一种土壤调理剂及其制备方法与应用

1.本发明属于固废再利用技术领域，涉及一种土壤调理剂，尤其涉及一种土壤调理剂及其制备方法与应用。


背景技术：

2.粉煤灰是燃煤高温燃烧后产生的飞灰，目前已成为我国产生量最大的工业固体废弃物之一。我国目前年产粉煤灰约6亿吨，综合利用率仅70％左右，每年约1.8亿吨无法利用，只能堆存处理。当前我国粉煤灰的累计堆存量已超过30亿吨，占用土地超过100万亩。此外，由于粉煤灰颗粒很细，易随风飞扬，造成大气粉尘污染，存在较大的安全隐患。因此，如何实现粉煤灰的大宗利用是目前亟需解决的重要问题。
3.土壤调理剂是用于保持或改善植物营养和土壤物理化学性质及生物活性的各种物料。长期以来，我国农业存在化肥过度施用的问题，据统计，我国化肥的亩均施用量高达21.9公斤，远高于亩均8公斤的世界平均水平。化肥的长期过量施用造成了一系列土壤问题，如土壤板结化、盐碱化、土壤团粒结构破坏、保水保肥能力下降以及中微量元素缺失等，这些问题已成为我国粮食安全的潜在威胁。土壤调理剂由于具有打破土壤板结、疏松土壤、增强土壤保水保肥能力、调节土壤ph值及平衡土壤中微量元素等诸多功能，有望替代一部分化肥，从而降低化肥的施用量并起到改良土壤，提高农作物产量的作用，是一种应用前景广阔的新型产品。
4.现有的土壤调理剂制备工艺多以原生矿石为原料，成本较高。粉煤灰作为一种大宗固体废弃物，其主要化学成份与土壤极为相似，同时含有硅、钙、镁、铁、硫、硼、锰、铜、锌、氯等中微量元素，是制备土壤调理剂的良好原料。但是由于粉煤灰经过了高温焙烧过程，其形貌大多为表面致密的细颗粒，与疏松多孔的土壤团粒结构差异巨大，无法起到保水保肥，透气等功能，且其中的化学元素大多为不溶性化合物，活性很低，难以被植物吸收，因此粉煤灰的土壤调理功能并不显著，需要对其进行处理，改变其微观形貌，提高保水保肥性能，并充分活化其中的有益元素，才能转变为土壤调理剂。
5.cn 108641723a公开了一种高碱粉煤灰制备土壤调理剂的方法，所述方法通过将高碱粉煤灰与固体碱混合、研磨、加热后水洗、过滤、烘干，制得的土壤调理剂用来治理土壤重金属污染，但所述方法并未涉及对粉煤灰微观形貌的改变及对有益元素的活化。
6.cn 101724403a公开了一种多功能土壤调理剂及其制备方法，所述方法以粉煤灰、磷石膏和磷矿粉为原料，将三者混合堆放陈化制得土壤调理剂，具有保水、缓释固氮和调节土壤酸碱性等功能，但所述发明未能充分活化粉煤灰中的有益组分，且磷矿粉中的氟可能会造成环境污染。
7.cn 108239536a公开了一种土壤调理剂及其制备方法，所述方法将硅源和钙源混合溶于碱液中，通过水热反应制备土壤调理剂产品。所述土壤调理剂中富含枸溶性二氧化硅，并且兼具土壤保水、吸附土壤重金属离子、降低土壤容重和提高土壤透气性等多重功能。但所述发明仅涉及硅元素，未涉及植物生长所必需的其它中微量元素，也未考虑反应体
系的加热、降温、热量回收、碱液循环利用以及产品微观形貌调控等关键工艺环节技术问题，工艺过程尚不完善。
8.由此可见，如何提供一种土壤调理剂，提升有益元素活化率，改善产品微观结构，强化土壤调理功能与效果，降低生产成本，实现土壤调理剂的连续大规模工业化生产，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于提供一种土壤调理剂及其制备方法与应用，所述制备方法提升了有益元素活化率，改善了产品微观结构，强化了土壤调理功能与效果，降低了生产成本，实现了土壤调理剂的连续大规模工业化生产。
10.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供一种土壤调理剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
12.(1)混合粉煤灰、钙源、氢氧化钾、活化剂与水，搅拌均匀后制得生料浆；
13.(2)将步骤(1)所得生料浆进行水热反应，制得熟料浆，固液分离后得到土壤调理剂。
14.本发明中，所述粉煤灰可以是燃煤锅炉烟气收尘装置收集的粉煤灰，原料来源广泛。粉煤灰经过了高温焙烧过程，其中的化学元素大多为不溶性化合物，如莫来石、刚玉等铝硅酸盐，活性很低，难以被植物吸收，因此粉煤灰的土壤调理功能并不显著。本发明通过将粉煤灰与钙源、氢氧化钾、活化剂和水混合后，进行化学反应，将粉煤灰中的原有物相进行定向转化，使得粉煤灰中的硅、钙、铁、镁及其他中微量有益元素得到有效活化。
