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一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料及其制备方法

  • 国知局
  • 2024-06-20 13:50:42

本发明涉及土壤修复领域,具体是用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料。

背景技术:

1、土壤是人类、动植物和微生物赖以生存的物质基础,工业的迅速发展对土壤造成了严重的重金属污染,重金属在环境中容易富集,难以降解,对人类的健康造成重大威胁;由于钢渣水化活性低、稳定性差、重金属含量高、碱度大等缺点限制了钢渣的利用率,未处理的钢渣会占用土地、污染环境,为此探索出钢渣资源化利用的新方法迫在眉睫。

2、国内钢渣基修复材料用于土壤修复与改良的技术正处于应用推广阶段,主要用于酸性土壤的修复与改良,钢渣基修复材料的作用机理是早期提供高碱度环境,对土壤进行络合离子交换;中期碱度降低,对土壤的离子交换作用减弱、凝胶固化作用增强;后期形成大量c-s-h凝胶,对土壤进行包裹,进一步增强凝胶固化。由于钢渣的高碱性,在弱酸或偏中性土中并不适用,同时硅、钙、钾、磷等微量元素浸出率也比较低。如何逐步拓展本技术在其他种类土壤的应用,仍需要进一步开展机理研究。

技术实现思路

1、为解决上述问题,即解决上述背景技术提出的问题,本发明提出了一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,包括以下步骤:

2、s1:对材料进行预处理,将钢渣放入球磨机中粉磨,粉磨后将钢渣过标准筛后磁选保存;

3、s2:对钢渣中的重金属进行无害化处理与碳化,取粉磨好的钢渣于还原剂溶液中加热还原2~4小时,钢渣与还原剂的比例为(50~100):1,加热温度为45-85℃,搅拌器转速为300r/min;

4、s3:肥料化改性,将钢渣与含钾化合物混合物在含氧气氛下,焙烧得到高温改性钢渣,所述含钾化合物重量份为1-7份(,优选为1-5份,更优选为1-3份),焙烧后二次粉磨后过筛保存。

5、s4:压力差结构改性,s3处理后的钢渣微粉放于高压装置中进行压力差结构改性,所述高压装置为两端进气、中间泄压,所述高压装置加压气体为二氧化碳,通气时先一端通入水蒸气润湿,然后关闭,在另一端通入二氧化碳至预定压力。结构改性的同时达到碳化降低碱性的目的,进行湿法碳化。

6、s5:加入缓冲剂,混合均匀即可得到所述钢渣基重金属污染土壤改良缓释复合肥料,经过s4处理后的钢渣混合物与缓冲剂的比例为(50~200):1。

7、本发明的进一步设置为:所述钢渣为高炉钢渣、转炉钢渣或电炉钢渣。

8、本发明的进一步设置为:所述步骤s1中材料预处理的钢渣粉磨时间大于6min且小于20min,钢渣过筛标准范围为50~200目。

9、本发明的进一步设置为:所述步骤s2中钢渣无害化处理还原剂为二价铁盐和亚硫酸盐中的一种或组合,(更优选为硫酸亚铁、硝酸亚铁、碳酸亚铁、氯化亚铁和亚硫酸钠中的一种或几种,如硫酸亚铁。)所述钢渣重量份为60-160份,(优选为80-140份,更优选为100-120份,)所述还原剂重量份为0.5-5份(,优选为1-3份),所述水的重量份为2500-5200份(,优选为3000-4700份,更优选为3500-4200份。)所述加热温度优选为55-80℃。

10、本发明的进一步设置为:所述步骤s3中所述含钾化合物选自钾盐、氢氧化钾和有机钾中的一种或组合(,优选为碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钾和非硫、氮有机钾中的一种或几种,更优选为碳酸钾、碳酸氢钾和氢氧化钾中的一种或几种,如碳酸钾、碳酸氢钾),所述肥料化改性的焙烧温度为1200~1400℃,保温时间30~60min。

11、本发明的进一步设置为:所述步骤s4中压力差结构改性处理为通入高温水蒸气后至0.5-2mpa(优选为1-1.5mpa),并将co2加压至6-16mpa(,优选为7-14mpa,更优选为8-12mpa),保压时间为18-30h(,优选为20-28h,更优选为22-26h),所述co2气体浓度优选为99%。

12、本发明的进一步设置为:步骤s5中加入的缓冲剂为草酸、苹果酸、柠檬酸中的至少一种,且质量在总质量的1~2%。

13、一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料,采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备而成,所述处理后的钢渣重量份为60-160份,所述缓冲剂的重量份为0.5-7份。

14、本发明的进一步设置为:所述钢渣更优选为100-120份,所述缓冲剂的重量份更优选为0.5-3份。

15、一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的应用,用于改良重金属污染的土壤时,其质量分数为1-40wt%(,优选为3-20wt%,更优选为5-10wt%)。

