一种磷石膏与生物质自蔓延热解制备土壤改良剂的方法

1.本发明属于磷石膏资源化无害化处理技术领域，具体涉及一种磷石膏与生物质自蔓延热解制备土壤改良剂的方法。


背景技术：

2.磷石膏是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，其组分主要是二水硫酸钙。采用湿法工艺生产磷酸，每生产 1 t 磷酸，就会产生 4.5~5 t 磷石膏。磷石膏的随意排放堆积严重破坏了生态环境，不仅污染地下水资源，还造成土地资源的浪费。
3.现有技术中，基于磷石膏高温分解的基本原理，使用磷石膏制备硫酸的技术已有报道，但是均存在诸多问题，例如云南某大型国有磷肥企业于1986年建成国内第一套年产7万吨硫酸、10万吨水泥的生产线，投产运营后，因生产成本过高而停止了磷石膏制酸，水泥生产改为以石灰石为原料；云南省另一生产企业也采用“磷石膏分解制酸”的技术，但从制酸原料的来源看，磷石膏只占整个用量的一部分，其他主要来源为天然石膏与硫磺。对石膏无害化、产量化、高质化利用过程中，石膏分解的cao可作为冶金助熔剂、水泥速凝剂、电石制造原料等，得以循环利用；石膏分解产生的so2可作为硫酸原料。石膏中的主要成分硫酸钙的分解一直是理论研究的难点。
4.土壤改良剂具有保墒和增温作用，可以有效地提高土壤墒情，增加耕层地温，使作物生育期提早2～7 d，土壤湿度增加5%左右。同时还能改良土壤结构，协调土壤水、肥、气、热及生物之间的关系，防止水土流失，增强渠道防渗能力，抑制土壤次生盐渍化，提高沙荒地的开发利用。主要适用于我国北方干旱、半干旱和作物生育期积温不足的地区，以及土壤结构差的土壤，特别是缺水严重的旱地和坡沙地、盐碱地。目前国际上使用的土壤结构改良剂主要为聚丙烯酰胺、燃煤发电厂除硫副产品石膏。
5.基于以上问题，有必要发明一种磷石膏与生物质自蔓延热解制备土壤改良剂的方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种磷石膏生物炭自蔓延制备土壤改良剂的方法。
7.本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：1）准备湿法磷酸生产过程中产生的废弃磷石膏，备用；2）将干燥后的生物质粉碎至10-100目，向其中加入硝酸钾溶液，充分搅拌均匀，然后再加入步骤（1）所得废弃磷石膏，得到混合物；3）将步骤（2）所得混合物在80-110℃下加热搅拌至形成凝胶，然后冷却至常温，干燥，得到干凝胶；4）将所得干凝胶加热至300-600℃直至引发燃烧反应，待燃烧反应结束，自然冷却至室温，收集反应产物即得土壤改良剂。
8.进一步的，步骤（1）所述磷石膏含水率为15-40%。
9.进一步的，步骤（1）所述磷石膏包含以下成分：caso440-75%、sio28-25%。
10.进一步的，步骤（2）所述生物质为农作物秸秆、废弃水果、果皮、废弃蔬菜的任一种或多种。
11.进一步的，步骤（2）中所述硝酸钾溶液的浓度为1-100 mol/l。
12.进一步的，步骤（2）中所述生物质、硝酸钾溶液的加入量为保证硝酸钾溶液完全浸湿生物质为宜。
13.进一步的，步骤（2）中所述废弃磷石膏的加入量为废弃磷石膏与生物质的质量比为1:1.5-8。
14.进一步的，步骤（3）中所述的混合物中还加有胶黏剂。
15.进一步的，步骤（3）中所述的混合物中还加有催化剂，所述催化剂为铁粉。
16.进一步的，步骤（3）所述干凝胶含水率不高于8%。
17.本发明的部分反应方程式：caso4 3c
→
cao 3co s
……………………………………
（1）2cao sio2→
2cao
•
sio2……………………………………
（2）2cao
•
sio2 cao
→
3cao
•
sio2………………………………
（3）反应生成：cao、s、h2o是石硫合剂、3cao
•
sio2属于枸溶性矿物；其中的cao可用于改良酸性土壤，s可用于稳定重金属。
18.本发明的有益效果：1、本发明使用磷石膏生物炭自蔓延制备土壤改良剂的方法，不仅能实现磷石膏资源化无害化处理，而且还能制备出改良酸性土壤以及具有稳定土壤中重金属的土壤改良剂，环保经济，操作简便，适合大规模应用。