15.本发明中，步骤(1)选用氢氧化钾而非氢氧化钠等其他碱类可提升调理剂产品中植物生长所必需的钾元素，并避免钠元素等对植物的危害。
16.优选地，步骤(1)所述钙源包括氢氧化钙、氧化钙、磷酸钙或硫酸钙中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氢氧化钙与氧化钙的组合，氧化钙与磷酸钙的组合，磷酸钙与硫酸钙的组合，氢氧化钙、氧化钙与磷酸钙的组合，或氧化钙、磷酸钙与硫酸钙的组合。
17.本发明中，步骤(1)所述钙源还可以使用其它以氧化钙为主要成分的工业原料或废渣，如石灰、磷石膏、脱硫石膏等，从而进一步降低生产成本。
18.优选地，步骤(1)所述活化剂包括氯化锰、硝酸锰、氯化亚铁、硝酸亚铁、氯化钼、硝酸钼、硫酸铜、硝酸铜、氯化稀土、硝酸稀土、硫酸锌、硝酸锌或氯化锌中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括氯化锰与硝酸锰的组合，硝酸锰与氯化亚铁的组合，氯化亚铁与硝酸亚铁的组合，硝酸亚铁与氯化钼的组合，氯化钼与硝酸钼的组合，硝酸钼与硫酸铜的组合，硫酸铜与硝酸铜的组合，硝酸铜与氯化稀土的组合，氯化稀土与硝酸稀土的组合，硝酸稀土与硫酸锌的组合，硫酸锌与硝酸锌的组合，或硝酸锌与氯化锌的组合。
19.本发明中，所述粉煤灰中的莫来石等铝硅酸盐晶体在结构转化过程中，活化剂中的锰、铁、钼、铜、锌、稀土等低价阳离子会替代一部分si
4+
和al
3+
离子进入转化产物的晶格结构中，一方面使得转化产物晶格结构对称性下降，另一方面由于低价离子取代高价离子后化学键减少，使得晶体中的化学键断裂产生空位，这些都将导致转化产物的结晶度下降，进而大幅提升其中各种元素的化学活性。添加活化剂后，制得的土壤调理剂中的硅、钙、铁、
镁、硼、锌、硫等有益元素的活化率可达到80％以上，且均转化为可被植物吸收的状态。
20.优选地，步骤(1)所述粉煤灰中硅元素与钙源中钙元素的摩尔比为1:(0.7-1.2)，例如可以是1:0.7、1:0.8、1:0.9、1:1、1:1.1或1:1.2，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21.优选地，步骤(1)所述活化剂占粉煤灰与钙源总质量的0.01％-2％，例如可以是0.01％、0.05％、0.1％、0.5％、1％、1.5％或2％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22.优选地，步骤(1)所述生料浆中氢氧化钾的浓度为0.01-1mol/l，例如可以是0.01mol/l、0.05mol/l、0.1mol/l、0.2mol/l、0.4mol/l、0.6mol/l、0.8mol/l或1mol/l，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23.优选地，步骤(1)所述生料浆中固相与液相的比例为1kg:(10-20)l，例如可以是1kg:10l、1kg:12l、1kg:14l、1kg:16l、1kg:18l或1kg:20l，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
24.优选地，步骤(2)所述水热反应的温度为170-240℃，例如可以是170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃或240℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25.优选地，步骤(2)所述水热反应的时间为1-5h，例如可以是1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h或5h，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
26.优选地，步骤(2)所述水热反应伴随着搅拌过程。
