一种酸性土壤调理剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土壤改良领域，具体涉及一种酸性土壤调理剂及其制备方法。
技术背景
[0002]我国存在着广大的酸性土壤，长江以南的红壤、砖红壤、赤红壤、棕红壤均为酸性土壤。由于多雨高温的气候因素，土壤中的钙镁盐基物质遭到不断淋洗，同时导致土壤富铝化。又由于我国工业化进程加快导致酸沉降增加，向大气排放的大量酸性气体大部分形成酸雨进入土壤。还由于在农业种植中大量施用产酸的化学肥料，而不重视补充作物收获所移走的土壤碱基物质。因此，我国南方地区原本存在的大片酸性土壤，其酸性程度在不断加剧。近年来，我国北方地区也出现了面积相当大的酸化土壤，主要表现在集约化种植的果园、蔬菜基地以及温室大棚。土壤酸化已经成为制约我国农业生产的重要因素。
[0003]施用钙质石灰性物质是改良酸性土壤的传统做法，其中包括石灰石粉(碳酸钙)、生石灰(氧化钙)、熟石灰(氢氧化钙)，这些物质对改良酸性土壤具有明显的效果，尤其是生石灰和熟石灰对酸性较强的土壤有更快的反应速率。然而，纯钙质石灰性物质不含镁元素，元素的单一性影响了它更好地发挥作用。
[0004]众所周知，南方地区红壤类酸性土壤，不仅缺钙元素，而且镁元素同样非常缺乏，植物生长期对钙和镁需求往往都处于“饥饿”状态，因此仅仅补钙是不够的。科学研究已经揭示，酸性土壤改良中必须重视钙镁之间的关系。由于钙和镁之间在土壤胶体上存在某种竞争和拮抗的关系，如果对酸性土壤施用单一钙素，往往会引起镁元素的净流失，加剧植物的镁缺素症状，科学的方法是钙镁同时施用。因此，为了有效改良酸性土壤和满足植物生长需要，有必要研制钙镁质复合产品取代单一钙质石灰产品。
[0005]白云石是等分子比的碳酸钙镁复盐，是地球上一种重要的钙镁资源，在我国有着极其丰富的蕴藏量。白云石目前在冶金建材行业有着广泛的应用，是重要的炼钢助剂和耐火材料，有着成熟的产品标准和工艺。然而在农业上，白云石的运用在目前尚处于起步阶段。有些地方将天然白云石磨成细粉施于酸性土壤，也有的将冶金建材行业用的煅烧白云石用来改良酸化土壤。这些做法，均收到了不同程度的改良效果，但远没有达到理想的效果。其原因在于:前者是天然白云石，溶解度很低，不经过煅烧，很难释放出活性钙镁离子；而后者，其煅烧工艺适应于冶金建材的要求，温度过高而持续时间过长，用于农业往往因物料组织致密而水化困难，土壤中活性度低，影响农艺效果。因此，有必要研制从产品特性到制备工艺，均适合于农用的煅烧型白云石类产品。
【发明内容】
[0006]本发明是一种酸性土壤调理剂，是一组富含钙镁的碱性复合物料，其成分主要是钙镁的氧化物和氢氧化物以及含有少量钙镁碳酸盐和二氧化碳气体，其制备方法以白云石为主原料，以菱镁矿、方解石作辅料，采用特定的煅烧工艺加工制成，使产品具有很强的中和与抑制土壤活性酸和潜性酸的理化性能，成为优良的酸性土壤改良剂，同时也是补充植物钙镁元素的营养来源。
[0007]本产品工艺流程见说明书附图，制备方法包括以下步骤和要领:
[0008]1、原料选择
[0009]白云石是本产品的基础原料，它是以等分子比的碳酸钙镁结晶体，分子式为CaMg (⑶3) 2，富含酸化土壤及作物急需补充的钙镁物质，煅烧前一般CaO和MgO含量分别在30%和21%左右，煅烧后CaO和MgO可分别上升到50%和35%以上。
