本发明涉及颗粒土壤领域，尤其涉及一种钛石膏颗粒土壤及其制备方法。
背景技术：
钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时，为治理酸性废水，加入石灰以中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的废渣。用硫酸法生产钛白粉时，每生产1t钛白粉就产生5-6t的钛石膏，我国每年约产生12-24万t的钛石膏，目前钛石膏尚未得到有效利用，主要处理方法以堆放为主，长期堆放钛石膏经雨水冲刷和浸泡，其中所含的有害物质溶于水中，会严重污染地下水及地表水，同时经风吹日晒以粉末状飘散于大气中也会污染环境，威胁人体健康，如果对钛石膏加以经济、有效的利用，不仅可以变废为宝、保护环境、节约土地、减少不可再生资源的消耗，也可为企业减轻巨大的经济负担，出尽企业健康持续发展。总之，钛石膏的高效回用是一种利国利民的有益工作，同时也迫在眉睫。
颗粒土壤是一种新型的种植基质，包含多孔结构，具有一定的保水、保肥和透气等功能，可用于种植农作物、改善土壤、沙漠治理、矿山修复。
技术实现要素：
本发明针对目前钛石膏利用率低的问题，提供一种钛石膏颗粒土壤及其制备方法，利用钛石膏制备一种多孔结构颗粒土壤，既能有效地缓解钛石膏污染问题，又能提供一种兼具保水保肥透气三大功能的颗粒土壤。
本发明采用以下技术方案：
一种钛石膏颗粒土壤，包括以下重量份的原料：
钛石膏100份；
造孔剂0-35份；
增塑剂1-10份；
减水剂0.2-1.3份；
水10-25份。
进一步的，颗粒土壤为粒径分布在0.1-2mm的球形颗粒，颗粒土壤的气孔率达55-70％，气孔尺寸为0.1-40μm。
进一步的，钛石膏、造孔剂、增塑剂、减水剂的粒度均小于50μm。
进一步的，造孔剂为石墨、煤炭粉、pmma微球、淀粉、有机纤维、膨胀珍珠岩、蛭石、稻壳粉中的一种或多种。
进一步的，增塑剂为煅烧高岭土、膨润土、白泥、球土、黑泥中的一种或多种塑性原料。
进一步的，减水剂为木质素磺酸盐类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高效减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类中的一种或多种。
本发明还公开一种钛石膏颗粒土壤的方法，包括以下步骤：
(1)按配方要求称取各原料，将钛石膏、造孔剂、增塑剂、减水剂倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将混合料倒入造粒机中，在20-55m/s的转速边喷水边造粒；
(3)将造好的粒放入50-100℃的干燥箱中，直至烘干为止；
(4)烘干后的粒经筛分处理后，经一定烧成制度烧结得到颗粒土壤。
进一步的，步骤(4)中的烧成制度为：以20-40℃/min升温至600℃，再以5-10min/℃升温至800℃，最后以2-5℃/min升温至850-1000℃，并保温15-40min。
具体的，造粒机为圆盘造粒机、糖衣机、高速造粒机中的一种，优选为高速造粒机。
本发明的钛石膏颗粒土壤，以钛石膏为主要原料，在二水石膏变为不溶性无水石膏过程中，失去大量自由水与结合水，在颗粒土壤中形成大量孔隙；同时添加造孔剂原料，在高温反应后留下孔隙；提高了颗粒土壤的保水性能，其保水率达65-80％。
本发明的钛石膏颗粒土壤，实现了对钛石膏废弃物的有效利用，且钛石膏是采用硫酸法制备钛白粉时产生的工业副产品，呈酸性，使得制备的颗粒土壤呈弱酸性，有利于改善盐碱土壤。
本发明的钛石膏颗粒土壤在制备过程中，采用高温煅烧工艺，经过850-1000℃煅烧，首先使造孔剂经高温反应后留下孔隙，提高颗粒土壤的保水性能；其次，经过高温处理，提高了钛石膏的反应活性，钛石膏与增塑剂、造孔剂中的硅铝成分发生胶凝反应，增强了颗粒土壤强度；最后二水石膏在高温下变成不溶性无水石膏，使其在使用过程中水化程度很小，颗粒土壤不会在使用过程中溶解散掉，经煅烧后强度进一步提高，在28mpa下的破碎率小于25％。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
一种钛石膏颗粒土壤，包括以下重量份的原料：钛石膏100份；造孔剂0-35份；增塑剂1-10份；减水剂0.2-1.3份；水10-25份。
具体的，颗粒土壤为粒径分布在0.1-2mm的球形颗粒，颗粒土壤的气孔率达55-70％，气孔尺寸为0.1-40μm。更具体的，颗粒土壤的粒径大小可根据加水量进行调节。颗粒土壤为球形颗粒，堆积在一起，具有透气的功能。
具体的，钛石膏、造孔剂、增塑剂、减水剂的粒度均小于50μm。为方便造粒，以上固体原料的粒度应该足够细，且越细越好。
具体的，造孔剂为石墨、煤炭粉、pmma微球、淀粉、有机纤维、膨胀珍珠岩、蛭石、稻壳粉中的一种或多种。本发明实施例中造孔剂添加量为0-35份，不添加造孔剂制备的颗粒土壤表面也有微孔，具有一定的保水性能；添加造孔剂后，造孔剂经高温煅烧会留下孔隙，有利于增强颗粒土壤的保水性能。
具体的，增塑剂为煅烧高岭土、膨润土、白泥、球土、黑泥中的一种或多种塑性原料。通过添加增塑剂来提高固体混合物的塑性，利于造粒。
具体的，减水剂为木质素磺酸盐类、萘系高效减水剂类、三聚氰胺系高效减水剂类、氨基磺酸盐系高效减水剂类、脂肪酸系高效减水剂类、聚羧酸盐系高效减水剂类中的一种或多种。
