一种基于粉煤灰的土壤保水调理剂及其制备和使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于粉煤灰的土壤保水调理剂及其制备和使用方法，它是由1重量份粉煤灰煅烧熟料和0.3‑0.5重量份两种以上可以平衡土壤中的氮、磷、钾及各种微量元素的辅料物料混合而成的。在高温焙烧下，对粉煤灰硅酸盐玻璃网络结构具有直接的破坏作用，将网络高聚体转变成低聚体，粉煤灰煅烧后颗粒变得多孔，呈蓬松态，提高了粉煤灰的吸附性能，低聚体经水化作用，形成大量的亲水活性基团，使低聚体具有很强的吸水能力、螯合能力。当环境呈现富水时，低聚体呈现出吸水能力，且保持稳定态；当环境呈现贫水时，活性基团间的单键力仍保持其亲和状态，只有当作物根系需要吸收水分时，根系的吸附力大于单键力，低聚体才释放出作物所需水分。

A kind of soil water holding Conditioner Based on fly ash and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种基于粉煤灰的土壤保水调理剂及其制备和使用方法
本专利技术属于农业抗旱保水领域，尤其是土壤保水调理剂，具体说是利用粉煤灰制备的土壤保水调理剂。
技术介绍
由于我们国家受季风气候、地形和全球气候变暖的共同影响，我国的西北部地区的农作区的自然降水越来越少，西北部地区的农业干旱也越来越严重，这一地区的农业生产因此遇到越来越严重的挑战，短时间内很难改变这一现状，立足于现有种植的作物，保证其产量和质量成为当地农业和气象部门等研究热点。农业干旱研究使用保水剂是一个很好的解决方案，在保水剂的研究方面过去大都有用高分子材料，但是对土壤有影响，加上成本过高，推广受限；国内外学者开始研究其他的代替物。在自然条件下，土壤保水剂可以保存较多的雨水，改善作物生育环境，提高产量；保水剂施入土壤后吸水率增加，土体膨胀、容重减低，空隙度增加，在液相增加的同时，固相和气相减少。在不接受外来水源条件下，保水剂可以提高作物保苗率。我国自上世纪80年代开始研究保水剂，大都以高岭土、石膏、石英和高分子化学物质为主。上世纪70年代中国科学院化学所提出的离子交换法对风化煤的黄腐酸的提取也实现了工业化生产。国内外有学者利用粉煤灰制造土壤调理剂的，为粉煤灰的利用提供新思路；粉煤灰在我国西北地区量大、污染环境，过去一直没有得到有效的利用。主要原因是粉煤灰的活化工艺存在问题，导致粉煤灰熟料在农业生产上的应用效果差。粉煤灰是电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末。粉煤灰不包括以下情形：①和煤一起煅烧城市垃圾或其他废物时；②在焚烧炉中煅烧工业或城市垃圾时；③循环流化床锅炉燃烧收集的粉末。我国火电厂粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2、MgO、K2O、Na2O、SO3、MnO2等，此外还有P2O5等。其中氧化硅、氧化钛来自黏土，岩页；氧化铁主要来自黄铁矿；氧化镁和氧化钙来自与其相应的碳酸盐和硫酸盐。由于煤的灰量变化范围很广，而且这一变化不仅发生在来自世界各地或同一地区不同煤层的煤中，甚至也发生在同一煤矿不同的部分的煤中。因此，构成粉煤灰的具体化学成分含量，也因煤的产地、煤的燃烧方式和程度等不同而有所不同。中国作为粉煤灰生产的大国，据国际环保组织“绿色和平”在北京发布的《2010中国粉煤灰调查报告》指出，粉煤灰已经成为我国工业固体排放量最大的单体污染废弃料，2012年我国粉煤灰堆存量超过10亿吨。预计到2020年，我国粉煤灰的综合利用回收率实际情况在30％以下，大部分粉煤灰都在储灰场露天存放且规模巨大，同时还产生了多方面的环境破坏和社会政治问题，据统计，现在中国每年产生粉煤灰6亿吨，只有50％被利用，全国库存累计为30亿吨，每年以3亿吨的速度在增加，因此，粉煤灰对环境和社会政治影响的负面作用亟待解决。以前，粉煤灰的利用，国内主要是作为建筑材料、筑路工程、填充材料、耐火材料等低端用途，随着环保对建筑材料的要求加上房地产建设的逐步降温，粉煤灰的利用量呈现显著的下降。特别是我国西部地区的粉煤灰的利用量少，产生量大，环境保护压力很大；国外粉煤灰的利用主要是农业和生态应用，例如荷兰等国家，用粉煤灰制造改良土壤、制作磁化肥、微生物复合肥、农药等高附加值的产品。2019年4月26日，中国化工企业管理协会发布T/CCEMA0001-2019《土壤保水·调理剂(粉煤灰基)》团体标准，实现了“土壤保水·调理剂(粉煤灰基)”生产有标可依、有标可检、有标可判。确定了本行业的发展方向，说明粉煤灰在我国的农业上利用的技术上是可行的。现有的粉煤灰利用是中科院，其主要生产方法是水热活化法工艺，实验报道起到土壤保水的效果，在我国西部地区的马铃薯种植过程中发挥了一定作用，但是粉煤灰活化水热法的缺陷是，工程化投资巨大、工艺流程长，生产成本高，水热转化工艺时间长(6-8小时)，因而不利于我国粉煤灰利用过程中的大面积生产应用和推广。
