本發(fā)明涉及土壤改良劑技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種含有硼泥的綜合性土壤改良劑及其制備工藝和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
硼是一種用途非常廣泛的非金屬元素，其應(yīng)用范圍覆蓋了冶金、制藥、搪瓷、油漆、日用化工、農(nóng)業(yè)及國防尖端工業(yè)等方面。目前硼資源在世界范圍內(nèi)已經(jīng)變得不可缺少，但其分布卻非常分散，大部分集中在美國和土耳其，其產(chǎn)量約占世界產(chǎn)量的90％。我國目前可以利用的硼資源主要集中在遼東地區(qū)和青藏高原，而青藏高原硼礦地處邊遠(yuǎn)地區(qū)，交通不便，所以遼東地區(qū)就成為了我國硼礦的主產(chǎn)區(qū)，占到國內(nèi)需求的90％以上。
目前，用硼礦作為原料生產(chǎn)硼砂的方法主要有加壓堿解法和碳堿法兩種。無論何種生產(chǎn)方式均會產(chǎn)生廢渣，也就是本發(fā)明中提到的硼泥。因為含硼礦石的產(chǎn)地及形成原因不同，所以各個硼砂廠家的硼泥化學(xué)組成也不盡相同。其中主要化學(xué)組成為MgO和SiO2，并含有一定量的Fe2O3、B2O3，以及少量的CaO、AL2O3等其它物質(zhì)。
菱鎂礦是一種碳酸鎂礦物，是目前世界上鎂元素的主要來源。未經(jīng)處理過的菱鎂礦并不具備太多的應(yīng)用價值，通常經(jīng)過高溫煅燒之后才可以使用。
世界上菱鎂礦資源最豐富的國家是朝鮮，其次是中國。大約每年世界產(chǎn)量的1/2由中國提供，因此在世界菱鎂礦市場上，我國占有舉足輕重的地位。我國菱鎂礦資源分布比較集中，其中遼寧地區(qū)儲量最為豐富，各種大小廠家也是星羅棋布。
將菱鎂礦經(jīng)過合適的溫度煅燒就可以得到輕燒氧化鎂，然后將之與硫酸進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過壓濾、結(jié)晶、烘干，最后得到含不同結(jié)晶水的硫酸鎂系列產(chǎn)品。但硫酸鎂生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)硫酸鎂的同時，也會產(chǎn)生含有氧化鎂和二氧化硅的廢渣，我們稱之為硫酸鎂廢渣。
同樣因為原料及處理方式的不同，各個硫酸鎂生產(chǎn)廠家所產(chǎn)生硫酸鎂生產(chǎn)廢渣的化學(xué)組成也不盡相同。其中主要化學(xué)成分為MgO、SiO2、MgSO4，同時還含有Ca、Fe、Mn、Zn等多種元素。
粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物，是煤炭燃燒后的剩余的固體物質(zhì)。大量的粉煤灰不予處理，就會污染環(huán)境和大氣，即使妥善處理后堆積也會占用有限土地資源。因為煤炭品質(zhì)的不同，所以粉煤灰的化學(xué)組成也不相同，主要包含SiO2、Fe2O3、CaO等。我們對粉煤灰的化學(xué)成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其中活性二氧化硅含量高達(dá)20％～28％，將之用于土壤改良，能起到非常好的作用。
將菱鎂礦煅燒需要燒煤，因此會產(chǎn)生粉煤灰。煅燒后得到輕燒氧化鎂用于制造硫酸鎂，因此會產(chǎn)生硫酸鎂生產(chǎn)廢渣。同時又因為遼東地區(qū)是我國的硼資源主產(chǎn)區(qū)，因此上述三種廢渣同時出現(xiàn)遼東地區(qū)。
硼泥、粉煤灰、硫酸鎂廢渣的大量堆積，既占用了有限的土地資源，又在一定程度上對環(huán)境構(gòu)成了威脅，甚至已經(jīng)嚴(yán)重污染了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境。雖然，目前已經(jīng)有很多人對這三種廢渣進(jìn)行了研究，更是根據(jù)每一種廢渣的特點(diǎn)加以處理，然后應(yīng)用于不同的領(lǐng)域。但將這三種廢渣處理并應(yīng)用到一起的研究和報道卻很少。尤其是將硫酸鎂廢渣與硼泥和粉煤灰一起進(jìn)行處理研究，并制造成產(chǎn)品的報道幾乎看不到。
