（环境工程专业论文）钢渣缓释肥中矿质元素释放特性研究.pdf

摘要 丫llllflllflf17f3ifil5lihl0illll3；lill4ltlll 为了减少矿渣对环境的污染，加强废渣的综合利用，使其变废为宝，成为环 境友好资源，本文以钢渣肥料为对象；研究了钢渣肥中矿质元素在水中的溶出特 性；采用土柱淋溶法，研究了土壤中钢渣肥矿质元素释放特性及环境因子对矿质 元素释放的影响，并利用扫描电镜探讨了钢渣肥中矿质元素释放机理。主要结果 如下： 1 采用水中溶出法测定了钢渣肥料中矿质元素在水中的溶出规律，结果表 明：钢渣肥料的k 元素水中溶出率较高，初期溶出率均在1 0 以上；钢渣肥5 号中大部分元素的累积溶出量高于其他供试肥料，其中k 元素的差异最大，达 到8 2 4 6 ；钢渣肥1 号中的p 元素溶出量最多，达到3 3 1 9 ；钢渣肥2 号中的 c r 和c u 元素溶出量最高，分别达到1 3 1 9 和3 5 9 9 ；钢渣肥4 号中的m o 元 素溶出量最高，达到3 8 1 7 ；钢渣肥3 号中所有元素的累积溶出量均低于其他 供试肥料。 2 选用钢渣肥5 号作为基肥，利用土柱淋溶法，研究了温度、模拟降雨量、 土壤质地和类型等环境因子对矿质元素释放特性的影响，结果表明：m g 、a 1 、 k 、z n 、c d 、c u 、p b 、m n 、f e 、p 、c r 、c a 、m o 和a s 等1 4 个元素在不同环 境因子下，表现出不同的累积释放规律。在不同温度下，土壤中的p 和c r 元素 累积释放量随温度增加而减少，而p b 元素累积释放量随温度增加而增加；在土 壤与肥料中，只有p 元素表现出随温度增加而累积释放量减少的规律；累积淋出 量最大的是c a ，为9 3 8 1 o ，最小为f e ，为0 0 1 3 。 在不同降雨量下，土壤中的a l 、p 、k 、m n 、z n 和m o 等元素累积释放量 随降雨量的增加而增大；在土壤与肥料中，a 1 、p 、k 、m n 和f e 等元素累积释 放量表现与土壤中相同的规律；累积淋出量最大是c a ，为9 3 8 1 o ，最小为a l 和c r ，均为0 0 1 2 o 。 介质对元素的累积淋出量有显著影响，沸石显著增加m g 、a 1 、p 、k 、c r 、 f e 、z n 、a s 、m o 、p b 、c u 和c d 等元素的累积释放量，但减少了c a 和m n 元 素的累积释放量；在介质加肥料中，沸石增加了m g 、k 、c r 、f e 、z n 、a s 、c d 、 p b 、a 1 、p 、c u 和m o 等元素的累积释放量，但降低了c a 和m n 元素的累积释 放量；累积淋出量最大是c a ，为1 5 5 0 2 ，最小为舢，0 0 2 1 。 在不同土壤类型中，1 4 种矿质元素多数在合肥土壤中的累积淋出量要大于 在其他土壤类型中的累积淋出量，最大为c a ，为1 3 7 2 7 o ；这些元素在北京土 壤中的累积淋出量均最小，最小为c d 和c r ，均低于仪器最低检测水平。 3 利用土柱淋溶法研究了4 种钢渣肥在土壤中的矿质元素释放特性，结果 表明：m g 、a i 、p 、c a 、m n 、z n 和c d 等元素在土壤与肥料中均较单独土壤中 释放缓慢，而k 、a s 、m o 和p b 等元素在土壤与肥料中较单独土壤中释放快； f e 元素在钢渣肥3 号和4 号土柱中释放较快，c u 元素则在钢渣肥1 号和2 号土 柱中释放较快；c r 只在钢渣肥3 号和4 号土柱中有淋出。从累积淋出量来看， 大部分元素在钢渣肥3 号和4 号土柱中的较小，而其它元素如p 、f e 、c r 、a s 、 m o 等则在钢渣肥1 号和2 号土柱中的较小；累积淋出量最大是c a ，1 3 8 2 3 ， 最小为c r ，低于仪器最低检测水平。 4 利用扫描电镜观察了钢渣肥的外表面和剖面结构，结果表明：钢渣肥3 号和5 号包膜效果较好，其次为钢渣肥l 号和2 号，最差是钢渣肥4 号。两种包 膜材料与钢渣肥3 号结合比较紧密，在肥料表面形成阻水层，能降低水分子与肥 料间的接触，能够达到减缓养分释放的效果；钢渣肥1 号和2 号的包膜层是呈片 状堆叠在一起，并有大小不一的孔隙( 洞) ，而钢渣肥4 号的包膜层是完全由一些 杂乱的堆积物堆积而成，存在明显的许多大小不一的孔洞。这可以解释不同包膜 材料包覆肥料后其矿质元素释放效果不同的原因。 