一種制備炭基礦化活性肥的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物質(zhì)、礦物質(zhì)的資源化利用領(lǐng)域，具體涉及一種利用催化、活化反應(yīng)強化基于生物質(zhì)、礦物質(zhì)制備炭基礦化活性肥的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物炭是由生物質(zhì)在完全或部分缺氧的條件下經(jīng)過熱裂解、炭化產(chǎn)生的難溶性固態(tài)物質(zhì)。生物炭吸附能力強、具有多孔性、高比表面積、物理的熱穩(wěn)定性和生物化學(xué)的抗分解性。生物炭的強吸附性可將土壤中的重金屬離子有效固持，降低重金屬的有效態(tài)含量。目前，土壤污染和退化問題的日益嚴峻，合理開發(fā)和利用生物質(zhì)資源，研發(fā)新型肥料已成為當(dāng)前緊迫的研究課題。生物炭對增加土壤碳庫貯量、提高土壤肥力以及維持土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡意義重大，日益受到全世界的關(guān)注。為此，近年來，生物炭作為土壤改良劑、肥料緩釋載體備受重視。熱轉(zhuǎn)化技術(shù)是實現(xiàn)生物質(zhì)利用的最有效途徑，催化熱解被認為是改變生物質(zhì)熱解條件和熱解產(chǎn)物分布與性質(zhì)的最有效方法。國內(nèi)已有較多以農(nóng)林廢棄物熱解獲取生物炭的專利發(fā)明，如中國科學(xué)院南京土壤研究所專利“一種秸桿制碳裝置”專利申請?zhí)枮?2009202321919，公開日期:2010.06.16石河子大學(xué)“生物炭土壤改良劑及其制備方法”專利號:201010148039，公開日期:2012-04-11。這類生物炭雖然具有豐富的微孔結(jié)構(gòu)，但產(chǎn)炭率不高，氮、磷、鉀等植物營養(yǎng)元素含量太低，在施用中同時需要配合化肥以增強肥效，產(chǎn)炭率不高也使應(yīng)用成本太高，制約大面積推廣。
[0003]目前中國農(nóng)業(yè)的科學(xué)施肥不是很普遍，氮肥易流失，磷肥鉀肥易固化，使施肥成本增加，施肥效益降低，由此造成的化肥流失、土壤理化性狀惡化、土壤板結(jié)、土壤酸化、透氣性差、保水保肥能力下降、重金屬超標(biāo)、水體污染等十分嚴重，肥料利用率一直在30%以下。世界上農(nóng)業(yè)發(fā)達國家美國、以色列等國化肥利用率已經(jīng)提高到65%以上。為改變這一趨勢，科學(xué)家們曾提出了有機礦化活性肥料的概念，設(shè)想有機礦化活性肥料來代替單一的無機肥料，以便在任何一種土壤上營造保護土壤活性及自我循環(huán)的趨勢。我國在2007年啟動的重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“肥料減施增效與農(nóng)田可持續(xù)利用基礎(chǔ)研究”，其中，肥料的減施增效是一個重要研究內(nèi)容和攻關(guān)方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是利用一個化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時其他反應(yīng)也相伴進行的現(xiàn)象。催化反應(yīng)即通過催化劑改變反應(yīng)物的活化能，改變反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)速率。目的旨在利用酸堿類礦物質(zhì)在生物質(zhì)熱解過程中的催化作用，優(yōu)化生物質(zhì)熱解熱化學(xué)反應(yīng)，使其低溫裂解、增加微孔性能、固定炭含量。生物質(zhì)熱化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)又協(xié)同酸堿類礦物質(zhì)的膨化、活化，產(chǎn)生易于植物吸收的P-K大量元素及中微量元素和螯合物，螯合物可化解土壤中未被植物利用的肥效，解決化肥殘留及有機肥和傳統(tǒng)生物炭肥效不足的弱點。本發(fā)明以環(huán)境友好、簡單有效的方法，制備的原料粉碎后加入腐植酸類活化劑、木酢液及生物菌劑、獲得炭基礦化活性肥料，替代化肥使用。
[0005]本發(fā)明所提供的一種制備炭基礦化活性肥的方法，包括以下步驟:
[0006](I)將農(nóng)林廢棄物和木質(zhì)褐煤分別磨細至40?80目，將礦物質(zhì)催化劑磨細至160?400目，將磨細農(nóng)林廢棄物7重量份，木質(zhì)褐煤3重量份和重量為農(nóng)林廢棄物重量與木質(zhì)褐煤重量之和的15?35%的礦物質(zhì)催化劑混合造粒后，置入碳化反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜升溫至280-380°C，持續(xù)2小時出料；