如何實(shí)現(xiàn)硫酸鎂廢渣與硼泥和粉煤灰這三種固廢物的回收利用，變廢為寶，如何改善酸堿土壤和治理土壤板結(jié)，如何提高土壤的肥料利用率和土壤肥力，以及現(xiàn)有土壤改良劑存在的不具備崩解性，硬度低、易結(jié)塊，以及包裝、使用和交通運(yùn)輸中的粉塵污染等問題，均成為當(dāng)前必需解決的難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種含有硼泥的綜合性土壤改良劑，其是將硼泥、硫酸鎂生產(chǎn)廢渣和粉煤灰這三種廢棄物經(jīng)過綜合處理后的再利用；該土壤改良劑具備良好的崩解性能，能夠治理板結(jié)和酸化的土壤，提高肥料的利用率，增強(qiáng)肥力；不需要烘干，產(chǎn)品顆粒的平均硬度能夠達(dá)到90N以上，滿足飛機(jī)噴灑施肥時無粉塵污染要求，包裝、使用和交通運(yùn)輸更加方便。
為了解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種含有硼泥的綜合性土壤改良劑，包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料成份：原料A 40～45份、原料B 15～20份、氧化鋅2份、石灰石10～12份、腐植酸6份、強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑15～20份；其中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化處理后的產(chǎn)物；原料B，是硫酸鎂廢渣活化處理后的產(chǎn)物。
所述強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，是指無水硫酸鎂和無水醋酸鎂按照2:3的質(zhì)量份數(shù)比例，充分混合而得到的混合物。
本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種含有硼泥的綜合性土壤改良劑的制備工藝，其能夠?qū)⑴鹉?、硫酸鎂生產(chǎn)廢渣和粉煤灰等工業(yè)固廢物進(jìn)行綜合處理后再利用，并制造成土壤改良劑，該工藝簡單，設(shè)備投資少，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)出率高，生產(chǎn)成本低，所制造的顆粒硬度高，包裝、使用和交通運(yùn)輸無粉塵污染，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
為了解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
含有硼泥的綜合性土壤改良劑的制備工藝，包括以下工藝步驟：
(1)廢渣處理：包括硼泥和粉煤灰活化處理、硫酸鎂廢渣活化處理；其中：硼泥和粉煤灰活化處理后形成原料A；硫酸鎂廢渣活化處理后形成原料B；
(2)原料混合：按照以下質(zhì)量份數(shù)的比例進(jìn)行原料混合，形成原料C；
原料A 40～45份、原料B 15～20份、氧化鋅2份、石灰石10～12份、腐植酸6份、強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑15～20份；
(3)圓盤造粒：將原料C由絞籠輸送至圓盤中，噴液造粒，在造粒過程中伴有放熱現(xiàn)象，尺寸合格的顆粒經(jīng)過篩分后堆積熟化，顆粒硬度也明顯增加；造粒時所噴溶液為液體粘結(jié)劑。
所述步驟(1)中的硼泥和粉煤灰活化處理方法如下：將500kg硼泥投入到強(qiáng)制攪拌機(jī)中，并加入100kg水，開動攪拌后分批加入粉煤灰300kg，然后緩慢加入300～320kg濃硫酸；反應(yīng)過程劇烈、產(chǎn)生大量水汽，攪拌20～30分鐘后，將產(chǎn)物放出，堆放繼續(xù)熟化反應(yīng)；經(jīng)過24～48小時，即可進(jìn)行雷蒙粉碎處理，得到粉末產(chǎn)物，稱之為原料A。
所述步驟(1)中的硫酸鎂廢渣活化處理方法如下：將硫酸鎂廢渣500kg和50kg輕燒氧化鎂投入到強(qiáng)制攪拌機(jī)中，開動攪拌至攪拌均勻后，緩慢加入150kg濃硫酸；反應(yīng)過程劇烈、產(chǎn)生大量水汽，攪拌15～25分鐘后，將產(chǎn)物放出，將其堆放繼續(xù)熟化反應(yīng)；經(jīng)過36～48小時，即可進(jìn)行雷蒙粉碎處理，得到粉末產(chǎn)物，稱之為原料B。
所述步驟(2)中的強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，是無水硫酸鎂和無水醋酸鎂按照2:3的質(zhì)量份數(shù)比例，充分混合而得到的混合物。
所述步驟(3)中的液體粘結(jié)劑為2％濃度的羧甲基纖維素溶液，其用量為圓盤造粒所用粉末物料總量的10～15％。
還包括步驟(4)：使用生石灰進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的1％～2％。