27.优选地，所述搅拌过程的转速为10-100rpm，例如可以是10rpm、20rpm、30rpm、40rpm、50rpm、60rpm、70rpm、80rpm、90rpm或100rpm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28.优选地，步骤(2)所述固液分离为过滤。
29.优选地，所述过滤得到的滤液回用于步骤(1)。
30.本发明中，所述过滤得到的滤液回用于步骤(1)的具体方式为混合粉煤灰、钙源、氢氧化钾、活化剂与滤液，搅拌均匀后制得生料浆。
31.优选地，步骤(2)所述固液分离后还包括依次进行的洗涤、烘干与破碎。
32.优选地，所述洗涤得到的洗液回用于步骤(1)。
33.本发明中，所述洗涤得到的洗液回用于步骤(1)的具体方式为混合粉煤灰、钙源、氢氧化钾、活化剂与洗液，搅拌均匀后制得生料浆。
34.本发明中，固液分离后得到的土壤调理剂为强碱性，若不经过洗涤操作会严重影响调理剂的品质，并造成土壤盐碱化。
35.优选地，所述洗涤为在线洗涤。
36.优选地，所述在线洗涤采用两级逆流洗涤或三级逆流洗涤。
37.本发明中，所述在线洗涤具有显著的优势，一方面不需要将滤饼再浆化，大幅降低了对调理剂产品微观形貌的破坏，提高了产品性能，另一方面提高了洗涤效率，节省时间。本发明中，所述在线洗涤所用水量不多于洗涤后滤饼中所含水量，通过控制洗涤所用水量，可实现系统进水量和出水量的平衡，出水全部存在于湿滤饼中，并由滤饼带至烘干系统，以
水蒸汽的形式排出系统，整个系统无废水产生，清洁环保。
38.本发明中，所述洗涤后的滤饼使用皮带输送机输送至烘干装置，应避免使用螺旋输送机等对滤饼具有挤压作用的输送方式，否则易出现滤饼中水份被大量挤出，产品微观形貌被破坏的情况，影响产品质量。
39.优选地，所述烘干的温度为150-250℃，例如可以是150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.优选地，所述烘干后土壤调理剂的含水率为15％-30％，例如可以是15％、16％、18％、20％、22％、24％、26％、28％或30％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41.本发明中，所述烘干采用的装置包括列管式滚筒干燥机、盘式干燥机或空心桨叶式干燥机中的任意一种，以饱和蒸汽、高温空气或燃煤电厂高温尾气作为加热介质，加热介质在干燥机内与滤饼不直接接触，通过热交换实现滤饼的干燥。因调理剂产品中含有一定量的微细颗粒，如采用直接加热的干燥方式，易产生大量粉尘，给收尘设备造成巨大压力，甚至影响设备的顺利运行。此外，直接加热的方式加热介质会与调理剂产品直接接触，易对颗粒微观结构造成破坏，同时有可能对产品造成污染。
42.优选地，所述破碎后土壤调理剂的平均粒度为0.1-1mm，例如可以是0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
43.作为本发明第一方面优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
44.(1)混合粉煤灰、钙源、氢氧化钾、活化剂与水，搅拌均匀后制得生料浆；所述钙源包括氢氧化钙、氧化钙、磷酸钙或硫酸钙中的任意一种或至少两种的组合；所述活化剂包括氯化锰、硝酸锰、氯化亚铁、硝酸亚铁、氯化钼、硝酸钼、硫酸铜、硝酸铜、氯化稀土、硝酸稀土、硫酸锌、硝酸锌或氯化锌中的任意一种或至少两种的组合；所述粉煤灰中硅元素与钙源中钙元素的摩尔比为1:(0.7-1.2)；所述活化剂占粉煤灰与钙源总质量的0.01％-2％；所述生料浆中氢氧化钾的浓度为0.01-1mol/l；所述生料浆中固相与液相的比例为1kg:(10-20)l；
45.(2)将步骤(1)所得生料浆在170-240℃下进行1-5h的水热反应，并伴随着转速为10-100rpm的搅拌过程，制得熟料浆，过滤、洗涤、烘干与破碎后得到土壤调理剂；所述过滤得到的滤液与洗涤得到的洗液回用于步骤(1)；所述烘干的温度为150-250℃，且烘干后土壤调理剂的含水率为15％-30％；所述破碎后土壤调理剂的平均粒度为0.1-1mm。
46.第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的制备方法制备得到的土壤调理剂。
