一种利用煤气化细渣制备的复合肥及其制备方法与流程

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1.本发明属于肥料技术领域，涉及一种煤气化渣复合肥及其制备方法。


背景技术：

2.我国是一个人口大国、农业大国，农业生产关乎民生大计。在农业生产中，肥料在生产资料的投入中约占50％，通过施肥使土壤保持肥沃，是作物产量和农业效率稳步增长的关键因素之一。然而，在我国农业生产中，长期以来一直存在过量施肥的问题，并且肥料平均利用率仅有30％左右，与发达国家60％的肥料平均利用率相比存在不小的差距。肥料利用率不高，不但导致农作物的增产增质效果差，降低经济效益，还可能会引起一系列的生态环境问题。同时，长期施肥容易导致土壤团粒结构遭到破坏，造成土壤板结、透气保水保肥能力下降、土壤耕种性变差等问题，影响作物生长。另外，施肥单一、肥料配比不科学又会造成作物产量不高、品质下降等问题，严重阻碍农业的发展。因此，提高肥料利用率、抑制化肥对土壤的不利影响、优化肥料配比、提高农作物产量、提升农作物品质是目前农业生产亟待解决的重要问题。
3.生物炭是生物有机材料(也称为生物质)在无氧或低氧环境中低温热裂解后的固体产物，其含碳量多在40％～75％范围，并含有少量矿物质和挥发有机化合物，呈碱性，不易为微生物分解。生物炭具有发达的微孔结构与极强的吸附能力，可以吸附更多的营养组分，具有很好的缓释作用，减少肥料淋失浪费，同时生物炭中的酮基能抑制土壤脉酶活性，因而能有效抑制尿素水解成氨态氮过程，降低氨挥发损失。此外，生物炭的微孔特性也使其具备了类似“海绵”一样的作用，可较好地保持水分与空气的融通性，施撒在土壤中能够提高土壤持水性能，改善土壤通透性。利用生物质炭的优良特性，与多种肥料复合制备成的生物炭基复合肥可明显提高化肥的利用率，改善土壤品质。
4.近几年，生物炭基复合肥在农业中的应用已经引起了学者们的关注，新型生物炭基复合肥也不断问世。cn102659474a公开了一种生物炭基复合肥及其制备方法。该方法包括将农业废弃物作为生物质原料进行低温炭化形成多孔生物质炭黑，和以该生物质炭与n、p、k肥复合过程；cn105753546a公开了一种生物炭肥及其制备方法，该方法是将秸秆置于炭化炉中经高温炭化后得到生物质炭，并将其与复合肥、助剂按配比混匀后造粒制备复合肥； cn103833445a公开了一种有机农业生物炭复合肥的制备方法。该方法首先将风干后的作物秸秆或家禽家畜粪在炭化炉中高温裂解制得生物炭，再将该生物炭与家禽家畜粪、磷矿粉混合密封发酵后，经烘干、粉碎、造粒后得到生物炭复合肥。
5.目前，生物炭基复合肥的制备过程多分为生物炭的形成与复合肥制备两个步骤。其中，生物炭制备阶段需要在无氧条件下提供持续的高温热源，以完成生物质中有机高分子链的断裂、缩合、环化、脱氢等反应。该炭化过程对设备密封性要求较高，对能源需求较大，属于高能耗过程。同时，生物质炭化产生的有机挥发分如处理不当容易造成空气污染，破坏生态环境。因此，寻找新型生物炭替代品制备农业复合肥将成为未来化肥应用技术发展的趋势。
6.煤气化渣是煤气化过程中在一定温度和压力下煤中可燃部分转化为可燃气体后，煤中灰分以废渣形式排出的工业固体废弃物，主要成分为二氧化硅、氧化钙、氧化铁、氧化镁等无机相和残碳。因排出方式的不同，煤气化渣又分为粗渣及细渣，其中，所述粗渣是指经由煤气化炉的炉底排出的残渣，而细渣是指由煤气化气夹带并在煤气化气离开煤气化炉后的净化过程中分离排出的残渣，颗粒细小,粒度在20-200微米之间,其孔道结构发达，其碳含量可达 40％，比表面积在200m2/g以上。由于煤气化细渣颗粒细小，比表面积大，所含非晶态含硅物质活性较高，当煤气化细渣施洒到土壤中时，硅元素容易进入水溶液中而被作物吸收，是一种高效的硅肥，与其他肥料复合能够制备出高硅复合肥。随着我国煤化工产业的迅速发展，煤气化渣排放量急剧增加，煤气化渣利用已成为我国乃至世界急需解决的难题。目前，已有学者利用煤气化渣为主要原料制备出了轻质陶粒、多孔陶瓷、过滤陶瓷、等产品，也有学者采用酸溶手段实现了煤气化渣中铝铁钙的分离和提取，以及关于煤气化渣做循环流化床锅炉掺烧料的研究也时有报道。
7.直至目前，利用煤气化渣制备新型复合肥的报道还不多见，仅见cn105777427a公开了一种掺有煤气化渣的有机肥及其制备方法，主要通过煤气化渣与秸秆、红糖、黏土、n/p/k肥混合发酵的方式制得该复合肥。然而，关于使用煤气化渣中的细渣与有机肥、n/p/k肥直接共混造粒制备高硅复合肥的报道还非常少见。煤气化细渣在复合肥中的保水性、透气性，特别是释硅特性还没有被完全认识。


