保水固沙材料及其制備方法與應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種保水固沙材料及其制備方法與應用。
【背景技術(shù)】
[0002] 據(jù)國家林業(yè)局第二次沙化土地監(jiān)測結(jié)果顯示，截止2005年底，全國沙化土地面積 達174. 3萬平方公里，相當于10個廣東省的幅員面積，占國土面積的18%。據(jù)動態(tài)觀測， 我國土地沙化擴展速度每年達到3436平方公里，當于一個北京總面積。沙漠化是當今世界 人類共同面臨的一個重大環(huán)境及社會問題。內(nèi)蒙古阿拉善盟歷史上曾是水草豐美的天然牧 場，現(xiàn)今85 %的土地已經(jīng)沙化。
[0003] 據(jù)中科院蘭州沙漠所測算，我國每年風蝕損失折合化肥2. 7億噸，相當于全國農(nóng) 用化肥產(chǎn)量的數(shù)倍。耕地退化1. 16億畝，占沙區(qū)耕地面積的40%。沙化地區(qū)耕地產(chǎn)量個別 地方畝產(chǎn)幾十斤，且要多次播種耕作。全國特大沙塵暴頻發(fā)，60年代8次，80年代14次，90 年代23次。大氣塵埃增加，空氣污染加重，環(huán)境質(zhì)量下降，北方城市沙塵暴、南方泥雨影響 到韓、日，引起國內(nèi)外關(guān)注，成為生態(tài)環(huán)境外交的問題。
[0004] 針對沙化現(xiàn)象，國內(nèi)也做了努力，如采用化學防治沙化現(xiàn)象，因此，相繼出現(xiàn)了一 些化學固沙技術(shù)和材料。目前的化學防治土地荒漠化的技術(shù)及材料，主要采用以下幾種技 術(shù)與材料：
[0005] 1.石油浙青治沙技術(shù)：采用原油、渣油、浙青及乳化浙青噴灑在荒漠化土地表面， 使之形成一層連續(xù)固結(jié)層，經(jīng)蒸發(fā)后逐漸變硬，可保護土地免遭風蝕，這類材料耐候性差， 易老化分解，保護周期短，石油的分解物可能會造成新的環(huán)境污染。
[0006] 2.高分子合成化學材料荒漠化土地的固定技術(shù)：采用具有粘結(jié)性或薪性的高分 子材料，可利用其具大的分子鏈形成的巨大網(wǎng)絡或活性集團，將分散的無粘結(jié)性的沙土粘 合到一起，形成有一定剛性或彈性不易破碎的穩(wěn)定體，從而達到穩(wěn)定沙地的目的。常見的 高分子材料如：聚丙烯酰胺（PAA)、聚乙烯醇（PVA)、聚醋酸乙烯乳液（PVAc)、水解聚丙烯 (ΗΡΑΝ)、聚脲甲醛樹脂、聚胺脂等等，用以上方法與材料雖然可以固定荒漠化土地，改良荒 漠化土地，但不能為荒漠化土地提供物植生長所需的環(huán)境，而且需要復雜的噴灑程序與噴 灑技術(shù)及設備，固沙成本高。
[0007] 3.造紙廢液固沙技術(shù)：采用通過化學改性的含木質(zhì)素的造紙廢液，利用其所具有 的粘結(jié)性，將分散的無粘結(jié)性的沙土粘合到一起，形成有一定強度和彈性的沙殼，從而達到 穩(wěn)定沙地的目的。但造紙廢液成分復雜可能會對環(huán)境造成新的污染。
[0008] 因此，如何研發(fā)出既環(huán)保又能提供物植生長所需的環(huán)境的固沙材料是本領(lǐng)域還需 要不斷探討的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種保水固沙材料及其制備方 法與其應用，以克服現(xiàn)有固沙材料污染環(huán)境、不能有效為植物提供生長所需的環(huán)境、且經(jīng)濟 成本高的技術(shù)問題。
[0010] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0011] -種保水固沙材料，包括如下質(zhì)量份的組分：
[0012] 磷石膏 60~90份 鉀長石 5~10份 磷礦粉 5~20份 保水劑 0:.5-5份 助劑 0.5~5份。
[0013] 以及，一種保水固沙材料的制備方法，包括如下步驟：
[0014] 按照上述的保水固沙材料分別稱取各組分；
[0015] 將稱取的各組分按照比例進行混料處理，過篩。
