阅读说明：本技术 一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤 (Granular soil prepared from nickel-iron slag ) 是由 贾屹海 赵凯 陈思颖 何伟发 王希宏 常杰善 蔡建亮 于 2018-07-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及种植基质领域,尤其涉及一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤。本发明针对镍铁渣利用率低的问题,提供一种利用镍铁渣制备的具有多孔结构的颗粒土壤。该颗粒土壤是气孔率在55-70％的球形颗粒；由如下重量份数的原料制备而成：镍铁渣细粉100份,造孔剂0-35份,增塑剂2-20份,色料0-3份,减水剂0.2-1.5份,pH调节溶液10-35份。本发明以镍铁渣细粉为主要原料,由于镍铁渣中富含大量氧化硅和氧化镁成分,经高温烧结后具有一定的孔隙与强度,同时镍铁渣中的镍、铁等金属离子与水形成水合金属离子后可储存大量的水分,且不易蒸发掉,使得本发明既能有效地缓解污染问题,其制得的颗粒土壤又具有良好的保水保肥透气性能,有利于植物生长。(The invention relates to the field of planting matrixes, in particular to granular soil prepared from nickel-iron slag. The invention provides granular soil with a porous structure prepared by utilizing nickel-iron slag, aiming at the problem of low utilization rate of the nickel-iron slag. The granular soil is spherical granules with porosity of 55-70%; the material is prepared from the following raw materials in parts by weight: 100 parts of nickel-iron slag fine powder, 0-35 parts of pore-forming agent, 2-20 parts of plasticizer, 0-3 parts of pigment, 0.2-1.5 parts of water reducing agent and 10-35 parts of pH adjusting solution. The invention takes the ferronickel slag fine powder as the main raw material, because the ferronickel slag is rich in a large amount of silicon oxide and magnesium oxide components, the ferronickel slag has certain pores and strength after high-temperature sintering, and simultaneously, metal ions such as nickel, iron and the like in the ferronickel slag and water form into water alloy metal ions which can store a large amount of water and are not easy to evaporate, so that the pollution problem can be effectively relieved, and the prepared granular soil has good water retention, fertilizer retention and air permeability and is beneficial to plant growth.)

一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤

技术领域

本发明涉及种植基质领域，尤其涉及一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤。

背景技术

近些年来，随着镍市场需求的不断增加，利用红土镍矿生产镍铁合金的规模在逐步扩大，而红土镍矿在电热还原过程中会产生大量镍铁渣。据统计，每生产1吨镍铁合金就会形成6-10吨镍铁渣，与其他的冶金渣相比，镍铁渣有价金属回收价值低，排渣量大，其运输、存放和出路一致困扰着众多钢铁行业。目前，只有少部分镍铁渣作为建材辅料制备建材，大部分只能长期堆放或填埋，不仅占用大量土地，而且会对土壤和水体造成严重污染。因此，镍铁渣的高效回用成为众多冶炼技术面临的难点之一。

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、矿山修复等。镍铁渣中富含大量氧化硅及氧化镁成分，经高温烧结具有一定的孔隙与强度，可用于制备颗粒土壤。

发明内容

本发明的目的就是针对镍铁渣利用率低的问题，提供一种利用镍铁渣制备的具有多孔结构的颗粒土壤，既能有效地缓解污染问题，又能提供一种兼具保水保肥透气三大功能的颗粒土壤及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤，该颗粒土壤是气孔率在55-70％的球形颗粒；该颗粒土壤由如下重量份数的原料制备而成：镍铁渣细粉100份，造孔剂0-35份，增塑剂2-20份，色料0-3份，减水剂0.2-1.5份，pH调节溶液10-35份。

进一步的，颗粒土壤的粒径大小为0.1-2mm，孔径大小为1-70μm。

进一步的，镍铁渣细粉、造孔剂、增塑剂、色料、减水剂的粒度均小于75μm。

进一步的，该颗粒土壤通过以下步骤制备：

(1)将镍铁渣放入球磨机中，加水湿磨6-12h，再在150-300℃下烘干，筛分后取75μm以下镍铁渣细粉待用；

(2)按原料配比称取镍铁渣细粉、造孔剂、增塑剂、色料、减水剂，放入搅拌机中混合均匀得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料倒入陶砂高速造粒机中，再按原料配比称取相应的pH调节溶液倒入造粒机中，在20-50m/s的转速下造粒；

