一种保水保肥土壤调理剂及其制备方法与应用

背景技术：

1、土壤盐碱化是世界性问题。气候干旱、成土母质富含盐基离子以及灌溉不合理、开发过度等多重因素加速了盐碱地的形成与发展。由于盐碱化土壤可溶性盐离子含量高，导致土壤团聚体稳定性差，具体表现为土壤板结、持水率低，且盐碱环境常常伴随着土壤养分有效性的降低。盐胁迫引起的土壤溶液渗透势升高会造成植物生理干旱的形成，抑制植物对养分元素的吸收。植物体内钠离子含量升高会抑制酶活性，破坏细胞内离子稳态，且较高的土壤ph值会产生碱胁迫从而影响植物细胞稳定，导致植物生理代谢紊乱。因此，盐碱胁迫已成为限制农业生产高质量发展的关键。

2、随着我国工业的高速发展，在推进高质量发展过程中，工业固废对生态环境和人类的生产生活造成了严重的影响。我国聚氯乙烯(pvc)行业生产主要以电石法为主，工艺过程中需消耗大量原生钙质资源用于制备乙炔，每生产1吨pvc产品将产生1.5～1.9吨电石渣，全国年产生量达到3000万吨以上。电石渣(calcium carbide slag，ccs)是一种主要成分为氢氧化钙的碱性工业废渣，其以cao含量计算质量分数高达80％～90％。近年来，如何高效充分利用电石渣是工业固废资源化利用的研究重点。电石渣杂质组成、粒度分布、元素赋存形式较为复杂，残留的有害组分处理困难，导致电石渣露天堆存量逐年增加，而电石渣高湿度，高碱度的特性则会造成周围土壤ph升高，最终使得土壤及浅层地下水污染。

3、当前，电石渣作为优质的二次钙基资源被广泛的用于化工、环保等多领域。陈佩圆团队采用预碳化法将电石渣(ccs)中的ca(oh)2转化为caco3，以提高ccs与水泥的相容性，结果表明，含有碳化电石渣的该材料制备的砂浆在20min时表现出最高的抗压强度，与未含碳化电石渣的砂浆相比，在3d、7d和28d时表现出0.8％至41.4％的增强。王涛课题组证明了在温和条件(≤40℃，0.1mpa)下使用硫酸铵((nh4)2so4)从电石渣中高效浸出钙的可行性。15min内，将近90％的钙转化为二水硫酸钙(caso4·2h2o)，杂质分离后，产品白度约90％，caso4·2h2o纯度约94％。“电石渣→氧化钙→电石”的循环利用，是实现电石渣钙质资源循环回用的有效途径，朱干宇等利用电石渣通过焙烧法生产活性氧化钙，并通过研究电石渣粒度特征以及各粒级电石渣的焙烧特性，确定颗粒分级对电石渣制备活性氧化钙性能的影响。结果表明：45～106μm较为适合制备活性氧化钙，活性度达到411nml，抗压强度达到2.46mpa，焙烧过程中，钙质组分在350～460℃、550～720℃范围分两阶段逐渐转化为氧化钙。