[0016] 以及，上述保水固沙材料在改善沙化土壤、鹽堿地中的應用。
[0017] 與現(xiàn)有固沙材料相比，上述保水固沙材料通過磷石膏、鉀長石、磷礦粉和保水劑等 組分的協(xié)同作用，賦予本發(fā)明保水固沙材料具有保水固沙功能，而且能改良鹽堿土壤，改良 土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤理化學性質(zhì)和生物化學性質(zhì)，能為植物提供中微量元素，為植物提供了 良好的生長環(huán)境。該保水固沙材料采用天然工業(yè)副產(chǎn)物及礦物質(zhì)組成，其環(huán)保，耐風化，使 用壽命長，經(jīng)測試，其還能在-5°C的惡劣條件下正常使用。另外，采用工業(yè)副產(chǎn)品磷石膏為 基材，對資源進行了高效利用，且降低了生產(chǎn)成本。
[0018] 上述保水固沙材料制備方法直接將各組分進行混料處理即可，其無需特殊的工藝 和設備，因此，該方法工藝簡單，適合工業(yè)化生產(chǎn)，節(jié)約了能耗，降低了成本。
[0019] 正因上述保水固沙材料具有如上所述的保水固沙功能、改良土壤結(jié)構(gòu)、能為作物 提供中微量元素，為植物提供了良好的生長環(huán)境，且能在低溫等惡劣條件下正常使用，因 此，本發(fā)明保水固沙材料能在改善沙化土壤中的應用。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋 本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021] 磷石膏是磷肥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體副產(chǎn)物。隨著我國磷肥業(yè)的快速發(fā)展，中國 已成為世界最大的磷肥生產(chǎn)國，也成為了第一大磷石膏生產(chǎn)國，因此，目前我國磷石膏堆放 量已超過3億噸，磷石膏的資源化利用是業(yè)內(nèi)各企業(yè)主要探索新的技術(shù)方向。具研究發(fā)現(xiàn)， 磷石膏呈酸性，其主要成分為鈣離子和硫酸根，還含有植物需要的磷、有機質(zhì)、硅、鐵、鎂等 營養(yǎng)元素，對改良鹽堿地和緩解土壤沙漠化發(fā)揮重要作用。磷石膏通過摻水可塑性好，可做 成固沙保水板、球及其他形狀容器。因此鹽堿地改良和沙化土壤的保水固沙是未來磷石膏 資源化的重要領(lǐng)域之一。
[0022] 基于上述原因，本發(fā)明實施例提供了一種以磷石膏為基材的，具有保水固沙、環(huán) 保、有效為植物提供生長所需的環(huán)境，且生產(chǎn)成的保水固沙材料。該材料包括如下質(zhì)量份的 組分：
[0023] 鱗石膏 60~90份 鉀長石 5~丨0份 磷礦粉 5~20份 保水劑 0.5~5份 助劑 0.5~5份。
[0024] 其中，磷石膏作為本發(fā)明實施例保水固沙材料的基材，如上述所述，其具有植物需 要的磷、有機質(zhì)、硅、鐵、鎂等營養(yǎng)元素，還能改善土壤地質(zhì)和具有塑性等優(yōu)異性能，與鉀長 石、磷礦粉等礦物成分協(xié)同作用，使得保水固沙材料優(yōu)異的固沙、而且能改良鹽堿土壤、改 良土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤理化學性質(zhì)和生物化學性質(zhì)、能為植物提供中微量元素、為植物提供 了良好的生長環(huán)境和環(huán)保等性能。
[0025] 在一實施例中，該磷石膏選用由生石膏經(jīng)加熱脫水處理生成的熟石膏 CaS04 · 1/2H20(或燒石膏）。其中，加熱脫水處理的溫度可以是常規(guī)的熟化溫度，如150°C。
[0026] 在一些具體實施例中，該磷石霄的含量可以是60份、62份、65份、68份、70份、72 份、75份、78份、80份、82份、85份、88份、90份等質(zhì)量份。
[0027] 在一實施例中，上述鉀長石是將鉀長石原料于1200-140(TC高溫煅燒后粉碎所得 鉀長石。該經(jīng)煅燒處理的鉀長石在該段溫度中能使鉀活化，轉(zhuǎn)化成作物吸收的有效態(tài)元素， 同時中微量元素也進行有效活化，提高了元素的有效利用狀態(tài)。