(4)将造好的粒放入80-150℃的干燥箱中烘干；

(5)将烘干后的粒经筛分处理后，在一定的烧成制度下烧结得到颗粒土壤。

进一步的，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。

制备过程中，对镍铁渣加水湿磨，相较于干磨，湿磨后得到的细粉粒度更小，更利于造粒，且制得的颗粒土壤强度更高。

进一步的，造粒机可为糖衣机、圆盘造粒机或高速造粒机等造粒设备，优选为高速造粒机。

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、秸秆粉中的一种或多种。由于镍铁渣中富含大量氧化硅及氧化镁成分，经高温烧结具有一定的孔隙，在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，有助于进一步增强颗粒土壤的保水性能。

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，色料为应用于陶瓷行业的各种颜色的耐高温无机色料。耐高温无机色料在经高温煅烧后，会显色更加明显且不会褪色，使得制得的颗粒土壤色彩丰富，具有美观性。

进一步的，减水剂为木质素磺酸盐类高效减水剂、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。

进一步的，pH调节溶液为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、盐酸、硫酸、磷酸中的一种或多种无机酸碱溶液。通过pH调节溶液来调节制备的颗粒土壤的酸碱度，从而适应各种植物生长需求；并由此控制造粒过程中添加的水量，进而调节制备得到的颗粒土壤的粒径大小。

镍铁渣颗粒土壤中含有大量的镍、铁等金属离子，与水接触会形成水合金属离子，使颗粒土壤中可以储存大量的水分，且不易蒸发掉，当环境干燥时，这部分水分才会缓慢释放出来，从而赋予颗粒土壤较好的保水能力。

本发明的利用镍铁渣制备的颗粒土壤，具有以下有益效果：

(1)以镍铁渣细粉为主要原料，由于镍铁渣中富含大量氧化硅和氧化镁成分，经高温烧结后具有一定的孔隙与强度，再通过造孔剂煅烧后留下的孔隙，使得颗粒土壤具有较好的吸水效果，同时镍铁渣中的镍、铁等金属离子与水形成水合金属离子后可储存大量的水分，且不易蒸发掉，进一步提高了颗粒土壤的保水能力，本发明制得的颗粒土壤气孔率在55-70％之间，保水率在65-80％之间，具有良好的保水保肥透气性能，有利于植物生长；28MPa筒压强度下的破碎率在20％左右，可被广泛作用种植基质使用，可用于无土栽培基质、普通种植材料、沙漠治理等领域。

(2)利用镍铁渣制备颗粒土壤，为镍铁渣提供了一种有效的利用途径，缓解了镍铁渣带来的污染问题，同时也降低了颗粒土壤的原料成本。

(3)本发明制备的颗粒土壤清洁，不会有灰尘产生，无公害，可有效防止病虫害。

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。

实施例1

一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤，由如下重量份数的原料制备而成：镍铁渣细粉100份，煤炭粉20份，膨润土10份，钛黄色料1份，聚羧酸盐系减水剂1.5份，1wt％的磷酸溶液10份。

本实施例中的颗粒土壤通过以下步骤制备：

(1)将镍铁渣放入球磨机中，加水湿磨12h，再在150℃下烘干，筛分后取75μm以下镍铁渣细粉待用；

(2)按原料配比称取镍铁渣细粉、煤炭粉、膨润土、钛黄色料、聚羧酸盐系减水剂，放入搅拌机中混合均匀得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料倒入陶砂高速造粒机中，再按原料配比称取1wt％的磷酸溶液倒入造粒机中，在30m/s的转速下造粒；

(4)将造好的粒放入80℃的干燥箱中烘干；

(5)将烘干后的粒经筛分处理后，以20℃/min升温至600℃，再以5min/℃升温至800℃，最后以2℃/min升温至1000℃，并保温40min后，烧结得到颗粒土壤。

(6)取400mL本实施例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，观察并记录蒜苗生长情况。

实施例2

一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤，由如下重量份数的原料制备而成：镍铁渣细粉100份，秸秆粉15份，煅烧高岭土5份，萘系减水剂0.2份，1wt％的磷酸溶液15份。

本实施例中的颗粒土壤通过以下步骤制备：

(1)将镍铁渣放入球磨机中，加水湿磨12h，再在300℃下烘干，筛分后取75μm以下镍铁渣细粉待用；

(2)按原料配比称取镍铁渣细粉、秸秆粉、煅烧高岭土、萘系减水剂，放入搅拌机中混合均匀得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料倒入陶砂高速造粒机中，再按原料配比称取1wt％的磷酸溶液倒入造粒机中，在20m/s的转速下造粒；