還包括步驟(4)：噴涂植物油進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的0.3‰～1‰。
所述步驟(3)中，從顆粒堆積開始，需要3～5天，顆粒硬度即可達(dá)到40N以上，滿足于包裝、普通運(yùn)輸和普通使用要求。
所述步驟(3)中，從顆粒堆積開始，經(jīng)過8～12天，顆粒的平均硬度即可達(dá)到90N以上，滿足于飛機(jī)噴施肥料的硬度要求。
本發(fā)明所要解決的第三個技術(shù)問題是含有硼泥的綜合性土壤改良劑，在改良酸性土質(zhì)、治理易板結(jié)土壤結(jié)構(gòu)和肥料方面的應(yīng)用。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：
結(jié)合到硼元素對植物健康生長的重要性和全世界范圍內(nèi)土壤中硼元素的普遍缺乏，本發(fā)明的一大亮點(diǎn)是設(shè)計了一種將硼泥、硫酸鎂生產(chǎn)廢渣和粉煤灰這三種廢渣進(jìn)行綜合處理的工藝方法，能夠?qū)⑸鲜鋈N固廢物的價值充分利用起來，并制造成土壤改良劑，用以治理板結(jié)和酸化的土壤，實(shí)現(xiàn)了變廢為寶，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展。
本發(fā)明土壤改良劑除含有硼泥、硫酸鎂生產(chǎn)廢渣和粉煤灰這三種廢渣之外，同時還添加氧化鋅、輕燒氧化鎂、石灰石、腐植酸和強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑等成分。用本方法制造的土壤改良劑顆粒，含有水溶性氧化鎂和枸溶性氧化鎂，活性二氧化硅，水溶性硼、腐植酸等物質(zhì)，同時還含有S、Zn、Fe、Mn、C等元素。
其中，Mg是植物生長的“生命元素”。植物的生長和葉綠素的合成都離不開鎂元素，水溶性鎂和枸溶性鎂能夠分別在短期和長期對植物進(jìn)行鎂元素的供給，促進(jìn)植物健康生長。
Si是植物生長的必需元素。世界上已經(jīng)將硅肥作為氮磷鉀之后的第四大肥料。硅元素雖然以各種形態(tài)存在于土壤中，但能夠被植物高效吸收率用的活性硅卻非常少。本土壤改良劑中含有的活性硅能夠在一定程度上抑制病蟲害，提高植物的抗逆性，提高產(chǎn)量。
S是構(gòu)成蛋白質(zhì)和酶不可缺少的成分，含有硫的肥料可以促進(jìn)植物的呼吸作用，促進(jìn)葉綠素的形成。
Fe雖然在植物體內(nèi)含量甚微，但在植物生長發(fā)育中起著非常重要的作用。原因是肥料中的鐵，可以參與植物體內(nèi)各種具有生理性鐵蛋白的形成，具體表現(xiàn)在鐵能夠直接或間接參與光合、呼吸和固氮作用等。
B是植物生長所需的元素，它可以降低或抑制部分病蟲害的發(fā)生，同時促進(jìn)植物健康生長，提升作物產(chǎn)品的外觀和品質(zhì)。
Zn是植物生長促進(jìn)元素，缺鋅后植物會生長停滯，同時鋅還是植物體內(nèi)酶的金屬活化劑，能夠促進(jìn)光合作用中二氧化碳的固定，因此鋅對碳水化合物的形成非常重要。
Mn在植物體內(nèi)的功能很多，多數(shù)起到活化劑和類似催化劑的作用。植物如果缺錳，就是出現(xiàn)葉綠體膜結(jié)構(gòu)遭到破壞的狀況，最終出現(xiàn)失綠變黃的現(xiàn)象。
同時，本土壤改良劑中的堿性物質(zhì)，可以中和土壤中的活性酸和潛性酸，有效地降低酸性土壤的酸度；腐植酸可以減少土壤對可溶性磷肥的固定，從而提高磷肥利用率，增強(qiáng)肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明土壤改良劑的另外一大亮點(diǎn)就是經(jīng)過多次配方調(diào)整之后，向其中加入自己研制的強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，使得圓盤所造顆粒的硬度有所增加，不需要烘干，從顆粒堆積開始需要3～5天，顆粒硬度即可達(dá)到40N以上，滿足于包裝、普通運(yùn)輸和普通使用要求；經(jīng)過8～12天，顆粒的平均硬度即可達(dá)到90N以上，滿足于飛機(jī)噴施肥料的硬度要求。既降低了生產(chǎn)成本，又避免了包裝、使用和交通運(yùn)輸過程中肥料粉塵對環(huán)境的污染，因此適用范圍更廣，尤其適用于對肥料中粉塵比例要求高的客戶。
另外，為了防止肥料顆粒結(jié)塊，可以使用生石灰或者噴涂植物油進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理。