[0007](2)所述礦物質(zhì)催化劑由下述方法制備得到:將7重量份的磷礦粉或7重量份的鉀礦粉、I重量份浮石、I重量份蛇紋石、0.5重量份麥飯石和0.5重量份膨潤土混合后為礦物質(zhì)催化劑；
[0008](3)出料后冷至室溫，即為炭基礦化活性肥料原料;將炭基礦化活性肥料原料再粉碎，加入重量為炭基礦化活性肥料原料重量的6 %的木酢液和重量為炭基礦化活性肥料原料重量的6%的生物菌劑、重量為炭基礦化活性肥料原料重量的10%的腐植酸，攪拌混合，造粒得炭基礦化活性肥。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著特點和效果:
[0010]1、利用催化劑對生物炭進行活化，使產(chǎn)物較傳統(tǒng)生物炭微孔結(jié)構(gòu)增多20%以上，產(chǎn)炭率達35%以上，增強了生物炭的活性及絡(luò)和能力，生物炭施入土壤以后利用自身超強的吸附性像海綿一樣把土壤中作物生長所需要的營養(yǎng)元素吸附在它周圍，一是可以防止流失，二是可以達到緩釋的效果，這對作物的生長極為有利。生物炭可以改善土壤理化性質(zhì)及微生物的活性，培養(yǎng)土壤肥力，延緩肥料養(yǎng)分釋放，降低肥料及土壤養(yǎng)分的損失，減輕土壤污染及土壤功能退化等諸多問題。
[0011]2、使用礦物質(zhì)做催化劑和農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)作為主要原料，較僅利用生物質(zhì)作原料獲取的生物炭含有更豐富的氮、磷、鉀和中微量元素植物可利用氮磷鉀總量增加約15-30%，其中N-P-K的總含量2 10%以上，有機質(zhì)的含量2 36%。
[0012]3、在熱解生物質(zhì)時，利用熱化學(xué)反應(yīng)協(xié)同活化磷、鉀及微量元素技術(shù)突破了現(xiàn)行的經(jīng)典技術(shù)框架，在溫和條件下即可生產(chǎn)活化磷肥、鉀肥、微量元素，使磷礦石、鉀礦石從極低活性向高活性提升。這與目前國內(nèi)外通用的強酸、高溫煅燒等激烈反應(yīng)條件有很大區(qū)別。它既可免除強酸、高溫煅燒的高能耗，又可獲得適度、均衡的水溶性，無需的對過高的水溶性進行緩釋處理，因而可以減少對環(huán)境污染而提高利用率。
[0013]4、本發(fā)明炭基礦化活性肥中其豐富的有機酸可以將土壤中的礦質(zhì)營養(yǎng)離子鰲合，固定在土壤表層的植物根際區(qū)，防止礦質(zhì)離子的沉結(jié)和淋洗。這樣，就可以大大提高肥料的利用效率，同時又避免礦質(zhì)沉淀的產(chǎn)生，有利于土壤改良。另外，有機腐殖酸螯合劑最大的優(yōu)勢在于把沉結(jié)的礦質(zhì)活化，轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镂諔B(tài)的礦質(zhì)離子，將逐步減少土壤的沉結(jié)物、改良土壤及鹽堿地，促進微生物的活動。使用發(fā)明炭基礦化活性肥不但可以降低化肥用量、提高肥效，同時逐步解決化學(xué)農(nóng)業(yè)造成的生態(tài)問題。
[0014]5、將易分解有機碳轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固定碳，減少了大氣中二氧化碳的排放，有利于改善全球氣候變化;解決了現(xiàn)在肥料產(chǎn)業(yè)的高能耗、高酸耗、高污染排放的問題，作為低成本非化學(xué)肥料，本發(fā)明炭基礦化活性可以為低炭農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)提供產(chǎn)量上的保證。
[0015]6、本發(fā)明在有效處理了農(nóng)林廢棄物和礦物質(zhì)的同時，所獲得的產(chǎn)品較傳統(tǒng)生物炭具有更豐富的微孔結(jié)構(gòu)和更高的肥效，配合沖施肥和葉面肥使用，可以完全取代化肥施用。這是從土壤被破壞的源頭，找尋各種元素的平衡規(guī)律，恢復(fù)土壤的原有性狀和理化性質(zhì)的一場追根溯源型革命。它對于“調(diào)養(yǎng)” 土壤，提高耕地質(zhì)量和土地資源的利用率，持續(xù)高效利用耕地將起到極大的推動作用。
[0016]7、本發(fā)明的生產(chǎn)原料是由生物質(zhì)、天然礦物質(zhì)組成，具有取材方便、物料來源廣、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢，為生物炭、礦化活性物質(zhì)作為土壤調(diào)理劑的農(nóng)業(yè)大規(guī)模應(yīng)用提供了適宜技術(shù)和實用產(chǎn)品，具有較高的應(yīng)用價值和市場推廣潛力。
【附圖說明】