关键词：钢渣肥，矿质元素，释放特性，环境因子，释放机理 i i a b s t r a c t i no r d e rt or e d u c et h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o no fs l a ga n de n h a n c et h e c o m p r e h e n s i v eu s a g eo fs l a g ，i tc o u l db em a d e 鹄a ne n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l y r e s o u r c e ，w i t ht h es l a g f e r t i l i z e r s 弱t h em a t e r i a l s ，t h ed i s s o l u t i o nr a t ei nw a t e ra n d r e l e a s ec h a r a c t e r i s t i c so fm i n e r a le l e m e n t si ns o i lw e r es t u d i e di nt h i sa r t i c l e a s i m u l a t e de x p e r i m e n tw i t hf o u rd i f f e r e n te n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ( t e m p e r a t u r e ，t e x t u r e ， r a i n f a l la n dd i f f e r e n ts o i l ) w a sc a r r i e do u tt os t u d yt h ee f f e c to ft h o s ef a c t o r so n r e l e a s ec h a r a c t e r i s t i c so fm i n e r a le l e m e n t si ns l a g f e r t i l i z e r ；a n dr e l e a s em e c h a n i s m s w e r er e s e a r c h e db ye s e m m a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： 1 t h em i n e r a le l e m e n t sd i s s o l u t i o nr e g u l a r i t yo fs l a g f e r t i l i z e r sw a st e s t e db y t h em e t h o do f 也ed i s s o l u t i o nr a t ei nw a t e r r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ed i s s o l u t i o nr a t e o fkw a sh i g h e rt h a nt h a to fo t h e re l e m e n t s a n dp r e l i m i n a r yd i s s o l u t i o nr a t eo fk w e r em o r et h a n10 m o s te l e m e n t s a c c u m u l a t e dd i s s o l u t i o na m o u n to fn o 5 s l a g - f e r t i l i z e rw e r eh i g h e rt h a nt h a to fo t h e rs l a g - f e r t i l i z e r s ，e s p e c i a l l yki t s a c c u m u l a t e da m o u n tw a s8 2 4 6 ：t h ea c c u m u l a t e da m o u n to fpi nn o 1s l a g f e r t i l i z e r w a sa tm o s t ，u pt o3 3 19 ，a n dt h a to fc ra n dc ui nn o 2s l a g f e r t i l i z e ra n dm oi n n o 4s l a g f e r t i l i z e rw e r ea tm o s t ，u pt o1 3 1 9 、3 5 9 9 a n d3 8 1 7 ；a n dt h a to f a l l e l e m e n t si nn o 3s l a g - f e r t i l i z e rw e r el o w e rt h a nt h a to fe l e m e n t si no t h e rf e r t i l i z e r s 2 、m t ht h e n o 5 s l a g - f e r t i l i z e