技术实现思路
为了克服现有利用活化水热法制备粉煤灰土壤保水剂因投资大和工艺流程长导致成本高的技术缺陷，本专利技术提供一种利用煅烧工艺制备的基于粉煤灰的土壤保水调理剂。本专利技术同时提供这种土壤保水调理剂的制备方法和使用方法。一种基于粉煤灰的土壤保水调理剂，其特征在于，它是由1重量份粉煤灰煅烧熟料和0.3-0.5重量份两种以上可以平衡土壤中的氮、磷、钾及各种微量元素的辅料物料混合而成的；进一步：所述的粉煤灰煅烧熟料，是由粉煤灰、碳酸钙和碳酸钠按照1：(0.7～0.95)：0.1～0.45质量比在550～950℃煅烧而成的。进一步，所述的辅料物料包括0.15-0.25重量份腐殖土和0.15-0.25重量份的腐殖酸。本专利技术基于粉煤灰的土壤保水调理剂的制备方法为：第一步：粉煤灰煅烧按照粉煤灰生料：碳酸钙：碳酸钠＝1：0.7～0.95：0.1～0.45(质量比)混合三种原料，用搅拌器充分混合后预热至260℃--280℃，要求预热后的粉煤灰水分达到13％-13.5％，然后在密闭环境下经550℃～950℃煅烧60-90分钟，冷却即可。第二步，配置土壤保水调理剂将煅烧后的粉煤灰粉磨到5-50um，按照粉煤灰熟料、腐殖土和腐殖酸＝1：0.15-0.25：0.15-0.25质量比取三种物料均匀混合既得土壤保水调理剂。本专利技术保水调理剂使用方法是：使用时，在作物播种前，撒施土壤表面，根据土壤0-30cm土层的土壤含水量实际情况，每亩使用量30-50kg，再浅耕；或者在作物生长期间，根据天气和土壤墒情的变化情况，依据作物生长发育阶段对土壤水分的要求，使用本专利技术的土壤保水调理剂，作为追施，每亩使用量30-50kg，追施的方法是在作物的行间，靠近作物根部8-10cm，开沟，沟的深度5-10cm，把土壤保水剂施入沟中，再埋上土并用农具压实。使用时注意，土壤过于干旱和大雨前后，不要进行。下面根据反应机理和作用机理说明本专利技术说的优点。1、本专利技术通过低温煅烧粉煤灰、碳酸钙和碳酸钠三种物料，在煅烧过程中，粉煤灰的活性被激发，活化机理是：粉煤灰本身具有一定的吸水作用，粉煤灰粒子主要是以球状壳体形式存在的，壳体是以SiO2为主要成分的石英和莫来石组成，CaCO3、Na2CO3与粉煤灰主要成分SiO2在高温条件下作用，激发活化生成3CaOSiO2、Na2SiO3,与Al2O3反应3CaOAl2O3等复杂的反应产物，再进一步生成多孔性的物质。改变粉煤灰的活性关键是使Si-O和Al-O键断裂，在高温焙烧情况下，Si-O-Al网络高聚体的聚合度降低，颗粒表面的Si-O和Al-O键作用力减弱，且易断裂，随着温度的提高，Si-O和Al-O键的破坏作用也逐渐增强。在高温焙烧下，CaCO3、Na2CO3与粉煤灰作用，对粉煤灰硅酸盐玻璃网络结构具有直接的破坏作用，将网络高聚体转变成低聚体，粉煤灰颗粒变得多孔，呈蓬松态，比表面积增大，提高了粉煤灰的吸附性能。低聚体经水化作用，形成大量的亲水活性基团(-OH)，使低聚体具有很强的吸水能力、螯合能力。当环境呈现富水时，低聚体呈现出吸水能力，且保持稳定态；当环境呈现贫水时，活性基团间的单键力仍保持其亲和状态，只有当作物根系需要吸收水分时，根系的吸附力大于单键力，低聚体才释放出作物所需水分。本煅烧工艺制取的粉煤灰保水剂，可反复实现吸水、释水的功能。煅烧过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粉煤灰的土壤保水调理剂，其特征在于，它是由1重量份粉煤灰煅烧熟料和0.3‑0.5重量份两种以上可以平衡土壤中的氮、磷、钾及各种微量元素的辅料物料混合而成的。

【技术特征摘要】
1.一种基于粉煤灰的土壤保水调理剂，其特征在于，它是由1重量份粉煤灰煅烧熟料和0.3-0.5重量份两种以上可以平衡土壤中的氮、磷、钾及各种微量元素的辅料物料混合而成的。2.如权利要求1所述的基于粉煤灰的土壤保水调理剂，其特征在于，所述的粉煤灰煅烧熟料，是由粉煤灰、碳酸钙和碳酸钠按照1：(0.7～0.95)：0.1～0.45质量比在550～950℃煅烧而成的。3.如权利要求1所述的基于粉煤灰的土壤保水调理剂，其特征在于，所述的辅料物料包括0.15-0.25重量份腐殖土和0.15-0.25重量份的腐殖酸。4.一种如权利要求1-3任一所述的基于粉煤灰的土壤保水调理剂的制备方法，其特征在于，步骤为：第一步：粉煤灰煅烧按照粉煤灰生料：碳酸钙：碳酸钠＝1：0.7～0.95：0.1～0.45(质量比)混合三种原料，用搅拌器充分混合后预...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建森，毕建杰，冯永来，刘冰，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37