利用粉煤灰生产肥料.docx

摘 要 总结了目前利用粉煤灰生产肥料的主要技术和方法, 并对其生产、作用机理进行了分析, 简单论述了粉煤灰基肥料的具体应用方法。关键词 粉煤灰 土壤改良 粉煤灰磁化肥 粉煤灰复合肥料 粉煤灰磁性复合肥料粉煤灰是燃煤电厂排放的固体废弃物。 粉煤灰的大量排放, 造成了严重的环境污染, 浪费 了粉煤灰中的有用资源。 全世界燃煤电厂每年 排放粉煤灰量约 5 亿 t。我国 1995 年粉煤灰的 排放量达 112 亿 t, 居世界首位, 当年粉煤灰的 利用率为 45% 。虽然我国粉煤灰的利用率逐年 增加, 但粉煤灰的利用量和粉煤灰的排放量之 间还有很大差距, 而且还有往年积压的大量粉 煤灰没有得到利用。 因此加强粉煤灰综合利用 的研究, 开拓粉煤灰新的应用途径, 对提高我国 粉煤灰的利用率和综合利用水平有重要意义。 目前, 我国的粉煤灰主要应用于建筑工程( 生产建筑材料如粉煤灰水泥、粉煤灰混凝土、 粉煤灰砌块、粉煤灰砖等和建筑充填)、道路工 程 ( 作路基材料)、回填 ( 工程回填和矿井回填 等)、农业应用、资源回收等, 其中前三项用量占 粉煤灰总用量的 95% 以上。粉煤灰生产肥料, 是近年来新兴的一种粉煤灰应用技术。 目前各国都在进行这方面的研 究。 我国在粉煤灰生产肥料方面已经取得了一 些成果。 有些技术业已成熟并正在进行推广。 粉煤灰生产肥料, 不仅利用了粉煤灰, 降低了环境污染, 而且还可缓解我国化肥供应紧张的局面, 创造较高的经济效益。用粉煤灰生产出 的肥料, 比用粉煤灰生产的其它产品或其它的利用方式创造的经济附加值要高得多。因此, 粉 煤灰生产肥料既有环境意义, 又有重大的经济 意义。粉煤灰既可以直接用作肥料, 也可以采用 一定方法将粉煤灰制成磁性肥料、复合肥料及磁性复合肥料。1 粉煤灰直接用作肥料粉煤灰的主要成分是硅、铝和铁, 以及钙、 镁、钾、钠、硫等 (见表 1)。粉煤灰中活性磷约为10 200m g/k g, 活性钾为 10 100m g/k g, 基本 无活性有机质, 全氮的含量极低, 一般为 50500m g /k g , 且均为非活性氮。由于粉煤灰中钙、 镁、钾、钠等碱性物质的含量较高, 故一般呈碱性反应, 干灰 pH 值可达 11 左右, 湿排灰的 pH值较低, 一般为 8 9。除常见元素外, 粉煤灰中 还含有大量的微量元素, 与农业有关的硼、锰、铜、锌、钼、钴、硫等, 总量一般为 1% 2% 。 其中磷和钾的含量一般与土壤相近, 水溶性硼的 含量高于土壤数十倍。表 1粉煤灰的主要化学成分化学成分烧失量S iO 2A l2O 3F e2O 3C aOM gOK 2ON a2OSO 3含量/%30 6010 35115 401 10011 2015 3011 10 21 25化学成分稀土元素P 2O 5B 2O 3T iO 2M nO 2C uVZn含量/%011 015011 012015 2011 20101 0105 0101 0. 05 0. 001 0. 1微量利 用 粉 煤 灰 生 产 肥 料邵靖邦王祖讷中国矿业大学北京校区 (北京100083)李浩国家冶金工业局建筑研究总院 (北京100088)1998 年第 3 期煤炭加工与综合利用47粉 煤 灰 的 粒 度 非 常 细, 粒 径 小 于 011mm者通常占 60% 以上。