本发明以钛石膏为主要原料制备颗粒土壤，固化了钛石膏中的有害物质，减少了其对环境的污染，为钛石膏提供了一种有效地利用途径，同时也降低了原料成本；且钛石膏中富含植物生长所需的钾元素、钙元素、镁元素等，使得制备的颗粒土壤可更好的满足植物生长需求。颗粒土壤在制备过程中经高温烧结工艺，清洁卫生、不会有灰尘产生，无公害，可有效防止病虫害。
下面将结合具体实施例对本发明的钛石膏颗粒土壤及其制备方法作进一步的描述。
实施例1
一种钛石膏颗粒土壤，包括以下重量份的原料：
钛石膏100份；
煤粉20份；
膨润土5份；
聚羧酸高效减水剂1份；
水20份。
本发明实施例的颗粒土壤的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方要求称取各原料，将钛石膏、煤粉、膨润土、聚羧酸高效减水剂倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将混合料倒入高速造粒机中，在20m/s的转速边喷水边造粒；
(3)将造好的粒放入100℃的干燥箱中，直至烘干为止；
(4)烘干后的粒经筛分处理后，经一定烧成制度烧结得到颗粒土壤，烧成制度为：以20℃/min升温至600℃，再以10min/℃升温至800℃，最后以5℃/min升温至1000℃，并保温40min。
取400ml实施例1制备的颗粒土壤铺在500ml花盆内，将蒜头插在颗粒土壤中，加入150ml水，观察并记录蒜苗的生长情况。
实施例2
一种钛石膏颗粒土壤，包括以下重量份的原料：
钛石膏100份；
增塑剂1份；
减水剂0.5份；
水15份。
本发明实施例的颗粒土壤的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方要求称取各原料，将钛石膏、造孔剂、增塑剂、减水剂倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将混合料倒入高速造粒机中，在25m/s的转速边喷水边造粒；
(3)将造好的粒放入50℃的干燥箱中，直至烘干为止；
(4)烘干后的粒经筛分处理后，经一定烧成制度烧结得到颗粒土壤，烧成制度为：以30℃/min升温至600℃，再以5min/℃升温至800℃，最后以2℃/min升温至850℃，并保温40min。
取400ml实施例2制备的颗粒土壤铺在500ml花盆内，将蒜头插在颗粒土壤中，加入150ml水，观察并记录蒜苗的生长情况。
实施例3
一种钛石膏颗粒土壤，包括以下重量份的原料：
钛石膏100份；
造孔剂10份；
增塑剂4份；
减水剂0.2份；
水10份。
本发明实施例的颗粒土壤的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方要求称取各原料，将钛石膏、造孔剂、增塑剂、减水剂倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将混合料倒入高速造粒机中，在35m/s的转速边喷水边造粒；
(3)将造好的粒放入75℃的干燥箱中，直至烘干为止；
(4)烘干后的粒经筛分处理后，经一定烧成制度烧结得到颗粒土壤，烧成制度为：以40℃/min升温至600℃，再以6min/℃升温至800℃，最后以3℃/min升温至900℃，并保温35min。
取400ml实施例3制备的颗粒土壤铺在500ml花盆内，将蒜头插在颗粒土壤中，加入150ml水，观察并记录蒜苗的生长情况。
实施例4
一种钛石膏颗粒土壤，包括以下重量份的原料：
钛石膏100份；
造孔剂35份；
增塑剂10份；
减水剂1.3份；
水25份。
本发明实施例的颗粒土壤的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方要求称取各原料，将钛石膏、造孔剂、增塑剂、减水剂倒入搅拌机中混合均匀得到混合料；
(2)将混合料倒入高速造粒机中，在55m/s的转速边喷水边造粒；
(3)将造好的粒放入100℃的干燥箱中，直至烘干为止；
(4)烘干后的粒经筛分处理后，经一定烧成制度烧结得到颗粒土壤，烧成制度为：以30℃/min升温至600℃，再以5min/℃升温至800℃，最后以2℃/min升温至1000℃，并保温15min。
取400ml实施例1制备的颗粒土壤铺在500ml花盆内，将蒜头插在颗粒土壤中，加入150ml水，观察并记录蒜苗的生长情况。
对比例1
取400ml土壤铺在500ml花盆内，将蒜头插在颗粒土壤中，加入150ml水，在相同的环境下观察并记录蒜苗的生长情况。
将实施例1-4制得的颗粒土壤进行性能测试，并观察实施例1-4和对比例1中的蒜苗培育15天后的株高情况，结果如表1所示。
表1性能测试结果
由表1可知，本发明实施例制得的颗粒土壤具有较好的保水保肥功能，造孔剂高温反应后在颗粒土壤内部留下很多孔隙，提高了颗粒土壤的保水性能，使得颗粒土壤的保水率达到65-80％；同时高温处理后钛石膏反应活性提高，可与增塑剂和造孔剂中的硅铝成分发生胶凝反应，增强土壤颗粒强度，再结合钛石膏自身固结的作用使得颗粒土壤的强度进一步提高，在28mpa下的破碎率小于25％。由于钛石膏原料中富含植物生长所需的钾元素、镁元素和钙元素，使得本发明制备的颗粒土壤可以更好的满足植物生长需求；使用各实施例中制得的颗粒土壤来种植蒜苗，与土壤种植相比，由于其保水保肥透气的特点，植物生长状况较好，进一步说明本发明制得的颗粒土壤可作为栽培基质替代土壤种植农作物。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。