一种蛇纹石提镁尾渣在复合肥料领域中的应用、沙土地复合肥料及其制备方法
技术领域
本发明涉及肥料技术领域，尤其涉及一种蛇纹石提镁尾渣在复合肥料领域中的应用、沙土地复合肥料及其制备方法。
背景技术
我国有大量蛇纹岩，达到千亿吨级别，是生产金属镁的好原料，并且，我国还有大量的红土镍矿，其脉石矿物为蛇纹石型，也是炼镁好原料。因此，将这些蛇纹岩和红土镍矿用来提炼金属镁后会产生大量尾渣。目前这些尾渣还有没有很好的处理方法，不利于资源的回收利用。
沙土在我国广泛分布在内陆沙漠地带或风蚀沙化严重的地区以及河湖沿岸和滨海滩地，土壤都是由微小的颗粒组成的，这些颗粒构成了土壤疏松多孔的体系，它是由固体、液体和气体三项物质所构成的。沙土中分布有大、中、小三种孔隙。沙质土含沙粒较多，粒间孔隙较大，通气性能好，土质疏松，但水分很容易渗漏、不易保持。因此，土壤易干燥，不耐旱。沙质土本身不但含养分较少，且吸肥、保肥能力差，施入的养分易随水流失；沙质土通气性好，好气微生物活动旺盛，养分转化快，施肥后劲不足。因此对沙土地实行科学施肥将是保证作物丰收的关键。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蛇纹石提镁尾渣在复合肥料领域中的应用、沙土地复合肥料及其制备方法。本发明将蛇纹石提镁尾渣用于制备复合肥料，使得蛇纹石提镁尾渣得到完全利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣在肥料领域中的应用。
本发明还提供了一种沙土地复合肥料的制备方法，包括以下步骤：
将蛇纹石提镁尾渣、KOH和固体磷酸混合后煅烧，得到煅烧产物；
将所述煅烧产物、煤泥、煤粉、水和水玻璃混合后依次进行造粒和烘干，得到所述沙土地复合肥料。
优选地，所述蛇纹石提镁尾渣、KOH和固体磷酸的质量比为2～3: 0.5～1.5:0.5～1.5。
优选地，所述煅烧的温度为700～800℃，时间为2～2.5小时。
优选地，所述煅烧产物、煤泥、煤粉、水和水玻璃的质量比为1： 0.5～1:0.5～1。
优选地，所述水的用量占煅烧产物、煤泥和煤粉质量总和的3～6％。
优选地，所述水玻璃的用量占煅烧产物、煤泥和煤粉质量总和的2～5％。
优选地，所述煤泥和煤粉的固定含碳量独立地为30～60％。
优选地，所述造粒的粒度为1～4mm。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的沙土地复合肥料，所述沙土地复合肥料中N的质量百分含量为18～24％，P2O5的质量百分含量为 8～10％，K2O的质量百分含量为10～15％，MgO的质量百分含量为4～6％， K2O·nSiO2的质量百分含量为4.1～5.2％，Fe2O3的质量百分含量为1～3％，H2O 的质量百分含量为0.5～1％，余量为碳、氧化铝、氧化钙及氧化硅。
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣在肥料领域中的应用，将蛇纹石提镁尾渣用于制备复合肥料，使得蛇纹石提镁尾渣得到完全利用，实现了资源的再利用。
本发明还提供了一种复合肥料的制备方法，包括以下步骤：将蛇纹石提镁尾渣、KOH和固体磷酸混合后煅烧，得到煅烧产物；将所述煅烧产物、煤泥、煤粉、水和水玻璃混合后依次进行造粒和烘干，得到所述沙土地复合肥料。本发明中，蛇纹石矿提镁尾渣主要由12CaO·7Al2O3和2CaO·SiO2组成，硅酸二钙晶型转变发生膨胀而自粉碎性很好，提镁尾渣呈松散的白色粉末，成分接近普通硅酸盐水泥，是很好的水泥熟料，在沙土地中使用，用量适当，易与沙土土壤形成中小空隙土壤，填补沙土中大空隙，易提高沙土地保水性、蓄水性和保持肥力。提镁尾渣中富含固溶态的Ca、Mg等中量元素和有益元素Si，制备出的复合肥料中有害元素含量极低，满足制备肥料的要求，同时还含有一些植物生长所需的微量元素，如钙、铁、镁、锌、锰、钼等。