一种利用工业烟气对固废基人造种植土壤碱度的调节方法
阅读说明：本技术 一种利用工业烟气对固废基人造种植土壤碱度的调节方法 (Method for adjusting alkalinity of artificial planting soil of solid waste base by using industrial flue gas ) 是由 高宏宇 苏迪 周凯 令狐超 程芳琴 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：一种利用工业烟气对固废基人造种植土壤碱度的调节方法,属于碳减排、固废资源化利用和生态修复领域,可解决工业烟气资源浪费和固废基人造种植土壤碱度高导致对种植植物种类的范围选择窄等问题,工业烟气中CO-(2)浓度为5%wt.～25%wt.,SO-(2)浓度≤100mg/m～(3),通过管道输送进入养护室,养护室内的固废基人造种植土以颗粒形态铺设在多层台盘上,养护湿度≥90%,养护气体压力大于1MPa,养护温度20～200℃,养护时间5～30min,养护后的固废基人造种植土颗粒的pH为7～8。本发明降低了人造土壤的pH,提高了植物生长的适应性,提高了土壤的整体强度,可矿化固定二氧化碳温室气体,对二氧化碳减排有积极贡献。(A method for adjusting alkalinity of solid waste base artificial planting soil by using industrial flue gas belongs to the fields of carbon emission reduction, solid waste resource utilization and ecological restoration, and can solve the problems of narrow selection of the variety of planted plants caused by waste of industrial flue gas resources and high alkalinity of solid waste base artificial planting soil, and the like, and CO in the industrial flue gas 2 Concentration of 5-25% wt., SO 2 The concentration is less than or equal to 100mg/m 3 Delivering the soil to a curing room through a pipeline, paving the solid waste base artificial planting soil in the curing room on a multilayer table plate in a granular form, wherein the curing humidity is more than or equal to 90 percent, and the pressure of curing gasAnd (3) curing at the curing temperature of 20-200 ℃ for 5-30min under the pressure of more than 1MPa, wherein the pH value of the cured solid waste base artificial planting soil particles is 7-8. The invention reduces the pH value of artificial soil, improves the adaptability of plant growth, improves the overall strength of the soil, can mineralize and fix carbon dioxide greenhouse gas, and makes positive contribution to carbon dioxide emission reduction.)
技术领域
本发明属于碳减排、固废资源化利用和生态修复技术领域，具体涉及一种利用工业烟气对固废基人造种植土壤碱度的调节方法。
背景技术