本發(fā)明所制造的土壤改良劑顆粒具備良好的崩解性能，其在水中崩解速度較快。其在水中的崩解性，經(jīng)過18個月之后，仍然非常良好。但隨著顆粒存放時間的增加，其在水中的崩解時間也相應(yīng)增加。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步地詳細(xì)說明：
1、廢渣處理
(1)原料檢測：原料檢測結(jié)果見表1。
表1：原料檢測結(jié)果
原料檢測是為了精確地獲得各原料中元素的種類和含量。依據(jù)不同配方中不同元素要求，來選用物料。依據(jù)配方要求和原料的已有元素，再選其他元素的物料。
從表1可以看出，硼泥、硫酸鎂廢渣和粉煤灰中都含有多種對作物生長有益的元素，包含前面介紹過的硅、鈣、鎂、硼、鋅、鐵、錳等。
說明：表1中硼泥、粉煤灰和硫酸鎂廢渣的檢測結(jié)果均為烘干后的檢測值，但100℃烘干2h的水分含量為未經(jīng)過烘干處理的檢測值。
(2)廢渣活化處理
硼泥和粉煤灰活化處理：將500kg硼泥投入到強(qiáng)制攪拌機(jī)中，并加入100kg水，開動攪拌后分批加入粉煤灰300kg，然后緩慢加入300～320kg濃硫酸。反應(yīng)過程劇烈、產(chǎn)生大量水汽，攪拌20～30分鐘后，將產(chǎn)物放出，堆放繼續(xù)熟化反應(yīng)。經(jīng)過24～48小時，即可進(jìn)行雷蒙粉碎處理，得到粉末產(chǎn)物，稱之為原料A。
硫酸鎂廢渣活化處理：將硫酸鎂廢渣500kg和50kg輕燒氧化鎂投入到強(qiáng)制攪拌機(jī)中，開動攪拌至攪拌均勻后，緩慢加入150kg濃硫酸。反應(yīng)過程劇烈、產(chǎn)生大量水汽，攪拌15～25分鐘后，將產(chǎn)物放出，將其堆放繼續(xù)熟化反應(yīng)。經(jīng)過36～48小時，即可進(jìn)行雷蒙粉碎處理，得到粉末產(chǎn)物，稱之為原料B。
2、原料混合
表2：各原料混合比例質(zhì)量份數(shù)表
表2中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化處理后的產(chǎn)物。原料B，是硫酸鎂廢渣活化處理后的產(chǎn)物。強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，是指無水硫酸鎂和無水醋酸鎂按照2:3的質(zhì)量份數(shù)比例，充分混合而得到的混合物。
將原料A、原料B、氧化鋅、石灰石、腐植酸和強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，按照表2中的比例加入到混料機(jī)中，進(jìn)行充分混合?；旌系木鶆虺潭葯z測采用“外加元素法”，即在混料機(jī)中加入一定量的含有其它元素的物質(zhì)，混合一段時間后，多點(diǎn)取樣并檢測該元素的含量。若混合均勻則各點(diǎn)的檢測值應(yīng)比較接近，否則，仍需繼續(xù)混合，直到混合均勻為止。通過對表2中所有原料進(jìn)行鉀元素含量檢測，發(fā)現(xiàn)其中的鉀元素含量均非常低，可以忽略，于是本發(fā)明中混料均勻程度的檢測采用的外加物質(zhì)是硫酸鉀。當(dāng)然也可以采用其它外加物質(zhì)?；旌暇鶆蚝蟮奈锪希Q之為原料C。
3、圓盤造粒
將原料C由絞籠輸送至圓盤中，噴液造粒，造粒過程中有放熱現(xiàn)象。尺寸合格的顆粒經(jīng)過篩分后堆積熟化，顆粒硬度也明顯增加。另外，尺寸不合格的顆粒數(shù)量很少，可以再返回到圓盤中重新造粒。
從顆粒堆積開始，需要3～5天，顆粒硬度即可達(dá)到40N以上，滿足于包裝、普通運(yùn)輸和普通使用要求。從顆粒堆積開始，經(jīng)過8～12天，顆粒的平均硬度即可達(dá)到90N以上，滿足于飛機(jī)噴施肥料的硬度要求。
為了提高成品顆粒的后期硬度，以便于交通運(yùn)輸，同時降低在運(yùn)輸及使用過程中的粉塵，圓盤造粒所選用的溶液為液體粘結(jié)劑。該液體粘結(jié)劑為2％濃度的羧甲基纖維素溶液，其用量為圓盤造粒所用粉末物料總量的10～15％。
4、防粘結(jié)處理
為了防止顆粒表面因粘結(jié)而結(jié)塊，可以使用生石灰進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的1％～2％；也可以噴涂植物油進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的0.3‰～1‰。
此外，按照本發(fā)明的工藝步驟所制造的顆粒，在水中崩解速度較快。具體崩解時間見表3。
表3：顆粒在水中崩解時間表