19.2、本发明可直接使用湿法磷酸生产过程中产生的含水率高达25%左右的磷石膏，无需如现有的磷石膏重复利用时必须先干燥再重新使用，显著降低处理成本。
20.3、本发明采用自蔓延燃烧技术，将所得干凝胶先以外部加热的方式引发局部燃烧反应，并通过自身燃烧释放的热量迅速自蔓延燃烧，并实现高温下生物质的炭化、磷石膏的分解、枸溶性矿物3cao
•
sio2的生成，从而同时实现磷石膏的资源化处理以及土壤改良剂的制备。
具体实施方式
21.下面对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
22.实施例1一种磷石膏与生物质自蔓延热解制备土壤改良剂的方法，包括以下步骤：1）准备湿法磷酸生产过程中产生的废弃磷石膏，所述磷石膏包含以下成分：caso440%、sio225%；含水率为25%；2）将干燥后的生物质粉碎至10目，向其中加入硝酸钾溶液，充分搅拌均匀，然后再加入步骤（1）所得废弃磷石膏，得到混合物；所述生物质为废弃水果；所述硝酸钾溶液的浓度为1mol/l；所述生物质、硝酸钾溶液的加入量之比为1g：5ml；所述废弃磷石膏的加入量为废弃磷石膏与生物质的质量比为1:1.5。
23.3）将步骤（2）所得混合物在80℃下加热搅拌至形成凝胶，然后冷却至常温，干燥，得到干凝胶；所述干凝胶含水率4%；4）将所得干凝胶加热至500℃，然后保温500℃直至引发燃烧反应，待燃烧反应结束，自然冷却至室温，收集反应产物即得土壤改良剂。
24.实施例2一种磷石膏与生物质自蔓延热解制备土壤改良剂的方法，包括以下步骤：1）准备湿法磷酸生产过程中产生的废弃磷石膏，所述磷石膏包含以下成分：caso475%、sio28%，含水率为35%；2）将干燥后的生物质粉碎至100目，向其中加入硝酸钾溶液，充分搅拌均匀，然后再加入步骤（1）所得废弃磷石膏，得到混合物；所述生物质为水果果皮；所述硝酸钾溶液的浓度为100 mol/l；所述生物质、硝酸钾溶液的加入量为保证硝酸钾溶液完全浸湿生物质；所述废弃磷石膏的加入量为废弃磷石膏与生物质的质量比为1:8。
25.3）将步骤（2）所得混合物在110℃下加热搅拌至形成凝胶，然后冷却至常温，干燥，得到干凝胶；所述干凝胶含水率6%；4）将所得干凝胶加热至600℃直至引发燃烧反应，待燃烧反应结束，自然冷却至室温，收集反应产物即得土壤改良剂。
26.实施例3一种磷石膏与生物质自蔓延热解制备土壤改良剂的方法，包括以下步骤：1）准备湿法磷酸生产过程中产生的废弃磷石膏，所述磷石膏包含以下成分：caso445%、sio215%，含水率为15%；2）将干燥后的生物质粉碎至50目，向其中加入硝酸钾溶液，充分搅拌均匀，然后再加入步骤（1）所得废弃磷石膏，得到混合物；所述生物质为农作物秸秆、废弃水果、果皮、废弃蔬菜的多种；所述硝酸钾溶液的浓度为10mol/l；所述生物质、硝酸钾溶液的加入量为保证硝酸钾溶液完全浸湿生物质为宜；所述废弃磷石膏的加入量为废弃磷石膏与生物质的质量比为1:3。
27.3）将步骤（2）所得混合物在90℃下加热搅拌至形成凝胶，然后冷却至常温，干燥，得到干凝胶；所述干凝胶含水率8%；4）将所得干凝胶加热至300℃直至引发燃烧反应，待燃烧反应结束，自然冷却至室温，收集反应产物即得土壤改良剂。
28.实施例4一种磷石膏与生物质自蔓延热解制备土壤改良剂的方法，包括以下步骤：1）准备湿法磷酸生产过程中产生的废弃磷石膏，所述磷石膏包含以下成分：caso450%、sio220%，含水率为40%；2）将干燥后的生物质粉碎至100目，向其中加入硝酸钾溶液，充分搅拌均匀，然后再加入步骤（1）所得废弃磷石膏，得到混合物；所述生物质为农作物秸秆；所述硝酸钾溶液的浓度为5mol/l；所述生物质、硝酸钾溶液的加入量为保证硝酸钾溶液完全浸湿生物质为宜；所述废弃磷石膏的加入量为废弃磷石膏与生物质的质量比为1:1.5-8。
29.3）将步骤（2）所得混合物先加入胶黏剂、铁粉，然后在80-110℃下加热搅拌至形成凝胶，然后冷却至常温，干燥，得到干凝胶；所述干凝胶含水率5%；
4）将所得干凝胶加热至300-600℃直至引发燃烧反应，待燃烧反应结束，自然冷却至室温，收集反应产物即得土壤改良剂。