[0010]方解石、菱镁矿在本产品中是作为调节产品钙镁比例的辅助原料。方解石主成分是碳酸钙，分子式为CaC03，煅烧前CaO含量在55%左右，煅烧后CaO可上升到90%以上，是强碱性的钙基原料，与水化合成熟石灰，可中和土壤的酸性，供给作物所需的钙元素。在本产品中，它是用来提高产品钙比例的原料。菱镁矿是含镁的碳酸盐矿物，化学式为MgC03，MgO—般占40%以上。经过煅烧的菱镁矿含有酸化土壤急需补充的碱性镁，与石灰石混合使用能增强钙的功效。在本产品中，它是用来提高产品镁比例的原料。
[0011]2、原料粉碎
[0012]采用颚式粉碎机，将大块的白云石、方解石、菱镁矿原矿石分别进行粉碎，颗粒度控制在20_50mm之间；粉碎过程中无需过筛，合格的块状物连同粉碎时产生的石粉可全部用来煅烧，使粉碎工序没有矿物资源的浪费和损耗。
[0013]3、原料配比和混合
[0014]白云石作为主原料，理论上其碳酸钙和碳酸镁分子比为1，但具体矿石的钙镁比例有较大差别，此外农业土壤和作物的具体特点，也会对产品的钙镁比例提出不同要求。因此，本发明中，以白云石为中心，用方解石作辅助钙源、菱镁矿作辅助镁源，灵活地调整钙镁比例。例如，现有纯度为97%的白云石，CaO/MgO含量比为1.39，而产品要求CaO/MgO为3 ；现用纯度为95%的方解石来调节，经折算，将白云石用料比例从100%降至59%，同时添加41%比例的方解石。又如，现有纯度为95%的白云石，CaO/MgO为1.39，而产品要求CaO/MgO含量比为1 ;现用纯度为95 %的菱镁矿来调节，经折算，将白云石用料比例从100 %降至45%，同时添加55%比例的菱镁矿。上述原料计量混合后，送入工业窑炉。
[0015]4、煅烧设备
[0016]可供选择的煅烧设备有:隧道窑、蓄热竖窑、回转窑、套筒窑、并流窑等多种类型工业窑炉，本发明优选回转窑。除了生产能力大，劳动生产率高，适宜于大批量生产的特点夕卜，回转窑的物料受热温度均匀，产品质量高；进料中细小颗粒无需过筛去除，原料综合利用率高。此外，在本发明中，回转窑可以很方便地加装球磨装置。
[0017]具有操作是，将原料经预热后从窑尾均匀地加入窑内。窑体稍有倾斜并以1?3转/分钟的转速回转，将物料逐渐推向窑头并排出窑外。窑头有烧嘴，燃烧热气由窑头向窑尾流动。物料在相向流动的热气中预热和分解。为提高热效率，增设窑内换热装置和窑外竖式预热装置，强化余热回收和原料预热，并加强窑体保温。
[0018]5、煅烧工艺
[0019]本发明采用特定的轻烧工艺，以使产品适合农用要求。具体如下:
[0020]煅烧中最为重要的三因素是:温度、时间、粒度。其关系是:原料粒度与煅烧时间成正比，产品活性与煅烧温度成反比。也就是说，原料粒度越大，所需的煅烧时间越长，反之就短；超过临界分解温度上限后，煅烧温度越高，产品活性就越下降，反之活性就下降少。
[0021]1)煅烧温度。本发明中，将煅烧温度设定以碳酸钙分解温度的区间上限(930°C )为界，防止过烧和死烧。本产品使用的白云石、方解石或菱镁矿，均为碳酸钙或碳酸镁。其煅烧分解温度及化学反应如下:
[0022]白云石第一阶段，镁局部性分解反应:
[0023]nCaMg(C03)2— 760°C— (n_l)MgO+MgCO 3+nCaC03+(n-l)C02 个
[0024]白云石第二阶段，钙镁全面分解反应:
[0025]MgC03+nCaC03— 910。〇—MgO+nCaO+ (n_l) CO 2 i
[0026]方解石一步分解反应:CaC03—930°C — CaO+CO 2 i