r a st h em a t e r i a l t h ee f f e c to fd i f f e r e n t e n v i r o n m e n t a lf a c t o r so nm i n e r a le l e m e n t sr e l e a s ec h a r a c t e r i s t i c sw a sc a r r i e do u tb y t h em e t h o do fs o i lc o l u m nl e a c h i n g 刀够r e s u l t ss h o w e dt h a tm g ，a 1 ，k ，z n ，c d ， c u ，p b ，m n 、f e ，p ，c r ，c a ，m oa n da ss h o w e dd i f f e r e n ta c c u m u l a t e dd i s s o l u t i o n r e g u l a r i t yo fr e l e a s eu n d e rt h ed i f f e r e n te n v i r o n m e n t a lf a c t o r s i nt h es o i l ，a st h es o i l t e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，t h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n to fpa n dc rd e c r e a s e d ， h o w e v e r , t h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n to fp bi n c r e a s e d ；i ns o i lp l u sf e r t i l i z e r , o n l y t h ee l e m e n to fps h o w e dt h es a m er e g u l a r i t ya spi nt h es o i l t h em o s ta n dl e a s to ft h e a c c u m u l a t e dl c a c h i n ga m o u n tw e r ec a ，9 3 8 1 a n df e ，0 0 1 3 。 u n d e rt h ed i f f e r e n tr a i n f a l l ，t h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n to f a l 、p 、k 、m n 、 z na n dm oi nt h es o i li n c r e a s e d 。a sa 1 ，p ，k ，m na n df ei nt h es o i lp l u sf e r t i l i z e r , w h e nt h er a i n f a l li n c r e a s e d ；t h em o s ta n dl e a s to ft h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n t w e r ec a ，9 3 8 1 ：a la n dc r ，0 0 1 2 t h em e d i ah a dag r e a ti m p a c to nt h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n to fm i n e r a l e l e m e n t s i nt h ed i f f e r e n tm e d i a ，z e o l i t eo b v i o u s l yr a i s e dt h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n g a m o u n to f m g 、k 、c r 、f e 、z n 、a s 、c d 、p b 、a l 、p 、c ua n dm o ，b u td e c r e a s e d i i i t h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n to fc aa n dm n ；t h em o s ta n dl e a s to ft h e a c c u m u l a t e dl c a c h i n ga m o u n tw e r ec a ，1 5 5 0 2 a n da l ，0 0 2 1 i nt h ec a s eo