一种可降解挡风固沙海绵环及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及沙漠植物种植防护产品技术领域，具体涉及一种可降解挡风固沙海绵环及其制备方法。


背景技术：

[0002]
我国是世界上受土地沙漠化影响最严重的国家之一，全国沙漠、戈壁和沙漠化土地约为165.3万平方米，沙漠化给生态环境和社会经济带来了极大的危害，一是破坏生态平衡，使环境恶化和土地生产力严重衰退，危及沙漠化区域人民的生存发展，二是导致大面积可利用土地资源的丧失，缩小了人民的生存空间，同时也严重制约了社会经济的可持续发展。
[0003]
为防止土地沙漠化的继续扩张，改善和保护生态环境，防止水土流失，在沙漠种植防护草和防护林是沙漠治理的首选方式。目前，通常采用方格稻草或化学方法来绿化治理沙漠，但干枯的稻草存在脆性、使用寿命短、抗风能力弱等缺点，治沙效果不明显。也有尝试在植被环周加设陶瓷瓷环，用于阻挡风沙，但其挡风固沙和保水保湿的效果不佳，且由于烧结瓷环无法降解，易形成固废，对环境也造成一定程度的影响。


技术实现要素：

[0004]
为解决现有固沙环存在的挡风固沙和保水保湿效果不佳，且不易降解的技术问题，本发提供一种可降解挡风固沙海绵环及其制备方法，充分利用内蒙古当地的天然废料和工业固废原料，变废为宝，制备的海绵环不仅可挡风固沙，更可随着植物的成材而随大自然风化降解变成粉料，回归大自然，不产生二次固废污染。
[0005]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可降解挡风固沙海绵环，其组份按重量份计为：沙漠沙20-35份，乌海红粘土45-55份，前旗长石7-11份，武川长石5-10份，碳酸盐质煤矸石10-15份，硅酸钙质粉煤灰5-10份，成孔剂3-10份，有机粘结剂cmc0.2-0.4份；
[0006]
所述沙漠沙的化学组成百分比为：sio274.15％、al2o39.66％、fe2o33.07％、tio20.47％、cao3.38％、mgo1.26％、k2o2.36％、na2o1.94％、烧失3.43％。
[0007]
进一步的，所述碳酸盐质煤矸石的主要矿物组成为方解石和石英，其化学组成百分比为：sio
2 21.71％、al2o
3 4.15％、fe2o33.32％、tio20.15％、cao65.61％、mgo1.28％、k2o0.67％、na2o0.39％、烧失1.64％。
[0008]
进一步的，所述硅酸钙质粉煤灰的主要矿物组成为石英和硅酸钙，其化学组成百分比为：sio
2 41.51-42.14％、al2o
3 17.16-34.18％、fe2o
3 2.41-5.00％、tio
2 1.28-0.64％、cao 10.8-17.98％、mgo 0.57-2.61％、k2o 0.55-0.94％、na2o 0.08-0.42％、烧失4.04-5.25％
[0009]
进一步的，所述海绵环的吸水率为28-31％，气孔率为33-39％，抗压强度为9-14mpa，抗弯强度为5-8mpa。
[0010]
作为优选的，所述成孔剂为炭粉、稻壳和木屑中的任一种。
[0011]
本发明还提供了一种可降解挡风固沙海绵环的制备方法，按组份称取各原料，经球磨、除铁、过滤、陈腐制泥、成型后，在1100-1170℃温度下烧成，保温时间为2小时，即制得可降解挡风固沙海绵环。
[0012]
进一步的，所述成型方法为真空挤压成型。
[0013]
进一步的，所述球磨时间为1小时。
[0014]
本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0015]
原料均取自内蒙古当地的天然废料、天然矿物原料和工业固废原料，变废为宝，采用乌兰布和沙漠的天然废料沙漠沙和天然矿物原料乌海红粘土为主要原料，通过添加工业固废原料碳酸盐质煤矸石和硅酸钙质粉煤灰，辅以高温粘结剂前旗长石和武川长石，造孔剂和有机粘结剂，制备了多孔的挡风固沙海绵环，其吸水率为28-31％，气孔率为33-39％，抗压强度为9-14mpa，抗弯强度为5-8mpa。
[0016]