由于以固废和水泥类胶凝料为主要原料所制人造种植土壤的碱性过高，对植物的生长具有不利影响，是制约固废基人造种植土壤应用范围和使用效果的主要原因之一，急需解决这一问题。另一方面，经过脱硫脱硝预处理后的工业烟气中仍然含有大量的水蒸汽、二氧化碳和少量二氧化硫等，直接外排不仅造成环境污染和小区域温室效应，也是一种资源的浪费。所以如何把工业烟气的进一步利用与固废基人造种植土壤碱度问题相结合考虑是非常具有现实意义的。
目前利用尾矿做人造园林土壤的相关研究和专利报道较少，国内专利碳化养护废弃物制成的再生骨料（申请号：CN200810139085.6）利用加速碳化技术处理钢渣、污泥、废弃混凝土等工业废弃物，固化储存温室气体二氧化碳，制造再生骨料。缓解钢渣、废气等废弃物的污染问题，同时制备了性能良好的轻质再生骨料，其中，CO2气体浓度大于15%wt.，养护气体压力大于1bar，碳化养护温度30-200℃；国内专利碳化养护加气混凝土（申请号：CN200710017006.X）利用了工业废气，减少了二氧化碳温室气体的排放，制备了性能良好的加气混凝土制品，缩短了生产周期。尚未发现有关利用工业烟气对固废基人造种植土壤碱度调节的专利文献报道。
发明内容
本发明的目的在于解决工业烟气资源浪费和固废基人造种植土壤碱度高导致对种植植物种类的范围选择窄等问题，提供一种利用工业烟气对固废基人造种植土壤碱度的调节方法。
本发明采用如下技术方案：
一种利用工业烟气对固废基人造种植土壤碱度的调节方法，包括如下步骤：
第一步，原料布料：将粒径在5mm以下的固废基人造种植土颗粒采用布料机铺设在多层台盘上，置于养护室内，厚度小于60mm；
第二步，养护工艺参数调节：第一步完成后封闭养护室，采用雾化器将水喷射在养护室内调节湿度≥90%，工业烟气从养护室四周的底部管道喷射，养护温度在20-200℃，养护室内气压不小于1MPa，养护时间控制在5-30min；
第三步，出料：关闭烟气，打开气阀，载有固废基人造种植土颗粒的多层台盘随着轨道出养护室；
第四步，干化：将第三步所得的固废基人造种植土颗粒，从多层台盘上倒出，置于50-120℃烘箱中烘干或通风处自然晾干；
第五步，制粒：将第四步制得的干燥成型的固废基人造种植土置入辊压破碎机中进行制粒，制得粒度小于5mm的固废基人造种植土。
进一步地，第一步中所述固废基人造种植土，包括如下质量比的组分：固废：普硅水泥或粉煤灰水泥或自胶凝粉体：发泡剂：水的比例为90-98：2-10：0.01-0.09：0.1-0.5。
进一步地，所述固废包括洗选尾矿/尾泥或湿法冶金尾泥。
进一步地，所述固废包括粉煤灰、煤矸石、铁尾矿、铜尾矿、赤泥、高岭土泥和石膏中的任意一种。
进一步地，所述自胶凝粉体包括如下质量比的组分：粉煤灰：钢渣：电石渣：磷石膏或脱硫石膏比例为60-70：15-25：5-15：5-10。
进一步地，所述发泡剂包括铝粉、双氧水和小苏打中的任意一种。
进一步地，所述工业烟气中CO2浓度为5%wt.~25%wt.，SO2浓度≤100mg/m3。
本发明的原理如下：
以固废、普硅水泥或粉煤灰水泥或自胶凝粉体、发泡剂和水为原料制备的固废基人造种植土，由于是在碱性条件下发生胶凝反应制备而成的，在进入养护室之前，仍然有过量的活性氧化钙没有反应完全。因此，导致固废基人造土呈碱性的主要因素有是过量的活性氧化钙。在养护过程中，水分进入人造土的空隙里，使得过量的活性氧化钙溶解生成氢氧化钙，同时，环境中的二氧化碳溶解在水分中生产碳酸根离子，碳酸根离子与钙离子发生酸解中和反应生成碳酸钙沉淀填充封堵在孔隙的内部，既阻断了人造土颗粒内部的碱性物质和盐分释放出来，又保留了人造土的孔隙结构。此外，养护室内高CO2浓度下生成的碳酸钙在空气中低浓度CO2条件是很难发生碳酸氢钙反应并受到破坏的。因此，本发明方法对人造土的碱度和盐度有着良好的调节和改善作用，人造土在使用过程中也不会受到空气中CO2的侵蚀破坏。
本发明的有益效果如下：
本发明以工业烟气为主要原料，通过工业烟气养护对固废基人造种植土壤碱度进行调节，养护后固废基人造种植土颗粒的pH为7~8，解决植物在固废基人造种植土壤中良好生长的适应性，以解决工业烟气资源浪费和固废基人造种植土壤碱度高导致对种植植物种类的范围选择窄等实际问题，既可以实现固废基人造种植土壤碱度的调节，又可以有效降低工业烟气的碳排放。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
图2为工业烟气对本发明实施例1人造种植土的孔隙影响情况图。
图3为工业烟气对本发明实施例2人造种植土的孔隙影响情况图。
图4为没有经过工业烟气养护的本发明实施例3的人造种植土壤栽培植物图。