47.优选地，所述土壤调理剂为纤维状晶体相互交织形成的中空多孔结构。
48.优选地，所述土壤调理剂的比表面积为83.3-121.1m2/g，例如可以是83.3m2/g、85m2/g、90m2/g、95m2/g、100m2/g、105m2/g、110m2/g、115m2/g、120m2/g或121.1m2/g，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
49.优选地，所述土壤调理剂的孔隙率为77.2-91.8％，例如可以是77.2％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％或91.8％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
50.本发明中，粉煤灰原料的微观形貌大多为表面致密的细颗粒，与疏松多孔的土壤团粒结构差异巨大，无法起到保水保肥，透气等功能。通过本发明第一方面提供的制备方法，粉煤灰的物相发生了定向转化，其微观结构也由致密的细颗粒转变为具有中空结构的多孔形貌，尤其是活化剂的加入，其中的氯离子、硝酸根、硫酸根阴离子会在反应产物表面产生阴离子吸附效应，从而使得粉煤灰表面能发生改变，反应产物晶体选择性生长，显著促进了长径比更大的纤维状晶须的生长，得到的土壤调理剂具有更大的比表面积和孔隙率，从而具有更好的保水保肥，透气等功能。
51.本发明中，所述土壤调理剂可通过添加氮肥、磷肥或钾肥制备成为复混肥，还可通过造粒设备将土壤调理剂或复混肥制成颗粒状土壤调理剂产品。
52.第三方面，本发明提供一种如第二方面所述的土壤调理剂在调理土壤方面的应用。
53.本发明中，所述土壤调理剂可用于农田、果园、茶园、菜地、林地、草原修复、盐碱地改良及矿山修复等领域，应用领域广泛。
54.优选地，所述应用为每1-5年施加一次土壤调理剂，例如可以是每1年、每2年、每3年、每4年或每5年，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
55.优选地，每次施加量为5-500kg/亩，例如可以是5kg/亩、10kg/亩、50kg/亩、100kg/亩、150kg/亩、200kg/亩、250kg/亩、300kg/亩、350kg/亩、400kg/亩、450kg/亩或500kg/亩，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
56.优选地，每次施加以旋耕、翻耕、穴施或撒施的方式施入土壤，或与种子混合后播入土壤。
57.本发明中，所述土壤调理剂在应用时还可与腐植酸、牛羊粪、酒渣、油渣、醋渣、木屑等按照一定比例进行混合调配，以制得有机质含量更高，功能更加全面的土壤调理剂。
58.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
59.(1)本发明提供的土壤调理剂富含枸溶性元素，其中有效硅含量高达35.3％，有效钙含量高达30.8％，有效钾含量高达1.53％，同时充分活化了粉煤灰中的铁、镁、硼、锌、硫等有益元素，活化率高达80％以上，且均转化为可被植物吸收的形态，为植物生长提供了丰富、均衡的中微量元素，可替代20％以上常规的氮磷钾肥，并使得作物最高可增产30％，此外还具有恢复草场植被的功效；
60.(2)本发明提供的土壤调理剂为纤维状晶体相互交织形成的中空多孔结构，比表面积最高可达121.1m2/g，孔隙率最高可达91.8％，其优良的微观结构使得土壤调理剂可吸收自身重量8倍以上的水，保水时间长达50天以上；其多孔结构还起到了保水保肥，降低土壤容重，提高土壤透气性的作用；
61.(3)本发明提供的土壤调理剂具有比表面积大，内部孔隙结构发达等特点，同时具有一定溶解ca
2+
、sio
32-和oh-的能力，起到了吸附固化土壤中重金属离子的作用，降低了土壤中有效态重金属的含量；
62.(4)本发明提供的土壤调理剂具有吸附co
32-、hco
3-等碱性离子的特性，起到了降低土壤ph的作用，可用于盐碱地的治理；
63.(5)本发明提供的制备方法充分考虑了反应体系的加热、降温、热量回收优化、碱
液循环利用以及产品微观形貌调控等关键工艺环节，工艺过程完善，热量回收充分，工艺过程能耗低，且无废液排放，易于实现大规模连续化生产。
