和爐渣作為原材料，并根據地下滴灌流量和壓力要求燒制成灌水器，制備的該地埋式微灌陶瓷根灌灌水器，可直接承插在與毛管相連的三通管上，埋入地面以下，有利于耕作，特別適用于山地經濟林灌溉。
[0006]為了實現上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案:
[0007]—種地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制備方法，其特征在于，具體包括下列步驟:[0008]( I)原材料的選擇與制備
[0009]原材料選擇粘土和爐渣，其中，粘土作為粘結劑，爐渣作為增孔劑；
[0010]粘土選取時，在田間先經30目標準篩篩分，去除土中較大的粘連顆粒及植物殘葉根系，然后將土樣裝入預制土箱中，干燥40d~60d備用；
[0011]待預制土箱中的土樣完全干燥后，經震動篩分儀過80目標準篩，篩分出顆粒粒徑為芻0.177mm的粘土顆粒；
[0012]爐渣選取時，預先經過30目標準篩進行篩分，取篩下的爐渣置于105°C烘箱中干燥12小時；干燥后的爐洛經震動篩分儀過80目標準篩,則篩分出顆粒粒徑為=0.177mm的爐渣顆粒；
[0013](2)材料混合
[0014]將粘土顆粒和爐渣顆粒以7:3的質量比混合，置入變頻行星球磨機中高速球磨2 小時；
[0015]球磨后的粉末在容器中攪拌均勻后，加入適量的水繼續(xù)攪拌5min，制成漿料；
[0016](3)模具制造
[0017]制造地埋式微孔陶瓷根灌灌水器模具，模具中的參數為:
[0018]外徑Dl=8cm,內徑D2=6cm,腔體外部高度Hl=12cm,腔體內部高度H2=10cm,進水口內部高度hl=4cm,進水口外部高度h2=3cm,進水口內徑D3=2cm,進水口外徑D4=4cm ；
[0019](4)澆筑干燥
[0020]將混合后的漿料澆筑于地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的模具中，然后置于溫度為 25 °C的恒溫常壓環(huán)境中，自然干燥72小時；
[0021](5)燒結
[0022]將干燥后的試樣置于燒結爐中，以100°C /min的速率升溫至950°C ±250°C，在此溫度下保溫1.5h，然后降至室溫，即可得到地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。
[0023]本發(fā)明制備的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，不同于之前的微灌灌水器，由于采用了粘土和爐渣，所燒結成的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器中的微孔具有很好的消能效果，改進了此前各類灌水器所采用的消能方式；由于其良好的過濾作用可以有效的防止物理堵塞，提高灌水器的使用年限。本發(fā)明制備的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，生產成本較低，使用壽命為15年以上，每個地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的造價在0.5元左右，較常規(guī)的微灌灌水器節(jié)省一次性投資30%以上。由于該地埋式微孔陶瓷根灌灌水器能夠在低水頭下工作 (Im以下)，較常規(guī)的微灌灌水器的工作水頭(IOm)降低了 9m，因此能耗費降低20%以上，因此對節(jié)水灌溉技術的發(fā)展具有重要的實際意義。
[0024]本發(fā)明的方法制備的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，可在低壓供水狀態(tài)下工作，當設計工作壓力為0.5-lm時，灌水器流量為4.2L/h~8.5L/h，可每株樹可配備1_2個地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。
【專利附圖】

【附圖說明】[0025]圖1為本發(fā)明的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的模具剖面圖；
[0026]圖2為圖1的仰視圖；
[0027]圖3為采用本發(fā)明的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器使用示意圖；
[0028]圖4為本發(fā)明制備的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的壓力流量關系曲線，其中，橫坐標為壓力(m),縱坐標為流量(L/h)；
[0029]圖中的標記分別表示:1、外套,2、內壁，3、腔體，4、進水口，5、灌水器，6、三通，7、毛管。
[0030]以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。
【具體實施方式】
[0031] 申請人:在研究發(fā)現，粘土中的土壤顆粒組成為:粘粒:5.46%、粉粒:29.26%、沙粒: 65.28% ;而且粘土所含的化學成分主要是高嶺石、石脂、蒙脫石、蛭石、伊利石、水鋁英石。
[0032]爐渣所含的化學成分主要是二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂。