(4)将造好的粒放入80℃的干燥箱中烘干；

(5)将烘干后的粒经筛分处理后，以30℃/min升温至600℃，再以10min/℃升温至800℃，最后以5℃/min升温至950℃，并保温30min后，烧结得到颗粒土壤。

(6)取400mL本实施例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，观察并记录蒜苗生长情况。

实施例3

一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤，由如下重量份数的原料制备而成：镍铁渣细粉100份，淀粉25份，球土20份，脂肪酸系减水剂1.5份，1wt％的磷酸溶液20份。

本实施例中的颗粒土壤通过以下步骤制备：

(1)将镍铁渣放入球磨机中，加水湿磨12h，再在300℃下烘干，筛分后取75μm以下镍铁渣细粉待用；

(2)按原料配比称取镍铁渣细粉、淀粉、球土、脂肪酸系减水剂，放入搅拌机中混合均匀得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料倒入陶砂高速造粒机中，再按原料配比称取1wt％的磷酸溶液倒入造粒机中，在50m/s的转速下造粒；

(4)将造好的粒放入150℃的干燥箱中烘干；

(5)将烘干后的粒经筛分处理后，以40℃/min升温至600℃，再以8min/℃升温至800℃，最后以4℃/min升温至900℃，并保温35min后，烧结得到颗粒土壤。

(6)取400mL本实施例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，观察并记录蒜苗生长情况。

实施例4

一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤，由如下重量份数的原料制备而成：镍铁渣细粉100份，石墨35份，球土15份，锰红色料3份，氨基磺酸盐系系减水剂1份，0.5wt％的磷酸溶液35份。

本实施例中的颗粒土壤通过以下步骤制备：

(1)将镍铁渣放入球磨机中，加水湿磨6h，再在200℃下烘干，筛分后取75μm以下镍铁渣细粉待用；

(2)按原料配比称取镍铁渣细粉、石墨、球土、氨基磺酸盐系减水剂，放入搅拌机中混合均匀得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料倒入陶砂高速造粒机中，再按原料配比称取0.5wt％的磷酸溶液倒入造粒机中，在40m/s的转速下造粒；

(4)将造好的粒放入100℃的干燥箱中烘干；

(5)将烘干后的粒经筛分处理后，以20℃/min升温至600℃，再以6min/℃升温至800℃，最后以4℃/min升温至850℃，并保温25min后，烧结得到颗粒土壤。

(6)取400mL本实施例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，观察并记录蒜苗生长情况。

实施例5

一种利用镍铁渣制备的颗粒土壤，由如下重量份数的原料制备而成：镍铁渣细粉100份，白泥2份，木质磺酸盐类减水剂1份，1wt％的磷酸溶液10份。

本实施例中的颗粒土壤通过以下步骤制备：

(1)将镍铁渣放入球磨机中，加水湿磨8h，再在250℃下烘干，筛分后取75μm以下镍铁渣细粉待用；

(2)按原料配比称取镍铁渣细粉、白泥、木质磺酸盐类减水剂，放入搅拌机中混合均匀得到混合料；

(3)将步骤(2)得到的混合料倒入陶砂高速造粒机中，再按原料配比称取1wt％的磷酸溶液倒入造粒机中，在35m/s的转速下造粒；

(4)将造好的粒放入120℃的干燥箱中烘干；

(5)将烘干后的粒经筛分处理后，以30℃/min升温至600℃，再以5min/℃升温至800℃，最后以2℃/min升温至900℃，并保温15min后，烧结得到颗粒土壤。

(6)取400mL本实施例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，观察并记录蒜苗生长情况。

对比例1

取400mL土壤，铺在500mL花盆内，将蒜头插在土壤中，加入150mL水，在相同的环境下观察并记录蒜苗生长情况。

将本发明实施例1-5中利用镍铁渣制备得到的颗粒土壤进行性能测试，并记录在实施例1-5及对比例1中培育的蒜苗15天后的株高情况，结果如表1所示。

表1各实施例及对比例测试结果

由表可知，利用镍铁渣制备的颗粒土壤强度高且具有较好的保水功能，由于镍铁渣中富含大量氧化硅和氧化镁成分，经高温烧结后具有一定的孔隙与强度，再通过造孔剂煅烧后留下孔隙，使得颗粒土壤具有较好的吸水效果，同时镍铁渣中的镍、铁等金属离子与水形成水合金属离子后可储存大量的水分，且不易蒸发掉，进一步提高了颗粒土壤的保水能力，具有良好的保水保肥透气性能，有利于植物生长。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。