fd i f f e r e n ts o i l ，t h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n to fm o s tm i n e r a l e l e m e n t si nt h eh e f e is o i lw a sh i g h e rt h a nt h a to fi no t h e rs o i l s ，t h em o s to ft h e a c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n tw a sc a ，13 7 2 7 h o w e v e r , t h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n g a m o u n to ft h o s em i n e r a le l e m e n t si nt h eb 刨i n gs o i lw a st h el e a s t ，a n dt h el e a s to ft h e a c c u m u l a t e dl e a c h i n ga m o u n tw e r ec da n dc r ，w h i c hw e r eb e l o wd e t e c t i o nl i m i to f i n s t r u m e n t 3 t h er e l e a s ec h a r a c t e r i s t i c so fm i n e r a le l e m e n t so ff o u rs l a g f e r t i l i z e r si ns o i l w e r er e s e a r c h e db yt h es o i lc o l u m nl e a c h i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e l e a s e s p e e do f m g ，a 1 ，p ，c a ，m n ，z n a n dc dw a ss l o w e ri ns o i lp l u sf e r t i l i z e rt h a nt h a t i ns o i l b u tt h er e l e a s es p e e do fk 、a s 、m oa n dp b w a sf a s t e ri ns o i lp l u sf e r t i l i z e rt h a n t h a ti ns o i l ；t h er e l e a s es p e e do ff ew a sf a s t e ro n l yi n s o i lp l u sn o 3f e r t i l i z e ra n di n s o i lp l u sn o 4f e r t i l i z e r ，h o w e v e r ，t h er e l e a s es p e e do fc uw a sf a s t e ro n l yi ns o i lp l u s n o 1f e r t i l i z e ra n di ns o i lp l u sn o 2f e r t i l i z e r ；c rw a sj u s tl e a c h e do u ti ns o i lp l u s n o 3f e r t i l i z e ra n ds o i lp l u sn o 4f e r t i l i z e r t h ea c c u m u l a t e da m o u n to fm o s tm i n e r a l e l e m e n t si ns o i lp l u sn o 3f e r t i l i z e ra n ds o i lp l u sn o 4f e r t i l i z e rw a ss m a l l e r , b u tt h a t o ft h eo t h e re l e m e n t s w r i t ss m a l li n s o i lp l u sn o 1f e r t i l i z e ra n ds o i lp l u sn o 2 f e r t i l i z e r , s u c ha sp 、f e 、c r 、a s 、m o t h em o s ta n d l e a s to ft h ea c c u m u l a t e dl e a c h i n g a m o u n tw e r ec a ，1 3 8 2 3 ，a n dc r ，w h i c hw a sb e l o wd e t e c t i o nl i m i to f i n s t r u m e n t 4 t h ee x t e r n a ls u r f a c ea n ds e c t i o ns t r u c t u r e so fd i f f e r e n ts l a g f e r t i l i z e r sw e r e o b s e r v e db ye s e m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec o a t e de f f e c to fn o 5a n dn o 3 s l a g f e r t i l i z e r sw a sb e t t e r , t h e nw a sn o 1a n dn o 2s l a g f e r t i l i z e r , t h ew o r s tw a sn o 4 s l a g f e r t i l i z e r t w ok i n d so fc o a t e d m a t e r i a l sc o m b i n e dc o m p a c tw i t hn o 3 s l a g f e r t i l i z e r , a n dt h e ym a d e e x t e r n a ls u r f a c ef o r mw a t e r p r o o fl a y e ra n dd e c r e a s et h e t i m ew h i c ht h ef e r t i l i z e rc o n t a c t e dw i t hw a t e r t h i sm a d et h em i n e r a le l e m e n t sr e l e a s e s p e e dd e c r e a s e d ；t h ec o a t e dl a y e r o fn o 1a n dn o 2s l a g f e r t i l i z e r sw e r es t a c k e d f l o c c u l e n t l ya n dh a dh o l e so f u n e v e ns i d e s ；t h ec o a t e dl a y e ro f n o 4s l a g - f e r t i l i z e rw a s c o m p l e t e l ys t a c k e db yt h ec o a t e dm a t e r i a l sa n dh a dm a n yo b v i o u s l y h o l e so fd i f f e r e n t s i d e s t h i sm a ye x p l a i nt h ed i f f e r e n te f f e c to fm i n e r a le l e m e n t sr e l e a s e o ft h e f e r t i l i z e r sa f t e rt h ef e r t i l i z e r sw e r ec o a t e db yd i f f e r e n tm a t e r i a l s k e y w o r d s ：s l a g - f e r t i l i z e r , m i n e r a le l e m e n t s ，r e l e a s ec h a r a c t e r i s t i c s ， e n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，m e c h a n i s m s i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 图目录 表目录 缩语与略语 1 文献综述1 1 1 研究背景1 1 2 国内外钢渣综合利用现状1 1 3 控缓释肥料研究现状及进展4 1 4 控缓释肥料的养分释放机理及其评价方法7 2 引言9 2 1 研究必要性、目的及意义- 9 2 2 主要研究内容和目标9 3 材料和方法1 0 3 1 材料1 0 3 1 1 实验试剂1 0 3 1 2 实验仪器1 0 3 1 3 供试材料1 0 3 2 方法11 3 2 1 水中溶出法1 1 3 2 2 土柱淋溶法1 1 3 2 3 土壤及钢渣肥料的前处理1 1 3 2 4 水样前处理1 2 3 2 5 样品检测1 2 3 2 6 电镜扫描方法1 2 3 2 7 结果计算13 4 结果与分析1 4 4 1 钢渣肥中矿质元素在水中溶出规律1 4 4 1 1 矿质元素在水中溶出特性1 4 4 1 2 矿质元素在水中溶出率比较。