一种利用磷石膏和硫铁矿生产酸性土壤调理剂的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用磷石膏和硫铁矿生产酸性土壤调理剂的方法，将硫铁矿和煤炭块粉碎，与磷石膏滤饼进行有效的混合，加入煅烧窑中，通入过热蒸汽，进行磷石膏还原分解并脱除氟化物，固体产物加入腐植酸、柠檬酸、草木灰等，进行混合粉碎，造粒后获得酸性土壤的调理剂。本方法克服了磷石膏作为土壤调理剂使用的pH低、含氟高等重大弊端，获得用于酸性土壤的调理剂的同时，实现硫钙资源的高效利用，为磷石膏固体废弃物的综合利用提供一条新的途径。石膏固体废弃物的综合利用提供一条新的途径。石膏固体废弃物的综合利用提供一条新的途径。

【技术实现步骤摘要】
一种利用磷石膏和硫铁矿生产酸性土壤调理剂的方法


[0001]本专利技术属于含磷固体废弃物资源化领域，涉及一种利用磷石膏和硫铁矿生产酸性土壤调理剂的方法。

技术介绍

[0002]中国酸性土壤面积达203万km2，占中国耕地总量的21％，已成为限制土壤中农作物生长的主要因素。中国南方地区的土壤类型以砖红土和紫色土为主，多数为酸性土壤，其中超过60％的土壤被严重酸化(pH<5.5)。南方土壤重金属污染程度在全国重金属污染中尤为严峻，其中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn超标率居高不下，原因包括：(1)我国的重金属矿区主要分布在南方，重金属的开采冶炼等产生的废弃物中含有大量重金属，如镉矿主要分布于南方地区，且南方典型的红壤相比于黄棕壤和黑土对Cr吸附能力最强，故我国南部镉污染远远高于北部；(2)南北地区土壤类型和成土母质存在着差异，土壤中Ni、Pb、Zn等重金属含量表现出南高北低的现象与南方土壤的高背景值密切相关，南方的大气沉降带来的重金属也高于北方；(3)工业生产和人们的日常生活排放的废弃物也会造成工业区附近土地和近郊耕地的重金属污染；(4)在进行农业生产时一味的追求产量，农药和化肥的无节制施用，其中绝大多数未被作物利用的部分在土壤中累积，使用含超标重金属的污水进行灌溉，也造成了土壤中重金属含量超标。
[0003]目前，最高效的土壤改良方式是直接加入土壤调理剂，利用其对重金属的吸附和沉淀等作用，将土壤中重金属容易被作物吸收和迁移的活跃状态钝化为稳定状态的沉淀或离子来改变其生物有效性和迁移性。目前常用的土壤调理剂剂主要有石灰、磷酸盐、有机质和一些大宗的工业固废等，如赤泥、磷石膏、脱硫石膏、白云石尾矿等，重金属离子在南方酸性较强的土壤环境下状态活跃，研究证明，加入石灰、硫化钙等碱性土壤改良剂提高其pH值，对应植物中的Cd、Cr、Ni等重金属元素均有下降。
[0004]湿法磷酸副产的磷石膏为灰色或白色的粉状颗粒物，主要成分是CaSO4·
2H2O，富含钙和硫两种土壤营养元素，其杂质种类较多，有游离磷酸、P2O5、磷酸盐，酸性不溶物、氟化物、碱金属盐、有机物及SiO2等，其中的磷、硅、钾、锰等也是土壤所需的营养物质，可以促进农作物生长，提高作物产量和抗病旱能力等，磷石膏呈酸性，其pH值在1.5
‑
4.5之间，可用于改善土壤的结构、降低盐分含量，尤其是盐碱地，具有明显的效果。磷石膏中存在一定量的游离Ca
2+
，它和碱性土壤中的CO
32
‑
、HCO3‑