视密度 (小于 1g/cm 3 ) 小于 土 壤的视密度 ( 110 113g /cm 3 ) , 密度 ( 210g /cm 3 左右) 小于土壤的密度 ( 2165g/cm 3 左右) ,孔隙度大于土壤的孔隙度 (60% )。 粉煤灰直接用作肥料, 即作为土壤改良剂,主要利用的是其对农作物生长有益的元素和能够改善土地物理性质的结构特性。 硅、铁、钾、磷、硼、锌、锰及稀土元素 (R E E )等可以促进农作物的生长, 是粉煤灰对农业的有益成分。 但粉煤灰中的这些元素并不是都可 以很容易地释放出来, 只有它们呈活性状态时, 才容易释放出来并被植物吸收。 一般这些元素 的活性部分含量都较低。当粉煤灰中的硅、铁、钾、磷、硼、锌、锰等元素的含量较高 ( 即高于土壤中的含量) 时, 特别 是其活性成分的含量较高时, 可以直接施加到 农田里。对于粘土质土壤, 施加粉煤灰, 利用其高孔 隙度、低视密度等特性, 可以疏松土壤, 增加透水性和透气性, 从而达到增产的目的。对酸性土 壤, 如酸性红土地, 施加粉煤灰, 利用其碱性, 可 以使其酸性得到中和, 从而提高土壤的质量。对 生荒地施用粉煤灰, 有助于生土的熟化。在农田中施加粉煤灰, 其最高年施加量每亩地一般不超过 5000k g。2 磁性粉煤灰肥料粉煤灰磁化肥是通过使粉煤灰磁化, 增强 其肥效, 降低用灰量, 从而达到增加农作物产量 的目的。 70 年代以来, 国内外对粉煤灰生产磁 化肥做了大量的研究和开发工作, 取得了很多有益的成果。 粉煤灰磁化肥的生产过程比较简单。 粉煤灰通过磁化机磁化处理, 就可以得到粉煤灰磁 化肥。磁化机有两种类型: 永磁结构磁化机和电 磁结构磁化机。前者虽然不需要激磁电源, 但因其体积庞大、磁场容易衰竭且不易调节, 已经逐 渐退出市场。后者磁场强度连续可调, 磁化时间 可调, 对入料的水分和粒度适应性强, 设备紧凑, 操作方便, 被愈来愈多的用户所认可, 具有强大的市场竞争力。 粉煤灰的磁化时间和磁场 强度主要与粉煤灰中铁的存在方式和含量等因 素有关。一般磁化粉煤灰时的磁通密度为 0115 013T , 磁化时间为 2 3 s。 粉煤灰磁化肥的作用机理是通过改善土壤化学作用、提高微量元素的溶解性和刺激植物 的酶系统发生变化来促进有机物的分解和微生 物的繁殖, 有利于农作物的生长, 提高其产量。 粉煤灰磁化后, 具有一定的磁性, 混入土壤后对周围的土壤结构产生影响, 使土壤整体磁 性增强, 微量元素活化, 土壤的持水性、透气性 得到改善, 有利于营养成分的传输及被植物根 系吸收。具有铁磁性的粉煤灰在土壤中氧化和水解时, 会释放出一定的能量。 这些能量能够促进 氮、磷、钾的积累。 粉煤灰中的铁磁性物质还能 调节土壤的酸碱度, 粉煤灰中的铁和土壤中的 水分反应形成 F e (O H ) 3 , 使土壤的 pH 值变为615 7, 从而降低其水解酸度。 粉煤灰磁化肥应用于肥田和改良土壤, 其最佳施用量为 150 250k g/亩。 增产效果一般 可达 5% 10% 。3 粉煤灰复合肥料前已述及, 粉煤灰可以单独作为一种肥料 施加到农田中, 以提高农作物的产量。