图5为工业烟气养护本发明实施例3的人造种植土壤后栽培植物图。
具体实施方式
实施例1
先将粒径在5mm以下的固废基人造种植土颗粒采用布料机铺设在多层台盘上，厚度小于60mm，固废基人造种植土是由煤矸石与普硅水泥（煤矸石：普硅水泥：发泡剂：水的比例为95：4.41：0.09：0.5。）制备而成的。然后养护室封闭，采用雾化器将水喷射在养护室内调节其湿度，湿度≥90%；工业烟气从养护室四周的底部管道喷射，烟气中CO2浓度为20%wt.，SO2浓度≤100mg/m3，养护温度控制在20℃，室内气压为1MPa，养护时间控制在25min。关闭烟气，打开气阀，载有固废基人造种植土颗粒的多层台盘随着轨道出养护室。将所得的固废基人造种植土颗粒，从多层台盘上中倒出，并置于60℃烘箱中烘干。采用辊压破碎机将所得的干燥成型固废基人造种植土进行制粒，制得粒度小于5毫米的固废基人造种植土。
由图2可知，由普通水泥和煤矸石制备的水泥-煤矸石基人造土壤在CO2养护前后的孔径、孔容积都发生了明显的变化。较养护前的人造土壤，养护后的人造土壤在800-3000nm和10000-100000nm孔径范围内的孔容积有一定程度的增加，尤其是10000-100000nm孔径范围内的孔容积增加比较明显。这也说明CO2养护有助于提高水泥-煤矸石基人造土壤的保水性、保温性和营养元素承载量。这是因为普通水泥的胶凝反应相对比较缓慢，养护过程中胶凝反应和CO2矿化反应同步进行，矿化生成的碳酸钙体积膨胀与胶凝反应生成的硅酸钙系列孔壁同步固化，从而孔容积增加。
实施例2
先将粒径在5mm以下的固废基人造种植土颗粒采用布料机铺设在多层台盘上，厚度小于60mm，固废基人造种植土是由煤矸石与由粉煤灰、钢渣、电石渣、磷石膏或脱硫石膏固废微粉复配制成的多组分自胶凝粉体制备而成的（其中，煤矸石：多组分自胶凝粉体：发泡剂：水的质量比为：92：7.43：0.07：0.5；多组分自胶凝粉体包括如下质量比的组分：粉煤灰：钢渣：电石渣：磷石膏或脱硫石膏比例为60：20：10：10。）。然后养护室封闭，采用雾化器将水喷射在养护室内调节其湿度，湿度≥95%；工业烟气从养护室四周的底部管道喷射，烟气中CO2浓度为15%wt.，SO2浓度≤100mg/m3，养护温度控制在50℃，室内气压为1MPa，养护时间控制在20min。关闭烟气，打开气阀，载有固废基人造种植土颗粒的多层台盘随着轨道出养护室。将所得的固废基人造种植土颗粒，从多层台盘上中倒出，并置于60℃烘箱中烘干。采用辊压破碎机将所得的干燥成型固废基人造种植土进行制粒，制得粒度小于5毫米的固废基人造种植土。
由图3可知，由多组分自胶凝粉体和煤矸石制备的多组分自胶凝粉体-煤矸石基人造土壤在CO2养护前后的孔径、孔容积变化不明显。较养护前的人造土壤，养护后的人造土壤在10000-100000nm孔径范围内的孔容积有略微的增加，这也说明CO2养护并没有对多组分自胶凝粉体-煤矸石基人造土壤的保水性、保温性和营养元素承载量等性能造成明显的影响。这是因为多组分自胶凝粉体的胶凝反应相对比较快速，养护前胶凝反应已经结束，已经形成稳固的孔结构。养护过程中CO2矿化生成的碳酸钙体积膨胀仅仅对10000-100000nm孔径范围内孔容积有轻微的影响。
实施例3
先将粒径在5mm以下的固废基人造种植土颗粒采用布料机铺设在多层台盘上，厚度小于60mm，固废基人造种植土是由疏浚淤泥与粉煤灰水泥制备而成的（疏浚淤泥：粉煤灰水泥：发泡剂：水的比例为90：9.61：0.09：0.3。）。然后养护室封闭，采用雾化器将水喷射在养护室内调节其湿度，湿度≥98%；工业烟气从养护室四周的底部管道喷射，烟气中CO2浓度为15%wt.，SO2浓度≤100mg/m3，养护温度控制在60℃，室内气压为1.5MPa，养护时间控制在25min。关闭烟气，打开气阀，载有固废基人造种植土颗粒的多层台盘随着轨道出养护室。将所得的固废基人造种植土颗粒，从多层台盘上中倒出，并置于60℃烘箱中烘干。采用辊压破碎机将所得的干燥成型固废基人造种植土进行制粒，制得粒度小于5毫米的固废基人造种植土。
由图4图5可知，在同一条件下，实施例3中原料配比制备的人造土壤在工业烟气养护前后种植植物的生长情况都有明显的差异，图4中的植物相对比较稀疏和生长方向杂乱，图5中的植物相对比较稠密，并且生长方向向上，植物杆叶比较健康，营养相对比较充足，这说明人造土壤的碱度调节有助于植物的健康生长。
上述实施例在工业烟气养护前后的性能对比如表1所示。
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