反应生成CaCO3、Ca(HCO3)2沉淀，降低土壤碱性，改善土壤板结，减少了碳酸盐对于农作物的危害。其中CN 113502164A(一种利用脱硫石膏和磷石膏与钾矿石生产矿物质土壤调理剂的方法与产品)将脱硫石膏和磷石膏与钾矿石及添加剂、水，通过物料混合、过滤、烘干、煅烧、冷却、粉碎步骤，制备出矿物质土壤调理剂中间体；然后加入硫酸锌、亚硒酸钠和硼砂，并加入水一起充分搅拌，再进行造粒，颗粒经烘干后即得到一种矿物质土壤调理剂。CN 113337295B公开一种利用大宗工业固废生产土壤调理剂的方法及产品，所述方法包括：采用制碱白泥、脱硫石膏、磷石膏、钾矿石、添加剂和水，通过物料混合、烘干、焙烧、冷却、粉碎步骤，制备出活性矿物质土壤调理剂中间体；然后加入
黄腐殖酸钾、硫酸锌、硫酸铁、亚硒酸钠和硼砂辅料，并加入水一起搅拌，进行混合料的造粒、烘干和包装，即为一种矿物质土壤调理剂。产品对于酸性土壤的改良、防止土壤板结、补充缺失的土壤矿物质都具有很好的效果和促进功能。我国颁布了《HG/T 4219
‑
2011磷石膏土壤调理剂》标准，力图扩大磷石膏在土壤改良调理方面的应用规模。但是，磷石膏虽能改良土壤或制成肥料补充土壤营养元素，还存在着诸多问题：(1)磷石膏酸性较强，普遍在在1.5
‑
4.5，改善盐碱土有优势，但对南方酸性土壤则效果不理想，可能产生反作用，而磷石膏产地基本在四川、云南和湖北等南方地区，运输问题极为突出；(2)磷石膏含有0.2
‑
0.5％的氟，大部分为不溶性氟外，也存在着水溶性氟，一旦进入土壤，会造成巨大的危害；(3)一些磷石膏中含有铀
‑
238、镭
‑
226、钍
‑
232、钾
‑
40等放射性核素，虽然我国磷石膏的放射性不高，但不同产地放射性核素种类及含量不同，值得重视，需要进行放射性消减处理步骤，否则进入土壤，后患无穷。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种利用磷石膏和硫铁矿生产酸性土壤调理剂的方法，该方法是以硫铁矿和焦炭、煤炭粉作为还原剂，在水蒸汽的气氛下，将一部分磷石膏低温还原为硫化钙。借助高温煅烧环境，使磷石膏的放射性被消减，过热水蒸汽产生的羟基自由基会将磷石膏中的氟进行消除，气相产出的氟化氢得以回收，获得的固体产物为硫化钙、氧化钙、含磷石膏、氧化铁等混合物，具有一定的碱性，再复配腐殖酸、柠檬酸、草木灰等，可以获得酸性土壤的土壤调理剂。本方法制取的土壤调理剂为碱性物质，富含硫化物，对土壤中已有的重金属，如镉、铬等有毒污染物进行硫化物有效固定，配合氧化铁、腐殖酸、柠檬酸、草木灰等，可同时调节pH值并为土壤提供营养物质和吸附固定重金属的能力；本方法利用水蒸汽与高温煅烧，实现了磷石膏中氟离子的脱除；经过高温的过程，使得磷石膏放射性大幅度降低，同时实现硫钙资源的高效利用，为磷石膏这一大宗固体废弃物的综合利用提供一条新的途径。
[0006]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种利用磷石膏和硫铁矿生产酸性土壤调理剂的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将硫铁矿和煤炭块分别进行粉碎，与磷石膏滤饼在破碎混合机里进行有效的混合，获得一个混合物；(2)将步骤(1)获得的混合物加入煅烧窑中，通入过热蒸汽，窑炉的煅烧温度为900到1000℃，进行磷石膏还原分解。
[0007](3)步骤(2)还原分解的气相富含有氟化氢，利用水吸收其中的氟化氢回收，其中气相含有一定的二氧化硫，加入石灰进行脱硫，最终尾气达标排放。
[0008](4)将步骤(2)煅烧获得的固体产物加入腐植酸、柠檬酸、草木灰等，进行混合粉碎，然后进行造粒，获得酸性土壤的调理剂。
[0009]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述的将硫铁矿和煤炭块分别进行粉碎，与磷石膏滤饼在破碎混合机里进行有效的混合。