4、磷石膏(pg)是湿法磷酸工业中形成的固体副产物，每生产1吨磷酸，产生4～5吨磷石膏，主要成分为caso4·2h2o，还含有各种含磷化合物、氟化物、有机物及其他难溶化合物杂质。近年来，随着经济的发展，全球磷石膏年产量逐年上升，大部分磷石膏基本都置放于堆场或者直接丢弃，不仅造成资源浪费，还会造成环境污染。为实现磷石膏的可持续再利用，探索副产物磷石膏在多项工程中的回收利用。目前磷石膏主要用于制备水泥缓凝剂、石膏砌块及硫酸联产水泥等，但由于其处理成本较高、能耗大、产品工作性能较差、使用掺量较低等缘由，磷石膏的广泛应用受到了一定程度的制约。也有结果表明磷石膏与土壤混合后具有稳定结构，因此开发磷石膏同其他废弃非金属矿物协同制备土壤调理剂等工艺具有重要的生态、经济和社会价值。脱硫石膏主要来自火电厂、冶炼厂和大型企业锅炉，是含有湿法脱硫燃烧过程中二氧化硫气体和石灰浆料在强氧化条件下发生反应后产生的工业固废。脱硫石膏主要氧化物成分为co2，so3，cao和sio2，还有少量al2o3等成分，脱硫石膏主要成分为caso4·2h2o，其含量在固体物质中占90％以上。另外，其他杂质还有碳酸钙、亚硫酸钙、二氧化硅、金属化合物等。天然石膏是自然界中蕴藏的石膏石，主要为生石膏和硬石膏两种矿物。生石膏为二水硫酸钙(caso4·2h2o)，又称二水石膏、水石膏或软石膏，单斜晶系，晶体为板状，通常呈致密块状或纤维状，白色或灰、红、褐色，玻璃或丝绢光泽，摩氏硬度为2；硬石膏为无水硫酸钙(caso4)，斜方晶系，晶体为板状，通常呈致密块状或粒状，白、灰白色，玻璃光泽，摩氏硬度为3～3.5。石膏的应用主要有三个方面：房屋建筑(建筑石膏，用于室内抹灰与粉刷或建筑石膏制品等)、水泥(石膏的作用为缓凝剂)以及农业(主要用于土壤调节及肥料)。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有电石渣(或生石灰)，磷石膏(或脱硫石膏或天然石膏)资源化利用效率低下和技术水平不够先进而提出的，本发明提供了一种利用废弃电石渣(或生石灰)，磷石膏(或脱硫石膏或天然石膏)生产具有保水保肥功能的土壤调理剂的方法。具体制备内容包括：首先是利用电石渣(或生石灰)，磷石膏(或脱硫石膏或天然石膏)和三水铝石在水热条件下经水磨、陈化、过滤洗涤、烘干制备出以钙矾石为主要矿物质成分的土壤保水剂。之后在得到的土壤保水剂中按一定比例加入硝酸钾、磷酸二氢钾、氯化钾混合均匀，得到具有复合营养型保水保肥土壤调理剂。

2、本发明提供的保水保肥土壤调理剂的制备方法是一种利用电石渣，三水铝石及磷石膏/脱硫石膏/天然石膏生产含钙矾石矿物质土壤保水保肥剂。

3、本发明的技术可通过以下工艺方案来实现。

4、一种利用电石渣，三水铝石及磷石膏/脱硫石膏/天然石膏生产复合营养型的保水保肥土壤调理剂的制备方法，包括以下实施步骤：

5、(1)将电石渣、三水铝石及石膏进行水热反应，反应产物经水磨、陈化、过滤洗涤、烘干、磨粉过筛制成土壤保水剂；

6、(2)将步骤(1)中所述土壤保水剂粉末与硝酸镁、磷酸二氢钾、氯化钾混合，研磨后过筛，得到保水保肥土壤调理剂。

7、进一步的，步骤(1)所述电石渣，三水铝石及石膏均为80～230目。

8、进一步的，步骤(1)所述石膏包括磷石膏、脱硫石膏、天然石膏中的一种以上。

9、进一步的，步骤(1)所述步骤(1)所述电石渣、三水铝石及石膏分别以cao：al2o3：caso4·2h2o计，摩尔比为1：1：1～3：3：2。

10、进一步的，步骤(1)所述水热反应中的固液比为1：3～1：10；所述水热反应的温度为160-240℃；所述水热反应的时间为1-5h。

11、进一步的，步骤(1)所述水磨时间为10～60min。

12、进一步的，步骤(1)所述陈化时间为6～48h，陈化温度为30～90℃。

13、进一步的，步骤(1)所述洗涤先用蒸馏水洗3～5次，再用无水乙醇洗3～5次。

14、更进一步地，步骤(1)所述洗涤先用200ml蒸馏水洗3～5次，再用200ml无水乙醇洗3～5次。

15、进一步的，步骤(1)所述烘干温度为25～30℃，所述磨粉的粒度为180～200目。

16、进一步的，步骤(2)所述保水保肥土壤调理剂中各组分含量为土壤保水剂(65.27％～91.32％，钙矾石含量63.88％)：硝酸镁(6.62％～26.48％，ar)：磷酸二氢钾(1.53％～6.13％，ar)：氯化钾(0.53％～2.12％，ar)。

17、进一步的，步骤(2)所述研磨时间为30～150min。

18、进一步的，步骤(2)所述过筛为过180～200目筛。

19、本发明提供上述任一项制备方法制备得到的一种保水保肥土壤调理剂。

20、本发明还提供上述的一种保水保肥土壤调理剂在改善土壤或制备改善土壤产品中的应用。