专利名称：一种用于控制土壤中磷流失的组合物及其制备方法
技术领域：
本发明涉及水污染控制技术领域，尤其涉及一种用于控制土壤中磷流失的组合物及其制备方法。
背景技术：
随着环境污染治理力度的加大，我国水环境的点源污 染已经得到了有效的控制和治理，水环境的质量有了一定程度的改善，但是，其改善的程度总体来说并不明显。究其原因，在点源污染得到有效控制以后，面源污染成为新的污染源，尤其是农业面源污染造成的水环境污染问题没有受到更多地关注，如农业上磷肥的使用可以促进作物生长，提高作物产量和品质，但是持续的高施用磷肥量会导致土壤中磷的含量过剩，过量的磷在土壤中容易随着地表径流流失到附近的水体中，引起水体的富营养化，从而污染水环境。目前，控制土壤中磷流失的主要方法是源头控制和表面径流的迁移控制，如减少施肥量、化学修复土壤、改变耕作方式和设置缓冲带等方法。其中，化学修复土壤是一种相对简单易行、能够大规模使用的方法，即采用氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铝和氯化铝等化合物，对土壤中的磷起到固定作用，从而控制土壤中磷的流失。但是上述化合物通常价格昂贵，难以在实际应用中大规模推广，因此，寻求质优价廉磷的固定剂是解决农业面源污染中土壤磷素流失问题的关键之一。赤泥(Red Mud)是从铝土矿中提炼氧化铝的生产过程中产生的残渣，为红色泥状废料，又称红泥，含有丰富的铁、铝和钙的氧化物等成分。赤泥一般可作为水泥生产材料、塑料填料和硅肥等来应用，也可以对被重金属离子、有毒非金属离子、有机氯、染料、颜料等污染的水体和土壤进行修复，还可以用于清除废水中的磷酸盐和固定土壤中的磷等。虽然赤泥对磷具有一定的固定作用，可应用于控制土壤中磷的流失，但是单独应用赤泥的应用效果较差，土壤中磷的浸出量较多，不利于其大规模推广应用。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于控制土壤中磷流失的组合物及其制备方法，本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物的应用效果较好，价格低廉，利于大规模推广应用。本发明提供了一种用于控制土壤中磷流失的组合物，包含赤泥；复配剂，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。优选的，所述复配剂为磷石膏或硫酸亚铁。优选的，所述赤泥与所述复配剂的质量比为I : (O. I I)。优选的，所述用于控制土壤中磷流失的组合物的粒径小于2_。本发明还提供了一种用于控制土壤中磷流失的组合物的制备方法，包括以下步骤
将赤泥和复配剂混合，得到用于控制土壤中磷流失的组合物，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。优选的，所述复配剂为磷石膏或硫酸亚铁。优选的，所述赤泥与所述复配剂的质量比为I : (O. I I)。优选的，所述用于控制土壤中磷流失的组合物的粒径小于2mm。与现有技术相比，本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物包含赤泥和复配剂，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物包含赤泥，所述赤泥对磷具有一定的固定作用；本发明以含钙或含铁的酸性物质为复配齐U，将其与所述赤泥复配，所述复配剂为酸性物质，能够对所述赤泥起到一定的中和作用，使所述赤泥对磷起到更好的固定作用；同时所述复配剂能够提供钙离子或铁离子，使得所述赤泥和所述复配剂协同作用，进一步促进了对土壤中磷的固定，从而更好地控制土壤中磷的流失。实验结果显示，当以 ο吨/公顷的施用量应用本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物时，土壤中磷的浸出量在4. 5毫克/千克以下，表明本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物具有较好的应用效果。另外，本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物不但价格低廉、利于环保，而且其制备方法简便易行，利于大规模推广应用。