提镁尾渣中微量的有害元素的浸出毒性试验结果表明，提镁尾渣所含重金属污染风险较小，重金属多以稳定态形式存在，有效性极低，符合有机无机复混肥的国家标准要求。利用提镁尾渣中含有大量硅素和固溶性特征，将其与K2CO3、磷酸矿物、氮含量丰富的煤泥、煤粉等，通过一定制备条件，制备出的复合肥料能够改善土壤环境养分结构，促进作物生长，增加作物的经济产量。实施例的数据表明，本发明制得的沙土地复合肥料的总养分(N+P2O5+K2O) 的质量分数≥30％，水溶性磷占有效磷的百分率≥50％，水分的质量分数≤ 2.5％，粒度(1.00mm～4.75mm或3.35mm～5.60mm)≥90％，氯离子的质量分数≤3.0％，所含化学成分的百分含量符合国家标准GB15063-2001对中浓度复合肥料的要求。
附图说明
图1为蛇纹石提镁尾渣的实物图；
图2为沙土地复合肥料的实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣在肥料领域中的应用。
本发明还提供了一种沙土地复合肥料的制备方法，包括以下步骤：
将蛇纹石提镁尾渣、KOH和固体磷酸混合后煅烧，得到煅烧产物；
将所述煅烧产物、煤泥、煤粉、水和水玻璃混合后依次进行造粒和烘干，得到所述沙土地复合肥料。
本发明将蛇纹石提镁尾渣、KOH和固体磷酸混合后煅烧，得到煅烧产物。
在本发明中，所述蛇纹石提镁尾渣、KOH和固体磷酸的质量比优选为2～3: 0.5～1.5:0.5～1.5。在本发明中，所述KOH和固体磷酸的用量能够使煅烧产物的水溶液呈中性(pH值在6.5～7.5)，更优选为pH值在7。
在本发明中，所述蛇纹石提镁尾渣和固体磷酸的粒径优选为200目。
在本发明中，所述煅烧的温度优选为700～800℃，更优选为750℃，时间优选为2～2.5小时。在本发明中，所述煅烧的过程中发生的化学反应如下：
SiO2+2KOH＝K2SiO3+H2O
K2SiO3+H3PO4＝H2SiO3+K2HPO4
MgO+H3PO4＝MgHPO4+H2O
CaO+H3PO4＝CaHPO4+H2O
在本发明中，所述煅烧优选在加热炉中进行，所述加热炉优选为回转窑、电阻炉或感应炉。
得到煅烧产物后，本发明将所述煅烧产物、煤泥、煤粉、水和水玻璃混合后依次进行造粒和烘干，得到所述沙土地复合肥料。
在本发明中，所述煅烧产物、煤泥、煤粉、水和水玻璃的质量比优选为1： 0.5～1:0.5～1。在本发明中，所述煅烧产物优选研磨至80目。在本发明中，所述煤泥和煤粉的固定含碳量独立地优选为30～60％。在本发明中，所述煤粉优选为劣质煤粉，所述煤泥和劣质煤粉的粒度优选为120目。
在本发明中，所述水的用量优选占煅烧产物、煤泥和煤粉质量总和的 3～6％。
在本发明中，所述水玻璃的用量优选占煅烧产物、煤泥和煤粉质量总和的2～5％。在本发明中，所述水玻璃的作用是造粒。
在本发明中，所述造粒的粒度优选为1～4mm。
在本发明中，所述烘干的温度优选为150～200℃，本发明对所述烘干的时间没有特殊的限定，能够完全除去水分即可。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的沙土地复合肥料，所述沙土地复合肥料中N的质量百分含量为18～24％，P2O5的质量百分含量为 8～10％，K2O的质量百分含量为10～15％，MgO的质量百分含量为4～6％， K2O·nSiO2的质量百分含量为4.1～5.2％，Fe2O3的质量百分含量为1～3％，H2O 的质量百分含量为0.5～1％，余量为碳、氧化铝、氧化钙及氧化硅。
在本发明中，所述沙土地复合肥料的总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数优选为≥30％，水溶性磷占有效磷的百分率优选为≥50％，水分的质量分数优选为≤2.5％，粒度(1.00mm～4.75mm或3.35mm～5.60mm)优选为≥90％，氯离子的质量分数优选为≤3.0％，符合国家标准GB15063-2001对中浓度复合肥料的要求。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的蛇纹石提镁尾渣在复合肥料领域中的应用、沙土地复合肥料及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中使用的蛇纹石提镁尾渣的制备方法如下：