1 6 4 1 3 钢渣肥料中各元素在水中溶出规律1 7 4 2 影响钢渣肥中矿质元素释放的因素研究1 9 4 2 1 土壤温度对矿质元素释放的影响1 9 v 4 2 2 降雨量对矿质元素释放的影响2 3 4 2 3 土壤介质对矿质元素释放的影响2 7 4 2 4 土壤类型对矿质元素释放的影响3 1 4 3 钢渣肥中矿质元素在土壤中释放特性3 9 4 4 钢渣肥料微观结构特征研究4 4 5 讨论4 9 6 结论5 l 参考文献。5 3 致谢5 9 作者简介6 0 v i 图目录 图1 钢渣肥1 号中矿质元素在水中的累积溶出率曲线1 8 图2 钢渣肥2 号中矿质元素在水中的累积溶出率曲线1 8 图3 钢渣肥3 号中矿质元素在水中的累积溶出率曲线1 8 图4 钢渣肥4 号中矿质元素在水中的累积溶出率曲线。1 9 图5 钢渣肥5 号中矿质元素在水中的累积溶出率曲线。1 9 图6 - - 1 9 钢渣肥5 号中矿质元素在不同温度下释放特性2 0 图2 0 3 3 钢渣肥5 号矿质元素在不同降雨量下释放特性2 3 图3 4 4 7 钢渣肥5 号中矿质元素在不同介质下释放特性2 7 图4 8 - - 6 1 钢渣肥5 号中矿质元素在不同土壤类型下释放特性3 2 图6 2 - - , 7 5 钢渣肥1 4 号中矿质元素在土壤中释放特性3 9 图7 6 - - 7 9 钢渣肥1 号外表面和剖面微观特征4 4 图8 0 - - 8 3 钢渣肥2 号外表面和剖面微观特征4 5 图8 4 8 7 钢渣肥3 号外表面和剖面微观特征4 6 图8 8 - , 9 1 钢渣肥4 号外表面和剖面微观特征4 6 图9 2 - - , 9 5 钢渣肥5 号外表面和剖面微观特征4 7 v n 表目录 表l 主要产钢国家钢渣利用情况2 表2 微波消解程序1 2 表3 仪器主要工作参数1 2 表4 钢渣肥料中矿质元素在水中的初期溶出率1 5 表5 钢渣肥料中矿质元素在水中的7 d 累积溶出率。1 5 表6 钢渣肥料中矿质元素在水中的微分溶出率1 6 表7 钢渣肥料中矿质元素在水中的累积溶出率1 7 表8 在不同温度下土壤和土壤与肥料中矿质元素累积淋出量3 7 表9 在不同降雨量下土壤和土壤与肥料中矿质元素累积淋出量3 7 表1 0 在不同质地下土壤和土壤与肥料中矿质元素累积淋出量3 8 表1 1 在不同土壤类型下土壤和土壤与肥料中矿质元素累积淋出量3 8 表1 2 钢渣肥1 4 号在土壤中矿质元素累积淋出量4 3 v i i i 英文缩略语英文全称 g g r a m k gk i l o g r a m m gm i l l i g r a m p gm i c r o g r a m l ml pl g m l l c m m i n h d i c p m s c e mm a r s e s e m l i t e r m i l l i l i t e r ( s ) m i c r o l i t r e 缩语与略语表 g r a r n m i l l i l i t r e g r a m l i t r e c e n t i m e t e r m i n u t e h o u r ( s ) d a y ( s ) i n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m a m a s ss p e c t r u m c e mm i c r o w a v ee x t r a c t i o ns y s t e m e n v i r o n m e n ts c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e i x 中文 克 千克 毫克 微克 升 毫升 微升 毫克每毫升 克每升 厘米 分钟 小时 天 电感耦合等离子体质谱 美国c e m 微波萃取系统 环境电子扫描显微镜 1 文献综述 1 1 研究背景 矿渣包括炼铁所产生的矿渣和炼钢所产生的钢渣。高炉矿渣是冶炼生铁时从 高炉中排出的一种废渣，根据铁矿石成分、熔剂质量、焦碳质量以及牛铁种类不 同，一般每生产1 吨牛铁，要排出0 3 1 0 吨废渣，每年我国铁厂的矿渣排放量高 达3 0 0 0 万吨以上，分布在我国的1 7 个省、市、自治区，因此它是一种量大面广的 工业废渣；钢渣是炼钢排出的渣，全球每年产出数亿吨钢渣。我国现在每年钢渣 的排放量约为6 0 0 0 万吨，其累计储量已达3 亿多吨，排出量约为粗钢产量的1 5 2 0 ，但是目前仅有约2 5 的钢渣和7 0 8 5 的高炉渣得到利用。剩余的废渣 多被堆积起来，不仅占用大量耕地，还污染大气和水源，造成严重的环境污染。 因此，钢渣的综合利用问题不仅成为钢铁工业实现可持续发展而且也是环境保护 者们啧需解决的问题。 