附图说明
64.图1是实施例1提供的制备方法所采用的装置系统示意图。
具体实施方式
65.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
66.实施例1
67.本实施例提供一种土壤调理剂及其制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
68.(1)使用内蒙古呼伦贝尔某电厂粉煤灰，以氧化钙为钙源，以氯化锰和氯化锌为活化剂；首先向配料槽中加入循环溶液(滤液与洗液)，并加入氢氧化钾调整其浓度为0.5mol/l，制得碱液；按照固相和液相的比例为1kg:13l向碱液中加入氧化钙和粉煤灰，并保证粉煤灰中硅元素与氧化钙中钙元素的摩尔比为1:0.9，同时按照粉煤灰和氧化钙总质量的0.05％加入活化剂，其中氯化锰和氯化锌的质量比为3:1，搅拌均匀后制得成生料浆；
69.(2)用柱塞泵将步骤(1)所得生料浆送入一级换热器中，与来自反应釜的熟料浆进行等流量换热，使得生料浆预热，再进入二级换热器中与饱和蒸汽进行换热，使得生料浆升温至220℃；将升至设定温度的生料浆送入带有搅拌和保温功能的反应釜中进行水热反应，在搅拌转速为70rpm条件下停留反应3h，使生料浆转变为熟料浆，再送入上述一级换热器中与来自配料槽的生料浆进行换热，使得熟料浆温度降至70℃以下，再通过孔板节流装置降压至0.4mpa以下后放入缓冲槽中；用柱塞泵将缓冲槽中的熟料浆送入带有在线洗涤功能的箱式压滤机中进行固液分离，分离出的滤液进入滤液储槽，用与滤饼所含水量相同量的清水对滤饼进行在线洗涤，洗液进入洗液储槽，滤液和洗液用柱塞泵送回配料槽中作为循环溶液使用；洗涤后的滤饼通过皮带输送机输送至列管式滚筒干燥机中，以饱和蒸汽为热源，在200℃下烘干至含水率为22％后，再进入破碎机破碎至粒度为0.5
±
0.2mm，即得粉末状土壤调理剂产品。
70.采用农业行业标准ny/t 2272-2012的方法进行测定，制得的土壤调理剂产品中有效硅含量为35.1％，有效钙含量为30.5％，有效钾含量为1.53％，铁、镁、硼、锌、硫等有益元素的活化率均达80％以上。此外，本实施例提供的土壤调理剂比表面积为121.1m2/g，孔隙率为91.8％。
71.实施例2
72.本实施例提供一种土壤调理剂及其制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
73.(1)使用内蒙古呼伦贝尔某电厂粉煤灰，以氧化钙为钙源，以氯化锰为活化剂；首先向配料槽中加入循环溶液(滤液与洗液)，并加入氢氧化钾调整其浓度为0.2mol/l，制得碱液；按照固相和液相的比例为1kg:15l向碱液中加入氧化钙和粉煤灰，并保证粉煤灰中硅元素与氧化钙中钙元素的摩尔比为1:0.7，同时按照粉煤灰和氧化钙总质量的1％加入活化
剂，搅拌均匀后制得成生料浆；
74.(2)用隔膜泵将步骤(1)所得生料浆送入一级换热器中，与来自反应釜的熟料浆进行等流量换热，使得生料浆预热，再进入二级换热器中与饱和蒸汽进行换热，使得生料浆升温至190℃；将升至设定温度的生料浆送入带有搅拌和保温功能的反应釜中进行水热反应，在搅拌转速为50rpm条件下停留反应2.5h，使生料浆转变为熟料浆，再送入上述一级换热器中与来自配料槽的生料浆进行换热，使得熟料浆温度降至60℃以下，再通过孔板节流装置降压至0.4mpa以下后放入缓冲槽中；用隔膜泵将缓冲槽中的熟料浆送入带有在线洗涤功能的板框压滤机中进行固液分离，分离出的滤液进入滤液储槽，用与滤饼所含水量相同量的清水对滤饼进行在线洗涤，洗液进入洗液储槽，滤液和洗液用隔膜泵送回配料槽中作为循环溶液使用；洗涤后的滤饼通过皮带输送机输送至列管式滚筒干燥机中，以饱和蒸汽为热源，在180℃下烘干至含水率为18％后，再进入破碎机破碎至粒度为0.8
±
0.2mm，即得粉末状土壤调理剂产品。
75.采用农业行业标准ny/t 2272-2012的方法进行测定，制得的土壤调理剂产品中有效硅含量为35.3％，有效钙含量为30.8％，有效钾含量为1.52％，铁、镁、硼、锌、硫等有益元素的活化率均达80％以上。此外，本实施例提供的土壤调理剂比表面积为120.5m2/g，孔隙率为90.2％。
76.实施例3