挡风固沙海绵环具有适当的抗压强度，可根据各地风向和风力设计不同间隔的挡风固沙海绵环，以形成沙障，改变风的方向，避免沙子被强风卷起移动；具有良好的抗冻性、保温性，能延长植物的生长期；耐温骤变性强，耐冰冻不易断裂，具有较大吸水性，使之能容易吸收沙漠表层的水分和空气中的水分。同时，毛细管释放水汽缓慢，使之具有保湿作用，能调节水分的快速吸收又缓慢蒸发，具有调剂环境温度的作用，适应植物生长的环境。
[0017]
挡风固沙海绵环具有5-7年的生命周期，随着植物的成材，挡风固沙海绵环也因大自然风化后降解变成粉料，回归大自然，不产生二次固废污染。
附图说明
[0018]
图1是本申请实施例的可降解挡风固沙海绵环的主视图；
[0019]
图2是本申请实施例的可降解挡风固沙海绵环的俯视图；
[0020]
图3是图2的a-a截面示意图；
[0021]
图4是本申请实施例的可降解挡风固沙海绵环的仰视图。
[0022]
图中：1、海绵环本体；2、圆弧形凹槽；3、通孔；4、垂直空腔；5、储水筒；51、筒体；52、悬挂部；53、筒盖；6、滴液管。
具体实施方式
[0023]
以下通过实施例进一步说明本发明，但这些实施例只是示例性的，本发明并不局限于此。
[0024]
如图1-4所示，本发明的可降解挡风固沙海绵环，其结构为包括中空的海绵环本体1、多个圆弧形凹槽2、通孔3、垂直空腔4和储水筒5。
[0025]
海绵环本体1为中空结构，沙漠植物种植于海绵环本体1的中空结构内，海绵环本体1的材料优选为多孔陶瓷，多孔陶瓷的多孔结构具有良好的吸水性，可快速吸收水分，同时由于多孔陶瓷的毛细管释放水汽缓慢，兼具良好的保湿性，可使水分的快速吸收而缓慢蒸发，具有“海绵”特性，可有效调节环境及沙地湿度，有利于沙漠植物的存活与生长。
[0026]
圆弧形凹槽2设置于海绵环本体1的外侧壁，且多个圆弧形凹槽2等间距对称设置，通孔3沿水平方向开设于圆弧形凹槽2的凹陷底部，为更好达到挡风效果，通孔3设于中空的
海绵环本体1的中上部，且设置多层，风沙经过相对的通孔3时，形成对流贯通，可减弱风沙对海绵环本体1的冲击，从而达到挡风的作用，且圆弧形凹槽2的设置，也可通过圆弧面以改变风的方向，以达到辅助挡风作用。
[0027]
垂直空腔4沿海绵环本体1的环周等间距地设置于相邻圆弧形凹槽2之间。
[0028]
储水筒5的材料采用可降解的塑料，包括筒体51、用于挂持筒体51的悬挂部52和筒盖53，储水筒5通过悬挂部52挂持于海绵环本体1上，筒盖53盖合于悬挂部52，以防止水份的蒸发。储水筒5套设于垂直空腔4内部用于盛装液体，所盛装的液体可为水或营养液，储水筒5的底部连接有滴液管6，盛装于储水筒5中的液体经滴液管6滴出浸湿海绵环本体1。且垂直空腔4的深度小于海绵环本体1的高度，以利于储水筒5中的液体沿滴液管6顺畅滴出。
[0029]
可降解挡风固沙海绵环在使用时，沙漠植物种植于海绵环本体1的中空结构内，当起飞时，风沙经过相对的通孔3时，形成对流贯通，可有效减弱风沙对海绵环本体1的冲击，从而达到挡风的作用。可根据风向和风力，不同间隔地将挡风固沙海绵环固定于沙漠中，形成沙障，可避免沙被强风卷起移动，从而达到固沙的作用。为保持沙漠植物周边沙层及空气中的水分，可在储水筒5中盛装液体，液体沿滴液管6滴出浸湿海绵环本体1，海绵环本体1快速吸收水分而缓慢蒸发，可有效调节环境及沙地湿度，有利于沙漠植物的存活与生长。
[0030]
本发明的可降解挡风固沙海绵环，其组份按重量份计为：沙漠沙20-35份，乌海红粘土45-55份，前旗长石7-11份，武川长石5-10份，碳酸盐质煤矸石10-15份，硅酸钙质粉煤灰5-10份，成孔剂3-10份，有机粘结剂cmc0.2-0.4份。
[0031]
其中：沙漠沙选用内蒙古乌兰布和沙漠的风积沙，其主要矿物组成：石英和微斜长石，化学组成百分比为：sio274.15％、al2o39.66％、fe2o33.07％、tio20.47％、cao3.38％、mgo1.26％、k2o2.36％、na2o1.94％、烧失3.43％。
[0032]
碳酸盐质煤矸石的主要矿物组成为方解石和石英，其化学组成百分比为：sio
2 21.71％、al2o
3 4.15％、fe2o33.32％、tio20.15％、cao65.61％、mgo1.28％、k2o0.67％、na2o0.39％、烧失1.64％。
[0033]
硅酸钙质粉煤灰的主要矿物组成为石英和硅酸钙，其化学组成百分比为：sio
2 41.51-42.14％、al2o