1 2 国内外钢渣综合利用现状 1 2 1 国外钢渣综合利用概况 早在2 0 世纪初，国外就开始了钢渣利用价值的研究。据1 9 8 5 年资料统计，日 本高炉渣的利用率几乎达1 0 0 ，主要用于筑路、作水泥原料、建筑骨料及开垦 荒地等。目前，日本将一种添加剂添加到钢渣热熔液中，能够解决钢渣膨胀问题。 处理过的钢渣可以作为筑路材料、水泥原料、混凝土骨料等建筑材料和符合 j i s ( 日本工业规范) 标准的各种工业产品。全日本冶金渣的利用率目前达3 1 9 0 t l 】。 日本利用钢渣生产的铁酸盐水泥，其主要性能与硅酸盐水泥一样。1 9 8 6 年日本认 定矿渣硅酸质肥料可当作普通肥料使用或作为酸性土壤改良剂；利用钢渣中石 灰、f e 、a l 等有效成分能提高受污泥等污染的封闭性海域的海底水质和底质，如 东京湾、伊势湾、濑户内海等，均已有预试验结果【2 】。 钢渣富含许多有用元素，不仅用于燃料燃烧过程，而且也用于金属熔炼、精 炼和回炉高温冶炼过程。在医学上，充分利用高炉炉渣中硫、钙、镁、铁等化合 物含量较高的特性，将钢渣溶于水中形成矿化水，可用来治疗风湿性关节炎、皮 肤病以及神经痛等疾病【3 j 。 德国的钢渣主要用于水利工程和堤坝建筑等，已经用转炉钢渣加固了莱茵河 港口和谬司河岸，还利用平炉钢渣加固了一些河流的河床。1 9 9 4 年德国钢铁渣利 用率为9 5 以上，其中用于土建占5 6 ，如铺路、土方工程和水利工程；用于生 产矿渣硅酸盐和高炉渣水泥占3 0 ；7 在钢厂内返回使用；2 用于制作肥料， 只有小于5 的炉渣因达不到使用要求而被送往渣场。德国北部些钢厂的炉渣 常常出口到丹麦，作为制作沥青混凝土的原料【4 1 。 瑞典向熔融钢渣加入碳、硅和铝质材料，不仅达到回收金属的目的，还可用 于生产水泥。法国、德意志联邦共和国、加拿大等国均把这类钢渣用作铁路道碴 和道路材料【1 5 j 。 美国的钢渣利用率为7 9 ，其中5 9 用于冶炼熔剂。美国国内的部分铁路也 采用钢渣作为铁路道渣铺成的【l 】。美国将钢渣还用于废水处理，在某矿山建立了 钢渣一酸性废水渗滤床，采用石灰岩作为截流堰，使酸性废水缓慢透过由钢渣构 成的过滤层，该系统从2 0 0 0 年建成以来始终保持稳定的中性出水水质【6 】。 联合国( e c e ) 组织通过对德、美、法、俄、日、加拿大等2 0 多个国家钢渣的 利用情况调查，结果显示，2 0 个国家的钢渣5 0 左右用于道路工程。钢渣在烧结、 炼铁、化铁炉、水泥生产中应用，德国为3 l ，日本为2 5 ，美国为5 0 t 1 1 。 钢渣除了以上主要利用方式外，还可以作为肥料应用于农业。钢渣是一种以 钙、硅为主并含多种养分的具有速效又有后劲的复合矿质肥料【l 】。由于钢渣在冶 炼过程中经高温锻烧，其溶解度大大改变，所含各种主要成分易溶量达全量的 1 3 1 2 ，有的甚至更高，容易被植物吸收；并且钢渣内含有微量的锰、铁、铜 等元素，对缺乏此微量元素的不同土壤和不同作物可以起到不同程度的肥效作 用；含硅和磷高的钢渣可分别用于生产硅肥、钙镁磷肥【l 】。欧洲各国如法、德、 日、波兰、俄罗斯等国利用高磷钢渣作肥料有悠久的历史。早在2 0 世纪5 0 年代日 本就将钢渣作为硅肥用以改良退化稻田【7 1 ，德国则利用钢渣作为提高土壤肥力的 必要措施【8 】。目前，发达国家用于农业的钢渣约占其总量的1 0 。 1 2 2 我国钢渣综合利用情况 我国钢渣利用起步较晚，钢渣的利用率与发达国家相比还存在一定的差距。 见表1 t 1 , 9 , 1 0 。我国钢渣主要集中利用在填料、回收废钢、生产道路工程材料与水 泥掺合料几个方面，且资源流失的比例仍然不小。我国目前生产少量钢渣水泥， 多用转炉钢渣掺5 0 左右高炉粒化渣，1 0 左右石膏，磨制无熟料钢渣水泥， 或以1 5 左右水泥熟料代替钢渣磨制少熟料水泥。我国有些地方利用电炉钢渣 生产白钢渣水泥。此外，钢渣还可制造砖、瓦、碳化建筑材料等。我国近年来也 出现了几种新的利用方式：利用钢渣生产高强空心砌块，其性能优良，废渣利 用率达到5 0 ，是一种高强、利废、节能与高效能的新型绿色墙体材料；利 用钢渣生产人造石，将钢渣和铁渣熔融后，添加钠、钴等化合物冷却固化，能制 成乳白色人造石。如果再适当调整添加物质和熔融时的保护气氛，还可制成青、 红、绿等不同颜色的人造石，除用做领带别针和垂饰等装饰品外，可进一步研究 做楼板、花砖、网球场和高尔夫球场彩色砂【1 1 , 1 2 , 1 3 】。 2 表l 主要产钢国家钢渣利用情况 ! ! ! ! ! ! ! ! 竺垒! i 三2 1 2 22 1 ：! ! 量1 2 尘呈i 21 2 兰2 坚z2 111 量! p 型：! 堑2 22 1 ：! ! ：! 