开采得到块状蛇纹矿石，最大块度30厘米。蛇纹石矿石中主要矿石矿物为蛇纹石，并含少量橄榄石和铬尖晶石，金属矿物包括磁铁矿、赤铁矿、铬铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。化学成分如表1。
表1蛇纹矿石化学成分
建设年处理2万吨蛇纹石生产金属镁1200吨生产线，具体生产工艺为：首先通过PE400×600颚式破碎机对蛇纹石、石灰进行破碎至约5厘米，然后用在Φ1.5×5.7型球磨机中按配料比加入磨好的蛇纹石、石灰、硅铝合金粉 (硅铝合金粉的化学成分为Al29～35wt％，Si40～45wt％，Fe10～20wt％，硅铝铁合金用内蒙突泉煤矸石碳热还原法制备，磨成-120目)和萤石粉(化学试剂级，CaF2，纯度98％，-80目)进行混料细磨至120目，蛇纹石50％，添加剂石灰(化学级，98纯度，-80目)量40％，硅铝合金及催化剂萤石粉总量的10％。磨好的混合料进入GF520干粉压球机压球，长径3厘米，短径2 厘米。干球进入真空连续生产感应加热镁还原炉，抽真空10Pa，加热功率 1000kW，温度1200℃，每炉保温4小时。真空条件下加料和出渣，炉内保持真空状态和恒温加热状态。该镁还原炉有两个镁结晶器，定期轮换(3组)出粗镁。从炉中排除的混合渣呈块状，经过对辊破碎机破碎至微米级，进入干式磁选机，磁场强度8000～12000高斯，得到镍铁合金粒，最后得到的尾渣，即蛇纹石提镁尾渣的化学分析如表2所示。图1为蛇纹石提镁尾渣的实物图。
表2蛇纹石提镁尾渣化学成分
从尾渣的X衍射分析结果可以看出，尾渣主要为2CaO·SiO2和少量 12CaO·7Al2O3组成。
实施例1
首先将蛇纹石提镁尾渣(200目)、固体KOH(98％)(磨至200目)、固体磷酸(98％)(磨至200目)按照质量比3∶1.5∶1.5混合均匀，然后放入加热炉(型号为SY2034的回转窑)中煅烧，温度在750℃，时间保持2.5小时，得到煅烧产物，煅烧产物的水溶液的pH值为7。
将煅烧产物磨细至80目，配入固定含碳量为30％煤泥和劣质煤粉(粒度 120目)，混合均匀，配比比例为1：1：1，加入煅烧产物、煤泥和劣质煤粉总质量4％的水和5％的水玻璃，造粒，粒度为1～3mm，然后在150℃下烘干包装，即得沙土地复合肥料。图2为所得沙土地复合肥料的实物图。
对所得沙土地复合肥料的化学成分进行分析，结果如下：N的质量百分含量为18～24％，P2O5的质量百分含量为8～10％，K2O的质量百分含量为 10～15％，MgO的质量百分含量为4～6％，K2O·nSiO2的质量百分含量为 4.1～5.2％，Fe2O3的质量百分含量为1～3％，H2O的质量百分含量为1％，余量为碳、氧化铝、氧化钙、氧化硅，符合国家标准GB15063-2001对中浓度复合肥料的要求。
对所得沙土地复合肥料进行测定，可知，总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数为35％，水溶性磷占有效磷的百分率为56％，水分的质量分数为1％，粒度(1.00mm～4.75mm)为97％，氯离子的质量分数为1％。
对沙土地进行肥效实验。选择内蒙古突泉县一块沙土地。沙土地具有土质疏松，排水良好，耕作方便，不易板结开裂和春季升温快的特点。但保水保肥力差，有效的矿质营养含量低，栽培作物易早衰，老化。将沙土地土壤取走，在实验室试种植小麦，品种为鲁麦15号。供试肥料为本实施例制备的沙土地复合肥料、普通复合肥(N-P2O5-K2O＝15-15-15)，实验结果表明施用本实施例制备的沙土地复合肥料较施用普通复合肥处理，小麦增产率达18％，增产效果显著。