具体实施例方式为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。本发明提供了一种用于控制土壤中磷流失的组合物，包含赤泥；复配剂，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。农业上使用磷肥促进作物生长，提高作物产量，但是长期施用过量磷肥会使土壤中含磷过多，过多的磷在土壤中容易随着地表径流流失到附近的水体中。根据对太湖地区的研究资料显示，在作物生长的季节里，不施磷肥时，通过地表径流损失的磷的总量仅为102g/hm2 150g/hm2,而当施用300g/hm2磷肥时,通过地表径流损失的磷的总量可达270g/hm2 670g/hm2。长期施用过量磷肥不仅造成磷肥资源的大量浪费、影响作物品质，而且由广泛流失的磷引起的水环境污染问题也越来越严重，因而如何控制土壤中磷流失已成为当前优先考虑的环境问题之一。目前，在控制土壤中磷流失的众多方法中，化学修复土壤的方法相对简单易行，即采用铁、铝或钙的化合物与土壤中的磷进行化学反应和物理吸附，从而固定土壤中的磷，控制其从土壤中流失。 本发明主要以赤泥和复配剂组成用于控制土壤中磷流失的组合物，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质，所述用于控制土壤中磷流失的组合物不但具有较好的应用效果，而且价格低廉、利于环保。在本发明中，所述用于控制土壤中磷流失的组合物包含赤泥，所述赤泥为从铝土矿中提炼氧化铝的生产过程中产生的红色泥状废料，属碱性残渣，其主要成分为铁、铝和钙的氧化物等，能够在一定 程度上起到固定土壤中磷的作用。根据氧化铝的不同的生产方法，所述赤泥可分为烧结法赤泥、联合法赤泥和拜耳法赤泥，其中，采用烧结法提炼氧化铝时，首先必须在原料铝矾土中配合一定量的碳酸钠，然后在回转窑内经高温煅烧制成以铝酸钠为主要矿物的中间产品，再经溶解、结晶和焙烧等工序制得氧化铝，溶解后分离出的废料即是烧结法赤泥；采用拜耳法提炼氧化铝时，加入氢氧化钠溶出高铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿，在此过程中，作为主要原料的铝矾土不经高温煅烧环节而直接经溶解、分离、结晶和焙烧等工序制得氧化铝，溶解后分离出的废料为拜耳法赤泥；而联合法提炼氧化铝是拜耳法和烧结法的联合使用，所得废料即为联合法赤泥。在本发明中，所述赤泥优选为烧结法赤泥，效果更佳。所述用于控制土壤中磷流失的组合物包含复配剂，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质，本发明将所述含钙或含铁的酸性物质与所述赤泥进行复配，能够对所述赤泥起到一定的中和作用，使所述赤泥对土壤中的磷起到更好的固定作用；同时所述含钙或含铁的酸性物质能够提供钙离子或铁离子，使得其与所述赤泥协同作用，更加促进对土壤中磷的固定，从而更为有效地控制土壤中磷的流失。在本发明中，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质，优选为磷石膏或硫酸亚铁，更优选为磷石膏，其中，所述磷石膏是湿法生产磷酸过程中的副产物，主要成分为二水硫酸钙和其他杂质如磷酸、铁铝氧化物等，本发明对所述磷石膏的来源没有特殊限制；所述硫酸亚铁可以从市场上购买得到，也可以由硫酸法生产稀有金属产品过程中产出的副产品提纯得到，本发明优选采用硫酸法生产稀有金属产品过程中产出的副产品提纯得到的硫酸亚铁。 在本发明中，所述赤泥和所述复配剂均可采用生产废料，不但价格低廉，而且对生产废料进行利用也利于环保。本发明对所述赤泥的粒径没有特殊限制，所述赤泥的粒径优选小于2mm，更优选小于I. 5mm,最优选为O. 5mm I. Omm ;本发明对所述复配剂的粒径没有特殊限制,所述复配剂的粒径优选小于2mm,更优选小于I. 5mm,最优选为O. 5mm I. Omm ;所述赤泥与所述复配剂组成的用于控制土壤中磷流失的组合物的粒径优选小于2mm，更优选小于I. 5mm，最优选为O. 5mm I. Omm0本发明对所述赤泥与所述复配剂的质量比没有特殊限制，所述赤泥与所述复配剂的质量比优选为I : (O. I I)，更优选为I : O. 5。