技术实现要素：

8.本发明针对煤气化细渣独特的多孔结构、释硅特性，将煤气化细渣作为主要的掺混材料，与有机肥、n/p/k肥、黏土共混造粒制备高硅复合肥，为农作物，特别是需硅作物提供全面的养料供应。
9.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
10.煤气化渣复合肥的制备方法，包括以下步骤：
11.1)将煤气化细渣在80℃～120℃烘干12h以上、之后进行分级处理，收集100目筛下部分；
12.2)按照质量份数将40～50份煤气化细渣与15～35份n/p/k肥、20～40份黏土、10～20份家禽粪混合，机械粉碎至粒径小于100目；
13.3)在混合物中加水并控制水分质量份数为6～10wt％，搅拌混合、造粒使其粒径在2.5～ 5.5mm。
14.所述的煤气化细渣来自内蒙古鄂尔多斯准格尔旗大路工业园，碳含量38.6wt％，比表面积 231.4m2/g，所有组分均为非晶态；所述n/p/k肥为氮肥、磷肥、钾肥的混合肥，混合肥中氮肥质量分数为15～40wt％，磷肥为8～40wt％，钾肥为10～40wt％；所述的氮肥为尿素、硫酸铵、氯化铵、碳酸铵中的一种或几种；所述的磷肥为磷酸铵、磷酸二铵、过磷酸钙等磷肥中的一种或几种；所述的钾肥为硫酸钾、氯化钾中的一种或几种。
15.有益效果：本发明以煤气化细渣为主要掺混原料，利用细渣比表面积大、富硅释硅特性，与有机肥、无机肥复合后，制备具有保水、透气、高硅特点的复合肥，促进土壤透气性，保水性的提高，有利于作物的生长，提高产量。本发明以煤气化渣为主要掺混原料制备复合肥，制备工艺流程简单，能耗低，污染小，拓展了固体废弃物煤气化渣的应用领域。
附图说明：
16.图1是本发明的生产工艺流程图。
具体实施方式：
17.实施例1
18.1)将煤气化细渣在120℃条件下烘干、旋风分级处后收集100目筛下部分；
19.2)将40份质量的煤气化细渣与35份质量的n/p/k肥(尿素9份、磷矿粉14份、硫酸钾12 份)、40份质量的黏土、10份质量的家禽粪混合，机械粉碎小于100目筛；
20.3)在混合物中加质量分数为8wt％水，搅拌、混合、造粒使其粒径在2.5mm。
21.应用案例:
22.2017年4-11月份,内蒙古自治区包头市萨拉齐镇贺成泉村,黄土土质4亩,玉米。
23.实验组：将本发明的复合肥用于黄土土质的农田中，使用量100kg/亩。使用初期发现, 玉米的出芽时间普遍早于对照组1-2天。秸秆较为粗壮，秸秆中部硅含量4.13％，收获后亩产量756kg。
24.对照组：将普通肥用于黄土土质的农田中，使用量36kg/亩(等效于复合肥中肥料量)。观察发现秸秆不粗壮，秸秆中部硅含量2.09％，收获后亩产量704kg。
25.对比发现，本发明的复合肥可以促进玉米植株中的硅含量，提高玉米的抗倒伏性。在黄土土质使用时能够缩短玉米的出芽时间，提高玉米产量。
26.实施例2
27.1)将煤气化细渣在120℃条件下烘干12h、旋风分级处后收集100目筛下部分；
28.2)按照质量份数将50份煤气化细渣与15份n/p/k肥(氯化铵4份、磷矿粉6份、硫酸钾5 份)、20份黏土、20份家禽粪混合，机械粉碎至粒度小于100目筛；
29.3)在混合物中加入质量分数为10wt％的水％，搅拌、混合、造粒使其粒径在5.5mm。
30.应用案例:
31.2017年4-11月份,内蒙古自治区包头市萨拉齐镇贺成泉村,盐碱地3亩，玉米。
32.实验组：将本发明的复合肥用于盐碱土质的农田中，使用量100kg/亩。使用发现，玉米秸秆较为粗壮，秸秆中部硅含量2.42％，植株高度要比对照组高8-10cm，收获后亩产量454kg。
33.对照组：将普通肥用于盐碱土质的农田中，使用量33kg/亩(等效于复合肥中肥料量)。使用发现，秸秆不粗壮，秸秆中部硅含量1.07％，收获后亩产量429kg。
34.对比发现，本发明的复合肥可以促进玉米植株中的硅含量，提高玉米的抗倒伏性。复合肥的使用能促进玉米产量的提高。
35.实施例3
36.1)将煤气化细渣在120℃条件下烘干、旋风分级处后收集100目筛下部分；
37.2)按照质量份数将48份煤气化细渣与35份n/p/k肥(尿素14份、磷矿粉11份、硫酸钾10 份)、22份黏土、12份家禽粪混合，机械粉碎至小于100目筛；
38.3)在混合物中加入9wt％水，搅拌、混合、造粒使其粒径在3.5mm。
39.应用案例:
40.2017年11月份,内蒙古自治区包头市萨拉齐镇贺成泉村,沙土土质5亩,玉米。
41.实验组：将本发明的复合肥用于沙土土质的农田中，使用量100kg/亩。观察发现，玉米叶片较宽，秸秆较为粗壮，秸秆中部硅含量5.52％，植株高度要比对照组高5-8cm，收获后亩产量868kg。6月份，8cm深土壤含水率5.2％，土壤容重1.40g/cm3。
42.对照组：将普通肥用于沙土土质的农田中，使用量40kg/亩(等效于复合肥中肥料量)。玉米叶片较窄，秸秆不粗壮，秸秆中部硅含量4.07％，植株高度要比实验组矮5-8cm，收获后亩产量798kg。6月份，8cm深土壤含水率3.9％，土壤容重1.47g/cm3。
43.对比发现，本发明的复合肥可以促进玉米植株中的硅含量，提高玉米的抗倒伏性。通过对沙土土壤的改良，提高土壤的透气性和保水性，促进玉米根部从土壤中吸收养分，从而提高玉米产量。