实施例2
首先将蛇纹石提镁尾渣(200目)、固体KOH(98％)(磨至200目)、固体磷酸(98％)(磨至200目)按照质量比2:0.5:0.5混合均匀，然后放入加热炉(型号为SY2034的回转窑)中煅烧，温度在700℃，时间保持2.5小时，得到煅烧产物，煅烧产物的水溶液的pH值为7.5。
将煅烧产物磨细至80目，配入固定含碳量为30％煤泥和劣质煤粉(粒度 120目)，混合均匀，配比比例为1：0.5：0.5，加入煅烧产物、煤泥和劣质煤粉总质量3％的水和2％的水玻璃，造粒，粒度为1～4mm，然后在200℃下烘干包装，即得沙土地复合肥料。
对所得沙土地复合肥料的化学成分进行分析，结果如下：N的质量百分含量为18～24％，P2O5的质量百分含量为8～10％，K2O的质量百分含量为 10～15％，MgO的质量百分含量为4～6％，K2O·nSiO2的质量百分含量为 4.1～5.2％，Fe2O3的质量百分含量为1～3％，H2O的质量百分含量为0.8％，余量为碳、氧化铝、氧化钙、氧化硅，符合国家标准GB15063-2001对中浓度复合肥料的要求。
对所得沙土地复合肥料进行测定，可知，总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数为31％，水溶性磷占有效磷的百分率为53％，水分的质量分数为0.8％，粒度(1.00mm～4.75mm)为92％，氯离子的质量分数为1.5％。
对沙土地进行肥效实验。选择内蒙古突泉县一块沙土地。沙土地具有土质疏松，排水良好，耕作方便，不易板结开裂和春季升温快的特点。但保水保肥力差，有效的矿质营养含量低，栽培作物易早衰，老化。将沙土地土壤取走，在实验室试种植小麦，品种为鲁麦15号。供试肥料为本实施例制备的沙土地复合肥料、普通复合肥(N-P2O5-K2O＝15-15-15)，实验结果表明施用本实施例制备的沙土地复合肥料较施用普通复合肥处理，小麦增产率达16％，增产效果显著。
实施例3
首先将蛇纹石提镁尾渣(200目)、固体KOH(98％)(磨至200目)、固体磷酸(98％)(磨至200目)按照质量比2:1:1混合均匀，然后放入加热炉(型号为SY2034的回转窑)中煅烧，温度在800℃，时间保持2小时，得到煅烧产物，煅烧产物的水溶液的pH值为6.5。
将煅烧产物磨细至80目，配入固定含碳量为60％煤泥和劣质煤粉(粒度 120目)，混合均匀，配比比例为1：0.5：0.5，加入煅烧产物、煤泥和劣质煤粉总质量6％的水和4％的水玻璃，造粒，粒度为1～4mm，然后在200℃下烘干包装，即得沙土地复合肥料。
对所得沙土地复合肥料的化学成分进行分析，结果如下:N的质量百分含量为18～24％，P2O5的质量百分含量为8～10％，K2O的质量百分含量为10～15％， MgO的质量百分含量为4～6％，K2O·nSiO2的质量百分含量为4.1～5.2％，Fe2O3的质量百分含量为1～3％，H2O的质量百分含量为0.6％，余量碳、氧化铝、氧化钙、氧化硅，符合国家标准GB15063-2001对中浓度复合肥料的要求。
对所得沙土地复合肥料进行测定，可知，总养分(N+P2O5+K2O)的质量分数为40％，水溶性磷占有效磷的百分率为59％，水分的质量分数为0.6％，粒度(1.00mm～4.75mm)为95％，氯离子的质量分数为1.3％。
对沙土地进行肥效实验。选择内蒙古突泉县一块沙土地。沙土地具有土质疏松，排水良好，耕作方便，不易板结开裂和春季升温快的特点。但保水保肥力差，有效的矿质营养含量低，栽培作物易早衰，老化。将沙土地土壤取走，在实验室试种植小麦，品种为鲁麦15号。供试肥料为本实施例制备的沙土地复合肥料、普通复合肥(N-P2O5-K2O＝15-15-15)，实验结果表明施用本实施例制备的沙土地复合肥料较施用普通复合肥处理，小麦增产率达24％，增产效果显著。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