77.本实施例提供一种土壤调理剂及其制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
78.(1)使用内蒙古锡林浩特某电厂粉煤灰，以氢氧化钙为钙源，以硝酸锰和氯化亚铁为活化剂；首先向配料槽中加入循环溶液(滤液与洗液)，并加入氢氧化钾调整其浓度为0.01mol/l，制得碱液；按照固相和液相的比例为1kg:20l向碱液中加入氢氧化钙和粉煤灰，并保证粉煤灰中硅元素与氢氧化钙中钙元素的摩尔比为1:1，同时按照粉煤灰和氢氧化钙总质量的2％加入活化剂，其中硝酸锰和氯化亚铁的质量比为1:1，搅拌均匀后制得成生料浆；
79.(2)用螺杆泵将步骤(1)所得生料浆送入一级换热器中，与来自反应釜的熟料浆进行等流量换热，使得生料浆预热，再进入二级换热器中与饱和蒸汽进行换热，使得生料浆升温至210℃；将升至设定温度的生料浆送入带有搅拌和保温功能的反应釜中进行水热反应，在搅拌转速为10rpm条件下停留反应5h，使生料浆转变为熟料浆，再送入上述一级换热器中与来自配料槽的生料浆进行换热，使得熟料浆温度降至75℃以下，再通过孔板节流装置降压至0.4mpa以下后放入缓冲槽中；用螺杆泵将缓冲槽中的熟料浆送入带有在线洗涤功能的带式过滤机中进行固液分离，分离出的滤液进入滤液储槽，用与滤饼所含水量相同量的清水对滤饼进行在线洗涤，洗液进入洗液储槽，滤液和洗液用螺杆泵送回配料槽中作为循环溶液使用；洗涤后的滤饼通过皮带输送机输送至盘式干燥机中，以高温空气为热源，在150℃下烘干至含水率为20％后，再进入破碎机破碎至粒度为0.6
±
0.2mm，即得粉末状土壤调理剂产品。
80.采用农业行业标准ny/t 2272-2012的方法进行测定，制得的土壤调理剂产品中有效硅含量为34.7％，有效钙含量为29.3％，有效钾含量为1.43％，铁、镁、硼、锌、硫等有益元素的活化率均达80％以上。此外，本实施例提供的土壤调理剂比表面积为83.3m2/g，孔隙率
为77.2％。
81.实施例4
82.本实施例提供一种土壤调理剂及其制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
83.(1)使用宁夏石嘴山某电厂粉煤灰，以氧化钙和硫酸钙为钙源，以氯化稀土、硝酸钼和硝酸亚铁为活化剂；首先向配料槽中加入循环溶液(滤液与洗液)，并加入氢氧化钾调整其浓度为1mol/l，制得碱液；按照固相和液相的比例为1kg:10l向碱液中加入氧化钙、硫酸钙和粉煤灰，并保证粉煤灰中硅元素与氧化钙和硫酸钙中钙元素的摩尔比为1:1.2，同时按照粉煤灰、氧化钙和硫酸钙总质量的0.1％加入活化剂，其中氯化稀土、硝酸钼和硝酸亚铁的质量比为2:1:2，搅拌均匀后制得成生料浆；
84.(2)用离心泵将步骤(1)所得生料浆送入一级换热器中，与来自反应釜的熟料浆进行等流量换热，使得生料浆预热，再进入二级换热器中与饱和蒸汽进行换热，使得生料浆升温至170℃；将升至设定温度的生料浆送入带有搅拌和保温功能的反应釜中进行水热反应，在搅拌转速为100rpm条件下停留反应1h，使生料浆转变为熟料浆，再送入上述一级换热器中与来自配料槽的生料浆进行换热，使得熟料浆温度降至90℃以下，再通过孔板节流装置降压至0.4mpa以下后放入缓冲槽中；用离心泵将缓冲槽中的熟料浆送入带有在线洗涤功能的翻盘过滤机中进行固液分离，分离出的滤液进入滤液储槽，用与滤饼所含水量相同量的清水对滤饼进行在线洗涤，洗液进入洗液储槽，滤液和洗液用离心泵送回配料槽中作为循环溶液使用；洗涤后的滤饼通过皮带输送机输送至真空桨叶干燥机中，以燃煤电厂高温尾气为热源，在250℃下烘干至含水率为15％后，再进入破碎机破碎至粒度为0.3
±
0.2mm，即得粉末状土壤调理剂产品。
85.采用农业行业标准ny/t 2272-2012的方法进行测定，制得的土壤调理剂产品中有效硅含量为33.9％，有效钙含量为28.9％，有效钾含量为1.35％，铁、镁、硼、锌、硫等有益元素的活化率均达80％以上。此外，本实施例提供的土壤调理剂比表面积为113.9m2/g，孔隙率为87.9％。
86.实施例5
87.本实施例提供一种土壤调理剂及其制备方法，如图1所示，所述制备方法包括以下步骤：