但一般粉煤灰中所含的对植物生长有益的成分含量较低, 肥效也不明显。如果在粉煤灰中掺加一定量 的对植物生长有促进作用的成分, 并通过一定 的加工, 将其制造成有效组分含量高、肥效好的肥料, 则可满足植物生长的需要, 大大提高农作 物的产量。粉煤灰复合肥的制造过程主要分如下两步 进行: (1) 混料: 根据具体需要, 可以单独掺加或 混合掺加含有磷、钾或氮等的矿物质或化合物。同时还可以适当加入一些其它的微量元素、稀 土元素等。 目前, 常用的掺加成分为磷灰石、碳 酸钾、氢氧化钾、硝酸钠等。 (2) 化学合成: 主要 是高温合成反应。 将粉煤灰、磷灰石矿石、助熔煤炭加工与综合利用1998 年第 3 期48剂、添加剂按一定的比例混合, 使其在高温下熔融, 将不易分解的磷灰石的晶格破坏, 使其转化 成容易被植物吸收的成分。 其中活性硅和有效 铁的含量也大大增加。 充分反应后, 使其冷却、 磨细即为粉煤灰复合肥。 它是以钾霞石为主的 矿物组合。粉煤灰复合肥通过化学反应, 使粉煤灰与 掺加成分生成具有缓释 ( 溶解缓慢) 能力的、含有磷、钾或氮等的矿物。掺加的成分多为在常温 常压的自然条件下极容易分解的矿物, 或是在 自然条件非常稳定、基本不分解的矿物。这些成 分与粉煤灰混合后, 形成的合成产物是分解缓 慢、适合农作物吸收的矿物。 如钾霞石和白榴 石, 在通常条件下不容易分解, 但在植物根系的 腐植酸的作用下, 则可缓慢分解, 释放出钾。此外, 合成产物仍具有多孔特征, 对改善土 壤的性能仍发挥很大作用。粉煤灰复合肥的施加量, 与农作物的种类有关。一般施用量为 100 200k g /亩。增产效果 可达 10% 15% 。4 粉煤灰磁性复合肥料粉煤灰磁性复合肥是近几年新开发的一种 粉煤灰基肥料。 该种肥料集中了粉煤灰磁化肥 和粉煤灰复合肥的优点, 具有很高的应用价值。 粉煤灰磁性复合肥的制造是通过混料、合 成、造粒和磁化等过程完成。 工艺流程如图 1所示。将粉煤灰、氮、磷和钾等有益成分 ( 多为无机矿物形式) 以及其它辅助材料按一定比例混 合。其具体比例主要依据粉煤灰的特点、要生产 的肥料种类、施用条件 (土壤、气候、水质及农作 物类型等) 等确定。(2) 合成通过一定装置, 使混合好的物料在一定条 件 (温度、压力、浓度、酸碱度、氧化还原条件等) 下反应, 生成新的产物。也可以将混合好的物料制成物理固体混合料, 而不需要化学反应。(3) 造粒使用造粒机, 将新合成的产物混合料或物 理固体混合料制成一定粒度的球形颗粒。 造粒 时, 为了增加颗粒的稳定性, 可以加入一定量的胶合材料。 粒度一般控制在 2 3mm可以根据具体要求调整颗粒的大小。(4) 磁化范围, 也将制造好的颗粒在磁化机上磁化。 磁通密度 0115 013T , 磁化时间为 2 3 s。 粉煤灰磁性复合肥集复合与磁化于一体。在合成和造粒阶段, 将这些简单的混合物制成 了适合植物生长所需要的物料。 施入土壤后通 过化学反应新形成的矿物富含氮、磷、钾以及各 种对植物生长有益的微量元素, 在农作物生长过程中可以缓慢地将这些有用成分释放出来,被农作物吸收。经过造粒后, 有益成分被较牢固地固结起 来, 因而肥效长, 不容易结团和挥发, 且有利于 运输和使用。