本发明还提供了一种用于控制土壤中磷流失的组合物的制备方法，包括以下步骤将赤泥和复配剂混合，得到用于控制土壤中磷流失的组合物，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。本发明主要以赤泥和含钙或含铁的酸性物质为原料，制备得到用于控制土壤中磷流失的组合物，所述用于控制土壤中磷流失的组合物不但应用效果较好、制备方法简便，而且其价格低廉、利于环保。本发明将赤泥和含钙或含铁的酸性物质优选采用搅拌机器混合，得到用于控制土壤中磷流失的组合物。本发明以赤泥为原料之一，所述赤泥为从铝土矿中提炼氧化铝的生产过程中产生的红色泥状废料，属碱性残渣，其主要成分为铁、铝和钙的氧化物等，能够在一定程度上起到固定土壤中磷的作用。根据氧化铝的不同的生产方法，所述赤泥可分为烧结法赤泥、联合法赤泥和拜耳法赤泥，其中，采用烧结法提炼氧化铝时，首先必须在原料铝矾土中配合一定量的碳酸钠，然后在回转窑内经高温煅烧制成以铝酸钠为主要矿物的中间产品，再经溶解、结晶和焙烧等工序制得氧化铝，溶解后分离出的废料即是烧结法赤泥；采用拜耳法提炼氧化铝时，加入氢氧化钠溶出高铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿，在此过程中，作为主要原料的铝矾土不经高温煅烧环节而直接经溶解、分离、结晶和焙烧等工序制得氧化铝，溶解后分离出的废料为拜耳法赤泥；而提炼氧化铝的联合法是拜耳法和烧结法的联合使用，所得废料即为联合法赤泥。在本发明中，所述赤泥优选为烧结法赤泥，效果更佳。本发明以复配剂为另一原料，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质，本发明将所述含钙或含铁的酸性物质与所述赤泥进行复配，能够对所述赤泥起到一定的中和作用，使所述赤泥对土壤中的磷起到更好的固定作用；同时所述含钙或含铁的酸性物质能够提供钙离子或铁离子，使得其与所述赤泥协同作用，更加促进对土壤中磷的固定，从而更为有效地控制土壤中磷的流失。在本发明中，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质，优选为磷石膏或硫酸亚铁，更优选为磷石膏，其中，所述磷石膏是湿法生产磷酸过程中的副产物，主要成分为二水硫酸钙和其他杂质如磷酸、铁铝氧化物等，本发明对所述磷石膏的来源没有特殊限制；所述硫酸亚铁可以从市场上购买得到，也可以由硫酸法生产稀有金属产品过程中产出的副产品提纯得到，本发明优选采用硫酸法生产稀有金属产品过程中产出的副产品提纯得到的硫酸亚铁。在本发明中，所述赤泥和所述复配剂均可采用生产废料，不但价格低廉，而且对生产废料进行利用也利于环保。混合上述两种原料时，本发明对所述混合没有特殊限制，所述混合可以包括将赤泥、复配剂分别粉碎，分别得到粉状的赤泥、粉状的复配剂；将得到的粉状的赤泥和粉状的复配剂混合、搅拌。所述混合也可以包括将赤泥、复配剂混合，得到混合物；将混合物进行粉碎、搅拌。其中，本发明对所述赤泥的粒径没有特殊限制，所述赤泥的粒径优选小于2mm，更优选小于I. 5mm,最优选为O. 5mm I. Omm ;本发明对所述复配剂的粒径没有特殊限制,所述复配剂的粒径优选小于2mm,更优选小于I. 5mm,最优选为O. 5mm I. Omm ;所述赤泥与所述复配剂组成的用于控制土壤中磷流失的组合物的粒径优选小于2mm,更优选小于I. 5mm,最优选为O. 5mm I. 0mm。本发明对所述赤泥与所述复配剂的质量比没有特殊限制，所述赤泥与所述复配剂 的质量比优选为I : (O. I I)，更优选为I : O. 5。得到用于控制土壤中磷流失的组合物后，本发明对其的应用效果进行测试。测试结果显示，当以10吨/公顷的施用量应用本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物时，土壤中磷的浸出量在4.5毫克/千克以下，表明本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物具有较好的应用效果，利于大规模推广应用为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物及其制备方法进行详细地描述。