[0027]菱镁矿一步分解反应:MgC03—760°C — MgO+CO 2 i
[0028]从上可以看出，白云石的分解过程虽然为两步完成，但分解温度上限与方解石相同；纯碳酸镁的菱镁矿分解温度相当于白云石的第一步反应温度，升温到第二步反应温度，则可使菱镁矿完全分解，不留生烧。
[0029]2)煅烧时间。本发明中，将煅烧时间，或保温时间设定为0.5-2.5小时。在回转窑内增加球磨装置的条件下，由于颗粒表层不断被挤压而脱落，颗粒变小，热传导快，因此可将煅烧时间持续定为0.5-1小时；若窑内没有增设球磨装置，则相应延长煅烧时间至
1.5-2.5小时。由于产品性质需要含有部分疏松的碳酸钙镁，因此，当煅烧温度到达分解温度上限后，不能完全烧透，要有意保留颗粒中心的多孔状生烧物。煅烧时间可酌情进一步调整。
[0030]3)粒度控制。回转窑内增设球磨装置，使本发明中特定的轻烧工艺的关键措施。其机理和作用是:当白云石、方解石或菱镁矿受热达到分解的起始温度后，体积膨胀，表面疏松但对内部传热缓慢，传统工艺是靠提高温度和延长煅烧时间来完成原料分解，因而表面过烧而中心仍有生烧的现象时有发生。在回转窑的煅烧区和保温区增设球磨装置，可以很容易地将已经分解的物料表层及时剥落，既可缩小颗粒，由大大提高了热传导率。
[0031]6、水化处理
[0032]回转窑内的物料经过煅烧出窑后，无需降温和再次粉碎，可马上进行物料表层水化处理。具体工艺是对翻滚中的物料，无需粉碎，直接进行喷水，使物料表层中的氧化钙和氧化镁发生部分消化，以形成钙和镁的氢氧化物，喷水量以冷却后的物料水分不超过10%为宜。可很好地利用余热来干燥，使处理过的物料水化成相对干燥的粉状物。
[0033]对没有球磨装置的回转窑及其它类型窑炉，则增加对辊挤压粉碎工序，将出窑后的物料一次性通过间隙为5mm左右辊轮，然后再进行上述的水化处理。
[0034]水化后制得物料颗粒，实际上是钙镁的三种化合物混合体，颗粒外层为氢氧化物，溶解度好，有较强的中和土壤酸的能力，但反应相对温和，有利于扩散范围；颗粒中层是氧化物，有很强的校正土壤过酸的能力，有利于进一步强化中和效果；颗粒中心是有意保留的生烧碳酸盐，溶解度低但具有缓释性能，可以在未来很好地发挥长效效应。
[0035]7、添加其它辅料
[0036]添加天然沸石、钙基膨润土等辅料，添加量为全部物料的0.5-5%之间，可增加产品的离子交换能力、保水性能以及物料的流动性。
[0037]8、成品及用途
[0038]通过上述制备方法制得物料，富含钙镁元素和二氧化碳、羟基碱性、疏松多孔、密度低、比表面积大、反应活性强。可用作改良酸性土壤的土壤调理剂，也可用于修复重金属污染的土壤，还可作为生产功能性复合肥的中间原料。
[0039]本发明的优点
[0040]本产品的开发，摆脱了目前简单照搬冶金建材行业煅烧白云石的工艺，完全是根据农用要求开发的，其产品性能及关键性煅烧工艺及设备装置，均与其它行业的同类产品有显著的区别，由此使产品更加适用农业，性价比更好。具体有以下方面:
[0041]1、钙镁比例可以调节。通过白云石与方解石或菱镁矿的配比，既扩大了矿源的选择性，减少矿石组分对生产的制约，也更好地满足不同类型土壤改良和植物生长的需要。
[0042]2、提尚矿石利用率。由于明确本广品的性质是农用的，而广品的细粉状有利于土壤改良；又由于采用回转窑，不存在煅烧时因颗粒过细堵塞气流循环问题，所以在粉碎过程中，省去了筛分去除细粉工序及其相关设备投资，所加工的矿物原料，包括破碎中产