88.(1)使用内蒙古锡林浩特某电厂粉煤灰，以氧化钙和磷酸钙为钙源，以硫酸铜、氯化钼和硝酸锌为活化剂；首先向配料槽中加入循环溶液(滤液与洗液)，并加入氢氧化钾调整其浓度为0.05mol/l，制得碱液；按照固相和液相的比例为1kg:18l向碱液中加入氧化钙、磷酸钙和粉煤灰，并保证粉煤灰中硅元素与氧化钙和磷酸钙中钙元素的摩尔比为1:1.1，同时按照粉煤灰、氧化钙和磷酸钙总质量的0.01％加入活化剂，其中硫酸铜、氯化钼和硝酸锌的质量比为1:2:1，搅拌均匀后制得成生料浆；
89.(2)用软管泵将步骤(1)所得生料浆送入一级换热器中，与来自反应釜的熟料浆进行等流量换热，使得生料浆预热，再进入二级换热器中与饱和蒸汽进行换热，使得生料浆升温至240℃；将升至设定温度的生料浆送入带有搅拌和保温功能的反应釜中进行水热反应，在搅拌转速为30rpm条件下停留反应4h，使生料浆转变为熟料浆，再送入上述一级换热器中与来自配料槽的生料浆进行换热，使得熟料浆温度降至90℃以下，再通过孔板节流装置降
压至0.4mpa以下后放入缓冲槽中；用软管泵将缓冲槽中的熟料浆送入带有在线洗涤功能的加压过滤机中进行固液分离，分离出的滤液进入滤液储槽，用与滤饼所含水量相同量的清水对滤饼进行在线洗涤，洗液进入洗液储槽，滤液和洗液用软管泵送回配料槽中作为循环溶液使用；洗涤后的滤饼通过皮带输送机输送至盘式干燥机中，以高温空气为热源，在220℃下烘干至含水率为30％后，再进入破碎机破碎至粒度为0.7
±
0.2mm，即得粉末状土壤调理剂产品。
90.采用农业行业标准ny/t 2272-2012的方法进行测定，制得的土壤调理剂产品中有效硅含量为33.5％，有效钙含量为28.4％，有效钾含量为1.31％，铁、镁、硼、锌、硫等有益元素的活化率均达80％以上。此外，本实施例提供的土壤调理剂比表面积为113.3m2/g，孔隙率为87.2％。
91.实施例6
92.本实施例提供一种颗粒状复混肥及其制备方法，所述制备方法为：调整实施例5的烘干过程，使得滤饼烘干后含水量为35％，再进入破碎机破碎至粒度为0.7
±
0.2mm，然后与氮磷钾复合肥(npk20-20-20)按照质量比1：1混合，送入圆盘造粒机中造粒，造粒后经烘干机烘干至含水率15％；然后采用筛分机筛分出粒径为3
±
2mm的颗粒作为成品；小于1mm的颗粒返回造粒机，大于5mm的颗粒经粉碎机粉碎后返回造粒机。本实施例所得颗粒状复混肥中(n+p2o5+k2o)的质量分数为33.6％。
93.实施例7
94.本实施例提供一种土壤调理剂及其制备方法，所述制备方法中除了步骤(2)由配料槽出来的生料浆与来自反应釜的熟料浆未进行换热，而是直接采用饱和蒸汽加热生料浆至190℃，用冷却水冷却熟料浆至60℃，其余条件均与实施例2相同，故在此不做赘述。
95.经测算，本实施例制得每吨土壤调理剂产品的蒸汽消耗量增加至实施例2方案的2.4倍，能量消耗大幅增加。
96.实施例8
97.本实施例提供一种土壤调理剂及其制备方法，所述制备方法中除了步骤(2)熟料浆经板框压滤机过滤后，未采用在线洗涤方式，而是采用浆化洗涤后再次过滤的方式脱除滤饼中夹带的碱性溶液，其余条件均与实施例2相同，故在此不做赘述。
98.结果表明，本实施例所得土壤调理剂产品的微观形貌显著被破坏。本实施例提供的土壤调理剂比表面积为85.9m2/g，孔隙率为75.9％，与实施例2相比显著降低。
99.对比例1
100.本对比例提供一种土壤调理剂及其制备方法，所述制备方法中除了步骤(1)未加入活性剂氯化锰，其余条件均与实施例2相同，故在此不做赘述。
101.采用农业行业标准ny/t 2272-2012的方法进行测定，制得的土壤调理剂产品中有效硅含量为30.1％，有效钙含量为25.6％，有效钾含量为1.26％，铁、镁、硼、锌、硫等有益元素的活化率均低于75％。此外，本对比例提供的土壤调理剂比表面积为97.6m2/g，孔隙率为80.4％。
102.由此可见，在未加入活化剂的条件下，本对比例所得土壤调理剂产品各项指标均显著低于实施例2。
103.应用例1
104.本应用例应用实施例1提供的土壤调理剂作为原料，模拟田间环境，在实验室中验证其保水性能。土壤对照组花盆装填22.5cm厚的土壤，实验组花盆底部装填10cm厚的土壤，其上装填2.5cm厚的土壤调理剂，上部再装填10cm厚的土壤。土壤对照组和实验组花盆中加入相同质量的水，并保证水没有漏出，将样品放置在室温，相对湿度50
±