[0028] 在一些具體實施例中，上述鉀長石的含量可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份等 質(zhì)量份。
[0029] 在一實施例中，磷礦粉為經(jīng)有機酸活化后的磷礦粉。磷礦粉通過有機酸的活化處 理，能促進磷礦粉中的磷元素活性，被作物充分利用，例如有機酸促使Ca-P，Al-P，F(xiàn)e-P中 的磷釋放，生產(chǎn)有機酸磷。
[0030] 為了使得磷礦粉被有機酸有效活化，在一實施例中，有機酸活化磷礦粉的方法如 下：
[0031] 磷礦原料在研磨粉碎處理過程中加入有機酸研磨1-2個小時；其中，有機酸與磷 礦原料質(zhì)量比為1:20-30。為了進一步提高活化效果，在一實施例中，經(jīng)研磨處理后的磷礦 原料堆放5-7天。
[0032] 為了提供磷礦粉被有機酸有活化效果，在一實施例中，該有機酸活化磷礦原料的 溫度可以是常溫或室溫。
[0033] 在一些實施例中，活化磷礦原料的有機酸選用檸檬酸、醋酸、檸檬酸、酒石酸和蘋 果酸中的一種或兩種以上的復合物。該類有機酸能有效提高磷元素活性，從而提高磷元素 被植物的利用率。
[0034] 在一些具體實施例中，磷礦粉的含量可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、 12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份等質(zhì)量份。
[0035] 上述磷石膏、磷礦原料、鉀長石等組分能夠分別提供鉀、磷元素。而鉀、磷是作物必 須的營養(yǎng)元素同時，該類組分也屬于礦物肥料中中微量元素提供的原料，且原料來源廣泛， 不需要特殊化學加工即可使用。
[0036] 上述保水劑能與磷石膏、鉀長石、磷礦粉共同作用，賦予保水固沙材料的保水性 能，從而為植物生長提供必要的水分。在一實施例中，該保水劑六偏磷酸鈉、聚天冬氨酸或 聚丙烯酸鈉中的任一種或兩種以上的復合物。該優(yōu)選的保稅劑具有優(yōu)異的保水性能，而且 不影響上述保水固沙材料在應用過程中形成的保護層穩(wěn)定性能。
[0037] 在一些具體實施例中，該保水劑的含量可以是0. 5份、0. 8份、1份、1. 5份、2份、 2. 5份、3份、3. 5份、4份、4. 5份、5份等質(zhì)量份。
[0038] 在一實施例中，上述助劑選用凹凸棒、沸石粉、生石灰、鋁酸鈣、鋁酸鈉一種或兩種 以上的復合物。該類助劑能起到吸附及加速凝固等作用。
[0039] 在一些具體實施例中，該助劑的含量可以是0. 5份、0. 8份、1份、1. 5份、2份、2. 5 份、3份、3. 5份、4份、4. 5份、5份等質(zhì)量份。
[0040] 另外，在一實施例中，上述保水固沙材料的粒徑控制在100目以下為宜。為了使得 各組分均勻混合，因此，上述磷石膏、鉀長石、磷礦粉的粒徑優(yōu)選均控制在100目以下。這 樣，本發(fā)明實施例保水固沙材料在使用時，能與溶劑如水形成均勻的漿料，使得形成保護層 性能穩(wěn)定，而且也能有效的為植物提供所需的中微量元素。
[0041] 由上所述，上述保水固沙材料通過磷石膏、鉀長石、磷礦粉和保水劑等組分的協(xié)同 作用，賦予本發(fā)明保水固沙材料具有保水固沙功能，而且能改良鹽堿土壤，改良土壤結(jié)構(gòu)、 改善土壤理化學性質(zhì)和生物化學性質(zhì)，能為植物提供中微量元素，為植物提供了良好的生 長環(huán)境。而且其環(huán)保，耐風化，使用壽命長，經(jīng)測試，其還能在-5°c的惡劣條件下正常使用， 生產(chǎn)成本。另外，通過對各組分的選用和用量的控制，還能有效保水固沙材料保水固沙性 能，延長使用壽命，進一步為植物提供了良好的生長環(huán)境。
[0042] 相應地，本發(fā)明實施例還提供了上述保水固沙材料的一種工藝簡單，成本低的制 備方法。該制備方法包括如下步驟：
[0043] S01.按照上述的保水固沙材料分別稱取各組分；
[0044] S02.將稱取的各組分按照比例進行混料處理，過篩