16、本发明具备以下有益效果:本发明采用钢渣体系对重金属进行吸附固化,利用湿法碳化的手段大幅减低钢渣的碱性,加大改良土壤的适用范围,通过高温复合提高钢渣的养分,并且在本工艺中,将钾盐颗粒添加如熔融炉渣中,可以使得作为熔融炉渣主要成分的二氧化硅与钾盐复合得到硅酸钾,再加上原本钢渣中富含的磷元素,制备得p、k复合肥;并且由于硅酸钾比常规速效化学肥料如氯化钾、硫酸钾和尿素释放地更慢,本产品可以持续改善土壤环境;使用压力差对钢渣混合物结构改性大大提高养分的浸出能力,制备工艺相对简单,效果显著,本发明与现有技术相比,本发明一方面可以有效固化污染土中的重金属,另一方面可以调节土壤ph,利用其中的p、k、mg等对植物生长有益的元素改善土壤的理化性质,具有大的比表面、适宜的孔结构及表面结构,对重金属有强烈的吸附能力,同时肥料中具有的有益元素与弱碱性可以调节土壤理化性质,是一种长期缓释持续改良的肥料。

技术特征:

1.一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:

2.如权利要求1所述的一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,其特征在于:所述钢渣为高炉钢渣、转炉钢渣或电炉钢渣。

3.如权利要求1所述的一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,其特征在于:所述步骤s1中材料预处理的钢渣粉磨时间大于6min且小于20min,钢渣过筛标准范围为50~200目。

4.如权利要求1所述的一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,其特征在于:所述步骤s2中钢渣无害化处理还原剂为二价铁盐和亚硫酸盐中的一种或组合,(更优选为硫酸亚铁、硝酸亚铁、碳酸亚铁、氯化亚铁和亚硫酸钠中的一种或几种,如硫酸亚铁。)所述钢渣重量份为60-160份,(优选为80-140份,更优选为100-120份,)所述还原剂重量份为0.5-5份(,优选为1-3份),所述水的重量份为2500-5200份(,优选为3000-4700份,更优选为3500-4200份。)所述加热温度优选为55-80℃。

5.如权利要求1所述的一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,其特征在于:所述步骤s3中所述含钾化合物选自钾盐、氢氧化钾和有机钾中的一种或组合,(优选为碳酸钾、碳酸氢钾、氢氧化钾和非硫、氮有机钾中的一种或几种,更优选为碳酸钾、碳酸氢钾和氢氧化钾中的一种或几种,如碳酸钾、碳酸氢钾),所述肥料化改性的焙烧温度为1200~1400℃,保温时间30~60min。

6.如权利要求1所述的一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,其特征在于:所述步骤s4中压力差结构改性处理为通入高温水蒸气后至0.5-2mpa(优选为1-1.5mpa),并将co2加压至6-16mpa(,优选为7-14mpa,更优选为8-12mpa),保压时间为18-30h(,优选为20-28h,更优选为22-26h),所述co2气体浓度优选为99%。

7.如权利要求1所述的一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的制备方法,其特征在于:步骤s5中加入的缓冲剂为草酸、苹果酸、柠檬酸中的至少一种,且质量在总质量的1~2%。

8.一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料,其特征在于:采用如权利要求1-7任一项所述的方法制备而成,所述处理后的钢渣重量份为60-160份,所述缓冲剂的重量份为0.5-7份。

9.如权利要求8所述的一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料,其特征在于:所述钢渣更优选为100-120份,所述缓冲剂的重量份更优选为0.5-3份。

10.一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料的应用,用于改良重金属污染的土壤时,其特征在于:其质量分数为1-40wt%(更优选为5-10wt%)。

技术总结本发明公开了一种用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料及其制备方法,首先将钢渣放入球磨机中,过筛选取合适粒径进行磁选;取磁选后的钢渣于容器中,加入足量的去离子水和适量的还原剂后,放置于磁力搅拌器下加热搅拌进行钢渣重金属无害化处理;再加入碳酸钾,将钢渣混合物放于马弗炉中进行高温改性;改性后的钢渣二次粉磨后放于高压蒸汽锅中进行压力差结构改性,结构改性的同时通入CO<subgt;2</subgt;碳化,再加入一定量的缓冲剂即得到用于重金属污染土改良的钢渣基缓释复合肥料。本发明可以持续有效改善土壤环境,加大改良土壤的适用范围,实现钢渣的资源化利用,通过高温复合提高钢渣的养分,使用压力差对钢渣混合物结构改性大大提高养分的浸出能力。技术研发人员:吴丽梅,马俊亮,刘德楼,潘文浩,唐宁,朱相国,李惠敏,高杰,朱广帅受保护的技术使用者:沈阳建筑大学技术研发日:技术公布日:2024/6/18

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