困名冶炼熔剂利建筑材料利农肥利用量其他利用量万t总利用量总利用率 用量万t ( 利 用量万t 万t ( 利用( 利用率) 万t 用率)( 利用率)率) 我国钢渣农用工作开展较晚，我国钢渣在农业改良土壤的应用始于上世纪 5 0 年代末6 0 年代初。1 9 8 4 1 9 8 5 年，中国科学院南京土壤研究所、湖南化工研 究所等单位共同协作，开展了钢渣的农用试验研究，使钢渣农用试验在用量、用 法、粒度、土种、肥效以及作物的品种、性状、抗性和肥种对比及添加培养元素 等1 0 个方面，取得了可喜的进展。但8 0 年代后期，科研经费不足，导致工作进 展不大。另外钢渣在农业上应用成本太高，也成为钢渣农用的制约因素【l 】。 我国钢渣用于农业生产的利用率很低。虽然国内做了很多研究，但没有形成 一定规模，还处于研究探索阶段。近年来的一些研究多集中在钢渣的硅素肥料效 应与增产效果方面【m 1 。7 1 。钢渣中的钙、硅、锰以及微量元素均有肥效，可作为 渣肥施于酸性土壤 1 8 , 1 9 】。转炉钢渣能作为土壤改良剂、生产钢渣磷肥、生产硅 钾肥，具有缓释性能。对土壤环境的一些影响如改变土壤p h 以及土壤中c a 、 m g 、a 1 等离子影响【2 0 】。矿渣还可以用来制备缓释性肥料加以利用【2 1 1 。董环【2 2 】 等认为利用钢渣和铁渣制成矿渣锌肥，在施用大量肥料的基础上，使用不同用量 锌肥，调查茄子的生育性状、产量、品质和茄子各部位吸收养分状况和土壤养分 残留状况；结果是：钢渣锌肥比铁渣锌肥、高量锌肥比低量锌肥更能够促进茄子 增产，提高品质及果实吸收养分。张玉龙【2 3 】等盆栽试验结果表明：施用钢渣降 低了土壤水溶态硅、d t p 卜f e 、d t p a 一m n 的含量，其效果随钢渣用量的增加 而更为显著。但在钢渣用量一定时，却以中等粒度( 6 0 目) 处理降低程度最大。施 用钢渣还可以提高水稻植株体内硅的含量，降低水稻植株体内铁和锰的含量，其 效果随钢渣用量增加或粒度变细而更为明显。 1 3 控缓释肥料研究现状及进展 肥料是农业生产成本投入最多和增产的最重要要素，直接关系到农业的综合 效益。目前，提高化肥利用率，减少因施肥而造成的污染，发展可持续高效农业 已成为世界共同关注的问题。为了提高化肥利用率和减轻其对环境的污染，科研 工作者都在积极寻求提高化肥利用率的有效途径，并且提出了许多有效的方法和 措施，如以水带肥、水肥耦合、氮肥深施及筛选高效利用养分的基因型作物品种 3 等【2 4 1 。 对肥料本身进行技术改造和创新是提高化肥利用率切实可行的途径。通过肥 料技术的改造和创新，改造现有常规肥料和研制新型肥料是提高化肥利用率，减 少肥料损失的重心，其中缓控释肥料较早地引起了研究人员的注意【2 5 j ，并且近 年来成为肥料创新研究和技术革新的热点，得到了世界许多国家普遍重视【2 1 1 。 所谓缓释控释就是根据有用成分的释放过程和机理，通过改变影响其释放的因 素和条件，以达到延缓控制其释放过程的目的。一般认为，生物或化学作用下 可分解的有机氮化合物( 如脲甲醛u f s ) 肥料通常被称为缓释肥( s l o wr e l e a s e f e r t i l i z e r s ) ，而对生物和化学作用等因素不敏感的包膜肥料通常被称为控释肥 ( c o n t r o lr e l e a s ef e r t i l i z e r s ) 。缓控释肥料的最大特点是养分释放与作物吸收同 步，简化施肥技术，实现一次性施肥能满足作物整个生长期的需要，肥料损失少， 利用率高，减少了施肥的数量和次数，节约成本，适合不同类型的土壤和植物， 可有效防止土壤板结，环境友好以及提高农产品品质；被认为是2 1 世纪化学肥料 的发展方向 3 2 3 3 3 4 1 ，缓控释肥料在农业上的应用，可以有效地提高肥料的利用率， 使氮素的利用率提高到6 0 7 0 【”】。 1 3 1 国外控缓释肥料研究现状 自从1 9 2 4 年脲醛肥料取得专利以后，这些年来，缓释肥料已有长足进步。 近年来发展到可控释放肥料( c o n t r o l l e da v a i l a b i l i t yf e r t i l i z e r sc a f s ) ，而且已有 一部分实际应用在农业生产中【3 5 1 。从2 0 世纪6 0 年代开始，美国、日本等发达 国家就开始从事化肥制作技术的研究和改进，从改变化肥本身的特性来提高肥料 的利用率，对肥料进行包膜化，即用可塑物质树脂、蜡质、石蜡和元素硫等做成 各种薄膜把肥料包蔽起来【3 5 j ；相继研制并推出控释和缓释肥料系列产品，使化 肥的利用率得以大幅度提高。特别是7 0 年代以后，国外进行了大量研究，现在 市场上以商业产品销售的缓释控释肥料已达数十种。施用包膜肥料( 肥效提高 1 0 一- - 4 4 ) ，可以较好地解决农业污染问题【3 6 】。进入2 0 世纪8 0 年代以后，美国 对硫包膜尿素工艺进行改进，在包