以下各实施例中，赤泥由山东铝业公司提供，磷石膏由山东莱州金兴化工有限责任公司提供。实施例I按照I : I的质量比，将赤泥和磷石膏用搅拌机器混合，得到粒径小于2mm的用于控制土壤中磷流失的组合物。得到用于控制土壤中磷流失的组合物后，分别以10吨/公顷、30吨/公顷和50吨/公顷的施用量，将其均匀地掺混到长期施用磷肥的IOcm以内的表层土壤中，根据我国环境保护标准HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》进行磷的浸出实验，评估所得组合物固定土壤中磷的应用效果。实验结果显示，土壤中磷的浸出量分别为2. 56毫克/千克、I. 82晕克/千克和I. 70晕克/千克，结果如表I所不，表I为本发明实施例I、实施例2和比较例的固定土壤中磷的应用效果。实施例2按照I : I的质量比，将赤泥和硫酸亚铁用搅拌机器混合，得到粒径小于2mm的用于控制土壤中磷流失的组合物。得到用于控制土壤中磷流失的组合物后，分别以10吨/公顷、30吨/公顷和50吨/公顷的施用量，按照实施例I的实验方法评估所得组合物固定土壤中磷的应用效果，得到土壤中憐的浸出量分别为3. 81晕克/千克、2. 43晕克/千克和I. 98晕克/千克，结果如表I所示。实施例3按照I : O. I的质量比，将赤泥和磷石膏用搅拌机器混合，得到粒径小于2mm的用于控制土壤中磷流失的组合物。得到用于控制土壤中磷流失的组合物后，以10吨/公顷的施用量，按照实施例I的实验方法评估所得组合物固定土壤中磷的应用效果，得到土壤中磷的浸出量为4. 13毫克/千克。比较例单独采用赤泥控制土壤中磷的流失时，分别以10吨/公顷、30吨/公顷和50吨/公顷的施用量，按照实施例I的实验方法评估赤泥固定土壤中磷的应用效果。实验结果显不，土壤中憐的浸出量分别为12. 13晕克/千克、3. 99晕克/千克和I. 98晕克/千克，结果如表I所示。表I本发明实施例I、实施例2和比较例的固定土壤中磷的应用效果
权利要求
1.一种用于控制土壤中磷流失的组合物，包含 赤泥； 复配剂，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。
2.根据权利要求I所述的用于控制土壤中磷流失的组合物，其特征在于，所述复配剂为磷石膏或硫酸亚铁。
3.根据权利要求I所述的用于控制土壤中磷流失的组合物，其特征在于，所述赤泥与所述复配剂的质量比为I : (O. I I)。
4.根据权利要求I所述的用于控制土壤中磷流失的组合物，其特征在于，所述用于控制土壤中磷流失的组合物的粒径小于2mm。
5.一种用于控制土壤中磷流失的组合物的制备方法，包括以下步骤 将赤泥和复配剂混合，得到用于控制土壤中磷流失的组合物，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述复配剂为磷石膏或硫酸亚铁。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述赤泥与所述复配剂的质量比为1 (0. 0 0)。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述用于控制土壤中磷流失的组合物的粒径小于2mm。
全文摘要
本发明提供了一种用于控制土壤中磷流失的组合物，包含赤泥；复配剂，所述复配剂为含钙或含铁的酸性物质。本发明以含钙或含铁的酸性物质为复配剂，将其与赤泥复配，所述复配剂为酸性物质，能够对所述赤泥的碱性起到一定的中和作用，使其对磷起到更好的固定作用；同时所述复配剂能够提供钙离子或铁离子，使其与所述赤泥协同作用，进一步促进了对磷的固定，从而更好地控制土壤中磷的流失，即本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物具有较好的应用效果。另外，本发明提供的用于控制土壤中磷流失的组合物不但价格低廉、利于环保，而且其制备方法简便易行，利于大规模推广应用。本发明还提供了一种用于控制土壤中磷流失的组合物的制备方法。
文档编号C09K17/06GK102618291SQ20121006734
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者刘志梅, 徐愿坚, 杨舒, 梁震 申请人:重庆绿色智能技术研究院