3 17.16-34.18％、fe2o
3 2.41-5.00％、tio
2 1.28-0.64％、cao 10.8-17.98％、mgo 0.57-2.61％、k2o 0.55-0.94％、na2o 0.08-0.42％、烧失4.04-5.25％。
[0034]
乌海红粘土的主要矿物组成为石英、微斜长石、碳酸钙，其主要化学组成：sio250.00～60.84％、al2o311.95～10.62％、fe2o33.62～4.26％、tio20.55～0.58％、cao8.61～12.51％、mgo1.82～2.47％、k2o2.21～2.45％、na2o0.89～1.33％、so30.46～0.59％、烧失9.38-14.06％。
[0035]
成孔剂优选为炭粉、稻壳和木屑中的任一种。
[0036]
本发明的可降解挡风固沙海绵环中的沙漠沙作为骨料在高温烧成时起骨架作用，而乌海红粘土一方面在成型时作为可塑性原料有助于沙漠沙的成型，同时在高温时生成少量的莫来石晶体，增加产品的强度，产品的抗压强度为9-14mpa，抗弯强度为5-8mpa，可满足产品的使用强度。
[0037]
选用碳酸盐质煤矸石和硅酸钙质粉煤灰，该两种原料的氧化钙含量均较高，尤其是碳酸盐质煤矸石，cao高达65.61％，在烧成过程中碳酸盐质煤矸石高温分解产生大量的气体，有利于孔隙的形成，其与成孔剂的烧失留下的孔隙共同形成产品的多孔结构，提高产
品的气孔率，产品的吸水率为28-31％，气孔率为33-39％。同时，高含量的氧化钙也有利于产品的风化降解，沙漠地区温度骤变性强，在风沙的常年侵蚀下，产品将降解成粉料，与沙漠沙融为一体，回归大自然，不产生二次固废。
[0038]
本发明还提供了一种可降解挡风固沙海绵环的制备方法，其制备步骤为：按组份称取各原料，经球磨、除铁、过滤、陈腐制泥、成型后，在1050-1150℃温度下烧成，保温时间为2小时，即制得可降解挡风固沙海绵环，其成型方法为真空挤压成型，球磨时间为1小时。
[0039]
实施例1：
[0040]
本实施例的可降解挡风固沙海绵环的组份按重量份计为：沙漠沙20份，乌海红粘土45份，前旗长石7份，武川长石5份，碳酸盐质煤矸石10份，硅酸钙质粉煤灰5份，炭灰3份，有机粘结剂cmc0.2份，烧成温度为1050℃。
[0041]
实施例2：
[0042]
本实施例的可降解挡风固沙海绵环的组份按重量份计为：沙漠沙30份，乌海红粘土50份，前旗长石10份，武川长石8份，碳酸盐质煤矸石12份，硅酸钙质粉煤灰8份，稻壳7份，有机粘结剂cmc0.3份，烧成温度为1100℃。
[0043]
实施例3：
[0044]
本实施例的可降解挡风固沙海绵环的组份按重量份计为：沙漠沙35份，乌海红粘土55份，前旗长石11份，武川长石10份，碳酸盐质煤矸石15份，硅酸钙质粉煤灰10份，木屑10份，有机粘结剂cmc0.4份，烧成温度为1150℃。
[0045]
实施例4：
[0046]
本实施例的可降解挡风固沙海绵环的组份按重量份计为：沙漠沙25份，乌海红粘土50份，前旗长石10份，武川长石6份，碳酸盐质煤矸石12份，硅酸钙质粉煤灰8份，炭灰7份，有机粘结剂cmc 0.3份，烧成温度为1080℃。
[0047]
实施例5：
[0048]
本实施例的可降解挡风固沙海绵环的组份按重量份计为：沙漠沙30份，乌海红粘土48份，前旗长石10份，武川长石7份，碳酸盐质煤矸石15份，硅酸钙质粉煤灰6份，木屑5份，有机粘结剂cmc 0.3份，烧成温度为1120℃。
[0049]
以上实施例制得的可降解挡风固沙海绵环的性能指标如下表：
[0050][0051]
由上表可降解挡风固沙海绵环的性能指标可知，本发明制备的挡风固沙海绵环在满足产品强度的前提下，具有较高的吸水率和气孔率，形成“海绵”结构，适于沙漠植物的存活与生长，且产品的使用温度范围宽和热稳定性好，适用于沙漠地区的恶劣气候环境。
[0052]
同时，本发明的可降解挡风固沙海绵环的主要原料均取自沙漠地区当地的天然废
料或工业固废原料，变废为宝，生产成本低，制备的海绵环不仅可挡风固沙，更可随着植物的成材而随大自然风化降解变成粉料，回归大自然，不产生二次固废污染，为沙漠治理提供一条经济可行的可持续发展道路。
[0053]
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。