[0017]圖1是制備炭基礦化活性肥的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明實施方法步驟如下:
[0019]1、將農(nóng)林廢棄物和木質(zhì)褐煤分別磨細至40?80目，將礦物質(zhì)催化劑磨細至60-400目，將磨細農(nóng)林廢棄物7重量份，木質(zhì)褐煤3重量份和重量為農(nóng)林廢棄物重量與木質(zhì)褐煤重量之和的15%的礦物質(zhì)催化劑混合造粒后，置入碳化反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜升溫至280-380°C，持續(xù)2小時出料；
[0020]2、所述礦物質(zhì)催化劑由下述方法制備得到:將7重量份的磷礦粉、I重量份浮石、I重量份蛇紋石、0.5重量份麥飯石和0.5重量份膨潤土混合后為礦物質(zhì)催化劑；
[0021 ] 3、出料后冷至室溫，即為炭基礦化活性肥料原料;將炭基礦化活性肥料原料再粉碎，再加入重量為炭基礦化活性肥料原料重量的6%的木酢液和重量為炭基礦化活性肥料原料重量的6%的生物菌劑、重量為炭基礦化活性肥料原料重量的10%的腐植酸，攪拌混合，造粒得炭基礦化活性肥。
[0022]本發(fā)明具有如下特點:(I)利用催化劑對生物炭進行活化，使產(chǎn)物較傳統(tǒng)生物炭微孔結(jié)構(gòu)增多20%以上，產(chǎn)炭率達35%以上。(2)使用礦物質(zhì)和農(nóng)林廢棄物等生物質(zhì)作為主要原料，較僅利用生物質(zhì)作原料獲取的生物炭含有更豐富的氮、磷、鉀和中微量元素。(3)植物可利用氮磷鉀總量增加15-30%，其中N-P-K的總含量2 10%以上，有機質(zhì)的含量2 36%。
(4)本發(fā)明炭基礦化活性肥中含有豐富有機酸。(5)使用本發(fā)明炭基礦化活性肥不但可以降低化肥用量、提高肥效，同時逐步解決化學(xué)農(nóng)業(yè)造成的生態(tài)問題。(6)本發(fā)明炭基礦化活性肥可以為低炭農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)提供產(chǎn)量上的保證。
【主權(quán)項】
1.一種制備炭基礦化活性肥的方法，包括以下步驟: (1)將農(nóng)林廢棄物和木質(zhì)褐煤分別磨細至40?80目，將礦物質(zhì)催化劑磨細至160?400目，將磨細農(nóng)林廢棄物7重量份，木質(zhì)褐煤3重量份和重量為農(nóng)林廢棄物重量與木質(zhì)褐煤重量之和的15?35%的礦物質(zhì)催化劑混合造粒后，置入碳化反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜升溫至280-380°C，持續(xù)2小時出料； (2)所述礦物質(zhì)催化劑由下述方法制備得到:將7重量份的磷礦粉或7重量份的鉀礦粉、I重量份浮石、I重量份蛇紋石、0.5重量份麥飯石和0.5重量份膨潤土混合后為礦物質(zhì)催化劑； (3)出料后冷至室溫，即為炭基礦化活性肥料原料;將炭基礦化活性肥料原料再粉碎，加入重量為炭基礦化活性肥料原料重量的6%的木酢液和重量為炭基礦化活性肥料原料重量的6%的生物菌劑、重量為炭基礦化活性肥料原料重量的10%的腐植酸類活化劑，攪拌混合，造粒得炭基礦化活性肥。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種制備炭基礦化活性肥的方法。該方法包括采用農(nóng)林廢棄物、木質(zhì)褐煤生物質(zhì)作為基礎(chǔ)原料，由磷礦粉、浮石、蛇紋石、麥飯石和膨潤土混合配制的催化劑，分別粉碎、按一定比例混合造粒后置入碳化反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)，出料冷卻后、再粉碎，加入木酢液、生物菌劑、腐植酸攪拌混合，造粒得炭基礦化活性肥。本發(fā)明以簡單有效的方法制備的炭基礦化活性肥為環(huán)境友好型、較傳統(tǒng)生物炭微孔結(jié)構(gòu)增多20％以上，較僅利用生物質(zhì)作原料獲取的生物炭含有更豐富的氮、磷、鉀和中微量元素，植物可利用氮磷鉀總量增加15-30％,其中N-P-K的總含量≥10％以上，有機質(zhì)的含量≥36％，含有豐富有機酸，可以降低化肥用量、提高肥效。
【IPC分類】C05G3/04, C05G3/00
【公開號】CN105503483
【申請?zhí)枴緾N201610084107
【發(fā)明人】曹蘊明, 錢發(fā)聰, 楊永平, 鄭志新, 彭云, 羅煒, 曹媛, 曹迪, 歐陽進, 王志江, 高福宏, 李明波, 金萍, 楊正權(quán), 史德
【申請人】云南省煙草公司昆明市公司, 玉溪易和環(huán)境技術(shù)有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年2月6日