[0033] 申請人:利用粘土和爐渣作為原材料，開發(fā)出一種新的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，利用粘土和爐渣燒結形成地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，其中的微孔作為消能方式，改進了此前各類灌水器所采用的消能方式，所制備的該地埋式微孔陶瓷根灌灌水器具有良好的過濾作用可以有效的防止物理堵塞，提高灌水器的使用年限，為微灌灌水器的開發(fā)提供了一條新思路。
[0034]參見圖1和圖2，本實施例給出一種地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制備方法，具體包括下列步驟:`[0035](I)原材料的制備
[0036]原材料選擇粘土和爐渣，其中，粘土作為粘結劑，爐渣作為增孔劑。
[0037](2)原材料制備
[0038]粘土選取時，在田間先經30目標準篩篩分，去除土中較大的粘連顆粒與植物殘葉根系等物質，然后將土樣裝入預制土箱中，干燥40d~60d備用。
[0039]待預制土箱中的土樣完全干燥后，經震動篩分儀過80目標準篩，篩分出顆粒粒徑為蘭0.177mm的粘土顆粒。
[0040]爐渣預先經過30目標準篩篩分，篩除其中燒結的大顆粒與未燒結的大顆粒碳；篩下物置于105°C烘箱中干燥12h ；
[0041]取干燥后的爐渣，經震動篩分儀過80目標準篩，則篩分出顆粒粒徑為=0.177mm 的爐渣顆粒。
[0042](3)材料混合
[0043]將粘土顆粒和爐渣顆粒以7:3的質量比混合，置入變頻行星球磨機中高速球磨 2h ；
[0044]球磨后的粉末在容器中攪拌均勻后，加入適量的水繼續(xù)攪拌5min，制成漿料；
[0045](4)模具制造
[0046]制造地埋式微孔陶瓷根灌灌水器模具，模具中的參數如附圖1和2所示:
[0047]外徑Dl=8cm,內徑D2=6cm,腔體外部高度Hl=12cm,腔體內部高度H2=10cm,進水口內部高度hl=4cm,進水口外部高度h2=3cm,進水口內徑D3=2cm,外徑D4=4cm。[0048](5)澆筑風干
[0049] 將混合后的漿料澆筑于模具中，然后將澆筑好的試樣置于溫度為25°C的恒溫常壓環(huán)境中自然干燥成型72h，由于試樣在干燥過程中水分蒸發(fā)，試樣有較小程度的體積收縮， 因此可以較為方便的將試樣從模具中取出。
[0050](6)燒結
[0051]將試樣置于燒結爐中，以100°C /min的速率升溫至1050°C，在此溫度下保溫1.5h， 然后降至室溫，即可得到地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。
[0052]燒結需要控制的溫度環(huán)節(jié)是:燒成溫度、升溫速率、保溫溫度和時間。一般情況下， 陶器的燒成溫度為950°C ±250°C，在燒結溫度高于原料熔點的三分之二時，坯體中的各種成分間開始發(fā)生各種復雜的化學反應，逐漸燒結。如果燒結溫度太低，原料中的各種成分間未發(fā)生化學反應而不能燒成；如果燒結溫度太高，超過原料的熔點，固態(tài)物質便會融化，使陶器的結構形狀發(fā)生改變。
[0053]參見圖3，上述實施例制備的地埋式微孔陶瓷根灌灌水器，可以和毛管系統(tǒng)組成滴灌系統(tǒng)，即將地埋式微孔陶瓷根灌灌水器直接承插在與毛管相連的三通管上，地埋式微孔陶瓷根灌灌水器和毛管全部埋于地下，灌溉水通過毛管進入地埋式微孔陶瓷根灌灌水器， 然后從地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的微孔中滲出濕潤土壤。
[0054]參見圖4，隨供水壓力增大，根灌器出水量逐漸增大，當供水壓力為0.5m-lm時，流量為 4.2L/h-8.5L/h。
【權利要求】
1.一種地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的制備方法，其特征在于，具體包括下列步驟:(1)原材料的選擇與制備原材料選擇粘土和爐渣，其中，粘土作為粘結劑，爐渣作為增孔劑；粘土選取時，在田間先經30目標準篩篩分，去除土中較大的粘連顆粒及植物殘葉根系，然后將土樣裝入預制土箱中，干燥40d~60d備用；待預制土箱中的土樣完全干燥后，經震動篩分儀過80目標準篩，篩分出顆粒粒徑為 =0.177mm粘土顆粒；爐渣選取時，預先經過30目標準篩進行篩分，取篩下的爐渣置于105°C烘箱中干燥12 小時；干燥后的爐洛經震動篩分儀過80目標準篩,則篩分出顆粒粒徑為=0.177mm的爐洛顆粒；(2)材料混合將粘土顆粒和爐渣顆粒以7:3的質量比混合，置入變頻行星球磨機中高速球磨2小時；球磨后的粉末在500ml燒杯中攪拌均勻后，加入適量的水繼續(xù)攪拌5min，制成漿料；(3)模具制造制造地埋式微孔陶瓷根灌灌水器模具，模具中的參數為:外徑Dl=8cm,內徑D2=6cm,腔體外部高度Hl=12cm,腔體內部高度H2=10cm,進水口內部高度hl=4cm,進水口外部高度h2=3cm,進水口內徑D3=2cm,進水口外徑D4=4cm ；(4)澆筑干燥將混合后的漿料澆筑于地埋式微孔陶瓷根灌灌水器的模具中，然后置于溫度為25°C的恒溫常壓環(huán)境中，自然干燥72小時；(5)燒結將干燥后的試樣置于燒結爐中，以100°C /min的速率升溫至950°C ±250°C，在此溫度下保溫1.5h，然后降至室溫，即可得到地埋式微孔陶瓷根灌灌水器。
【文檔編號】C04B33/135GK103553571SQ201310479770
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權日:2013年10月14日
【發(fā)明者】朱德蘭, 蔡耀輝, 李向明, 吳普特, 張志華, 張 林 申請人:西北農林科技大學