[0010]优选地，步骤(1)所述硫铁矿：煤炭粉末：磷石膏滤饼的比例为1
‑
3份：1
‑
3份：4
‑
8份。
[0011]优选地，步骤(1)所述硫铁矿有效硫为30
‑
35wt％，粉碎至
‑
100目以下。
[0012]优选地，步骤(1)所述煤炭的灰分为10
‑
15wt％，粉碎至
‑
100目以下。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用磷石膏和硫铁矿生产酸性土壤调理剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）将硫铁矿和煤炭块分别进行粉碎，与磷石膏滤饼在破碎混合机里进行有效的混合，获得一个混合物；（2）将步骤（1）获得的混合物加入煅烧窑中，通入过热蒸汽后再在窑炉内煅烧，进行磷石膏还原分解，得到酸性土壤调理剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的将硫铁矿和煤炭块分别进行粉碎，与磷石膏滤饼在破碎混合机里进行有效的混合；步骤（1）所述硫铁矿：煤炭粉末：磷石膏滤饼的比例为1
‑
3：1
‑
3：4
‑
8；步骤（1）所述硫铁矿有效硫为30
‑
35wt%，粉碎至
‑
100目以下；步骤（1）所述煤炭块的灰分为10
‑
15wt%，粉碎至
‑
100目以下；步骤（1）所述磷石膏滤饼的含水量30
‑
35wt%，氟含量0.3
‑
0.5wt%。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述的过热蒸汽温度500
‑
600℃，压力为微正压5
‑
10kpa；步骤（2）所述的煅烧窑包括流化床、或回转窑的煅烧设备，煅烧温度为900
‑
1000℃；优选地，步骤（2）所述的分解反应时间为60
‑
120min。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述进行还原分解后得到气相，所述气相中含有HF、SO2；所述的气相中含有HF含量1000
‑
2000 ppm，脱除后的烟气中HF含量低于5ppm；所述的气相中含有SO2含量2000
‑
4000 ppm，脱除后的烟气中SO2含量低于30ppm；气相利用水吸收其中的氟化氢，二氧化硫用石灰吸收脱除。5.一种酸性土壤调理剂，其特征在于，采用权利要求1
‑
4任一方法所述制备得到的。6.根据权利要求5所述的酸性土壤调理剂，其特征在于，酸性土壤调理剂的成分中包括如下组分：硫化钙40
‑
50wt%；氧化钙5
‑
10wt%，氧化铁5
‑
10wt%；石膏40
‑
50wt%，二氧化硅2
‑
5wt%，氟含量降低至0.005wt%，无水溶性氟。7.一种酸性土壤调理剂组合物，其特征在于，所述的酸性土壤调理剂组合物包括采用权利要求1
‑
4任一方法所述制备得到的酸性土壤调理剂、腐植酸、柠檬酸、草木灰；并将酸性土壤调理剂、腐植酸、柠檬酸、草木灰进行混合粉碎，然后进行造粒，获得酸性土壤的调理剂。8.根据权利要求7所述的酸性土壤调理剂组合物，其特征在于，所述组合物中，所述腐殖酸占酸性土壤调理剂质量的10
‑
20 %；所述柠檬酸占酸性土壤调理剂质量的2
‑
5%；所述草木灰占酸性土壤调理剂质量的2
‑
5%。9.一种酸性土壤调理剂或酸性土壤调理...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨刚，王云山，安学斌，肖炘，
申请(专利权)人：湖北三峡实验室，
类型：发明
国别省市：