注：肥料顆粒崩解是指將肥料顆粒放入水中，其在重力、溶解、膨脹等單個或多種因素作用下，在水中松軟散開的現(xiàn)象。若肥料顆粒在水中無法松軟散開，則不具備崩解性能，可能會因此而影響其使用效果。
從表3可以看出，按照本發(fā)明工藝步驟所制造的顆粒具備良好的崩解性能，其在水中的崩解性，經(jīng)過18個月之后，仍然非常良好。隨著顆粒存放時間的增加，其在水中的崩解時間也相應(yīng)增加。而目前市面上銷售的同類產(chǎn)品，大多不具備崩解性。
實(shí)施例1
(1)原料混合
將原料A、原料B、氧化鋅、石灰石、腐植酸和強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，按照表4中的比例加入到混料機(jī)中，混合至均勻。
表4：實(shí)施例1的原料比例質(zhì)量份數(shù)表
表4中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化處理后的產(chǎn)物。原料B，是硫酸鎂廢渣活化處理后的產(chǎn)物。強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，是指無水硫酸鎂和無水醋酸鎂按照2:3的質(zhì)量份數(shù)比例，充分混合而得到的混合物。
(2)圓盤造粒
將混合均勻的原料由絞籠輸送至圓盤中，噴液造粒。經(jīng)過12天，顆粒的平均硬度達(dá)到90N，滿足于飛機(jī)噴施肥料的硬度要求。
圓盤造粒所用溶液為2％濃度的羧甲基纖維素溶液，其用量為圓盤造粒所用粉末物料總量的10～15％。
(3)防粘結(jié)處理
為了防止顆粒表面因粘結(jié)而結(jié)塊，可以使用生石灰進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的1％～2％；也可以噴涂植物油進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的0.3‰～1‰。
實(shí)施例2
(1)原料混合
將原料A、原料B、氧化鋅、石灰石、腐植酸和強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，按照表5中的比例加入到混料機(jī)中，混合至均勻。
表5：實(shí)施例2的原料比例質(zhì)量份數(shù)表
表5中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化處理后的產(chǎn)物。原料B，是硫酸鎂廢渣活化處理后的產(chǎn)物。強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，是指無水硫酸鎂和無水醋酸鎂按照2:3的質(zhì)量份數(shù)比例，充分混合而得到的混合物。
(2)圓盤造粒
將混合均勻的原料由絞籠輸送至圓盤中，噴液造粒。經(jīng)過8天，顆粒的平均硬度達(dá)到95N，滿足于飛機(jī)噴施肥料的硬度要求。
圓盤造粒所用溶液為2％濃度的羧甲基纖維素溶液，其用量為圓盤造粒所用粉末物料總量的10～15％。
(3)防粘結(jié)處理
為了防止顆粒表面因粘結(jié)而結(jié)塊，可以使用生石灰進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的1％～2％；也可以噴涂植物油進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的0.3‰～1‰。
實(shí)施例3
(1)原料混合
將原料A、原料B、氧化鋅、石灰石、腐植酸和強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，按照表6中的比例加入到混料機(jī)中，混合至均勻。
表6：實(shí)施例3的原料比例質(zhì)量份數(shù)表
表6中：原料A，是硼泥和粉煤灰活化處理后的產(chǎn)物。原料B，是硫酸鎂廢渣活化處理后的產(chǎn)物。強(qiáng)效顆粒粘結(jié)劑，是指無水硫酸鎂和無水醋酸鎂按照2:3的質(zhì)量份數(shù)比例，充分混合而得到的混合物。
(2)圓盤造粒
將混合均勻的原料由絞籠輸送至圓盤中，噴液造粒。經(jīng)過11天，顆粒的平均硬度達(dá)到90N，滿足于飛機(jī)噴施肥料的硬度要求。
圓盤造粒所用溶液為2％濃度的羧甲基纖維素溶液，其用量為圓盤造粒所用粉末物料總量的10～15％。
(3)防粘結(jié)處理
為了防止顆粒表面因粘結(jié)而結(jié)塊，可以使用生石灰進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的1％～2％；也可以噴涂植物油進(jìn)行顆粒表面防粘結(jié)處理，其用量為成品顆粒量的0.3‰～1‰。