由于粉煤灰中均含有一定量的铁, 肥料经 过磁化后, 其颗粒具有一定磁性, 从而又具有了 粉煤灰磁化肥的效能。由于粉煤灰磁性复合肥中含有较多的有益 成分, 因此, 其施用量比其它的粉煤灰肥料低。目前, 粉煤灰磁性复合肥施用的最佳量为 50100k g/亩。 根据施用的条件、农作物的种类不同, 施加粉煤灰磁性复合肥的增产率为 10% 20% 。粉煤灰磁性复合肥图 1 粉煤灰磁性复合肥生产流程示意图(1) 原料粉 煤 灰有 益 成 分辅 助 成 分反应器磁 化 机混合器造粒机1998 年第 3 期煤炭加工与综合利用49Jo nh K. B uck e t a l. 利用粉煤灰作为主要土壤改良剂在无烟 煤矸石上进行直接种植. 煤矿环境保护, 1992; 6 ( 2) : 55 57林玲玲. 齐鲁石化公司电厂粉煤灰磁化肥的农用试验. 粉 煤灰综合利用, 1993; ( 2) : 40 42张金明等. 粉煤灰磁化肥及其生产专用设备 磁化机介 绍. 粉煤灰综合利用, 1993; ( 3) : 49陈 冀 宇. 利 用 粉 煤 灰 生 产 新 型 肥 料. 粉 煤 灰 综 合 利 用,1994; ( 1) : 55张金明. 粉煤灰磁化肥生产中的几个问题探讨. 粉煤灰综 合利用, 1996; ( 2) : 7 10陈冀宇. 用粉煤灰制硅酸钾肥. 粉煤灰 综 合 利 用, 1990; ( 2) : 17 19王肇平. 粉煤灰及粉煤灰磷肥在食用菌裁培上的应用试 验. 粉煤灰综合利用, 1991; ( 3) : 52 53张甫平等. 煤灰渣作复混肥添加料的农用试验. 矿产保护 与利用, 1994; ( 1) : 48 50赵联巧. 浅谈粉煤灰制肥. 粉煤灰综合利用, 1991; ( 4) : 25 16电力部南京电力环保科研所. 粉煤灰复合磁化肥技术. 粉 煤灰综合利用, 1994; ( 2) : 38 40许荣华等. 粉煤灰复合磁化肥的开发与增产机理. 粉煤灰 综合利用, 1995; ( 4) : 11 12王 志 广. 粉 煤 灰 利 用 的 又 一 新 开 拓. 黑 龙 江 电 力 技 术,1993; ( 1)李耀华. 利用粉煤灰生产磁化肥. 煤炭加工与综合利用,1995; ( 4) : 45龚同生. 粉煤灰综合利用的实质和方式. 粉煤灰综合利 用, 1995; ( 4) : 47 49中华人民共和国国家标准. 农用粉煤灰中污染物控制标 准, GB 8173287张永泉等. 粉煤灰中有害物质的影响研究. 电力环境保 护, 1993; ( 1)在利用粉煤灰制造肥料以及粉煤灰肥料的实际应用中, 应注意如下几点:( 1) 了解粉煤灰本身的特点, 如化学成分、 结构特征等。 对粉煤灰生产肥料的可行性进行 系统的评价是非常必要的。(2) 分析粉煤灰中的有害成分, 看是否对农 作物的生长和人类的健康构成影响。(3) 粉煤灰对农田的适用性。粉煤灰肥料的 使用也是有一定条件的。 由于粉煤灰具有水硬 性和胶结性, 砂质土壤应尽量避免使用或少量使用粉煤灰肥料, 以防止土壤板结。( 4) 粉煤灰肥料的施用要考虑到农作物的 类型, 从而使肥效能有效地发挥。( 5) 由于粉煤灰肥料是一种新的肥料, 因 此, 要经常跟踪和了解粉煤灰肥料的使用情况,以调节其品种和用量, 达到最佳使用效果