10的环境中，通过定期称重方式考察各样品的失水情况。放置29天后，对照土壤样品含水20％，而施加调理剂样品含水33％。放置50天后，对照土壤样品中水份全部流失，而施加调理剂样品仍含水15％。
105.应用例2
106.本应用例将实施例2提供的土壤调理剂应用于调理土壤，施用地为内蒙古某地，施加量为50kg/亩，采用旋耕机以旋耕方式施入耕层土壤中作为底肥使用，施用频率为每1年施加一次，施用后按照常规方式轮作小麦和甘蓝菜。
107.土壤调理剂施入土壤1年后，取耕层土壤进行测试，土壤容重由1.5g/cm3降低至1.29g/cm3，田间持水量由20.93％升高至25.52％，说明调理剂具有显著的疏松土壤和保水的作用。
108.与未施加上述土壤调理剂的地块相比，在常规氮磷钾肥减量20％的条件下，施加调理剂的地块小麦增产18％，甘蓝菜增产30％。
109.应用例3
110.本应用例将实施例3提供的土壤调理剂应用于调理土壤，施用地为内蒙古某地，施加量为5kg/亩，将调理剂与玉米种子混合后由播种机一起施入耕层土壤中，施用频率为每3年施加一次。
111.土壤调理剂施入土壤半年后，取耕层土壤进行测试，土壤容重由1.67g/cm3降低至1.51g/cm3，田间持水量由23.1％升高至25.6％，说明调理剂具有显著的疏松土壤和保水的作用。
112.与未施加上述土壤调理剂的地块相比，在常规氮磷钾肥减量40％的条件下，施加调理剂的地块玉米增产15％。
113.分别从未施加土壤调理剂和施加土壤调理剂的地块取根际土壤样品，晾干，粉碎过筛后采用微波消解-电感耦合等离子体质谱的方法测定有效态重金属cd、hg、as的含量，结果表明，施加土壤调理剂的地块根际土壤样品中有效态重金属cd、hg、as的含量分别下降了21.5％、15.7％和32.8％。
114.应用例4
115.本应用例应用实施例4提供的土壤调理剂对某地盐碱地进行调理，施用地块为极强碱性(土壤ph＝10.41)、极重盐土(土壤可溶性盐含量为6.33g/kg)。施加量为500kg/亩，施用频率为每2年施加一次，采用撒施后以翻耕机翻耕的方式施入耕层土壤中作为底肥使用，施用后按照常规方式种植玉米。施加土壤调理剂的地块玉米出苗率可达70％，而未施加的地块出苗率接近于0。
116.在一季玉米收获后，土壤ph降至8.86，土壤可溶性盐含量降至2.69g/kg，接近于正常土壤的水平。
117.应用例5
118.本应用例应用实施例5提供的土壤调理剂对内蒙古某地退化草原进行调理，施加
量为200kg/亩，采用穴施的方式将调理剂分散施加于实验场地中，施用频率为每5年施加一次，施用后按照常规方式播种草籽。
119.经过两年的调理后，与未施加土壤调理剂的地块相比，施加土壤调理剂的地块，草原植被覆盖率由31.2％提高至55.6％，草原生态功能和生产功能显著提升。
120.由此可见：本发明提供的土壤调理剂富含枸溶性元素，其中有效硅含量高达35.3％，有效钙含量高达30.8％，有效钾含量高达1.53％，同时充分活化了粉煤灰中的铁、镁、硼、锌、硫等有益元素，活化率高达80％以上，且均转化为可被植物吸收的形态，为植物生长提供了丰富、均衡的中微量元素，可替代20％以上常规的氮磷钾肥，并使得作物最高可增产30％，此外还具有恢复草场植被的功效；本发明提供的土壤调理剂为纤维状晶体相互交织形成的中空多孔结构，比表面积最高可达121.1m2/g，孔隙率最高可达91.8％，其优良的微观结构使得土壤调理剂可吸收自身重量8倍以上的水，保水时间长达50天以上；其多孔结构还起到了保水保肥，降低土壤容重，提高土壤透气性的作用；本发明提供的土壤调理剂具有比表面积大，内部孔隙结构发达等特点，同时具有一定溶解ca
2+
、sio
32-和oh-的能力，起到了吸附固化土壤中重金属离子的作用，降低了土壤中有效态重金属的含量；本发明提供的土壤调理剂具有吸附co
32-、hco
3-等碱性离子的特性，起到了降低土壤ph的作用，可用于盐碱地的治理；本发明提供的制备方法充分考虑了反应体系的加热、降温、热量回收优化、碱液循环利用以及产品微观形貌调控等关键工艺环节，工艺过程完善，热量回收充分，工艺过程能耗低，且无废液排放，易于实现大规模连续化生产。
121.申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。