陈磷石膏生物质复合基质及其制造方法与应用与流程

本发明涉及植物种植基质领域，具体是一种陈磷石膏生物质复合基质及其制造方法与应用。
背景技术：
：磷石膏是磷矿开采利用过程中生产出的废渣，按目前的制备工艺，每生产1吨磷酸的过程中，产出的磷石膏近5吨。目前我国磷石膏累计排放量达数亿吨，且每年以6000万吨的数量增长。针对磷石膏的有效处理方法少，一般就地堆积在各地磷矿厂的周边，占据大量土地，有的甚至已堆放了几十年。该如何利用这些堆积如山的磷石膏？很多企业、科研院所、大专院校、社会团体及政府部门都为此煞费苦心，研发多种利用技术，比如磷石膏用于农业方面的专利已有近100项，但总体来说磷石膏利用率低，且存在污染环境的隐患，难以推广，到目前为止收效甚微。为此我们进行了深入的现场调查研究和资料的收集分析，从2011年起就对云南昆明的云天化集团的磷石膏进行分析化验，并进行育苗实验，到2015-2016年进行规模化中试。磷石膏质量百分含量65-70％成分为硫酸钙，还含有硅、硫、磷等植物生作长发育所需的大部分大量元素及微量元素包扩稀土元素，是一种宝贵资源。大量文献表明磷石膏能改善土壤渗透性，对促进农作物生长发育、提高籽实生物学产量有明显效果。我国是农业大国，因此将磷石膏用于农业生产过程中的盐碱地改良、土壤调理剂制备、肥料制备是处理我国磷石膏废渣的一大出路。我国排放的磷石膏，在放射性核素和有害重元素方面都有严格限定，尤其是近些年，各大磷矿企业都是严格按国家排放标准排放，然而，刚排出的磷石膏ph值为2-3，且磷石膏中还含有氟等元素，使用不当会污染环境。经现场取样和资料调查，对照污水综合排放标准gb8978和磷肥工业水污染物排放标准(大型三级)，一些磷肥企业新鲜磷石膏浸出液中磷酸盐(以p计)含量大于50毫克，氟化物(以f计)含量大于30毫克，均超过最高允许排放浓度。虽然新鲜磷石膏浸出液ph大于2，腐蚀性不超标，但是对植物生长是有非常有害的。技术实现要素：针对现有技术存在的磷石膏利用率低、存在环境污染隐患的缺陷，本发明的目的是提供一种陈磷石膏生物质复合基质及其制造方法与应用。调查研究发现，在我国堆积如山的磷石膏中，有些已经在自然露天条件下堆积陈放多年，并且在几年前或十几年前、二十几年前就已堆满不再排放新的磷石膏，这些磷石膏堆放的过程中经自然降水及暴雨反复冲洗，其中含有的氟化物、重金属及放射性元素等有害物质多次被雨水稀释溶淋，有害物质的含量低到人们可接受的程度，ph早已呈中性，甚至有的表面上有草本、灌木、乔木多种植物竟争性茂密生长，林下还有藻类、真菌、昆虫，已具有良好的生态体系。目前这样陈磷石膏在全国各地累计堆积数亿立方米。为有效提高磷石膏利用率，同时避免污染环境，申请人将磷石膏分为两种分别利用：a陈磷石膏，本申请将经多年堆积，降水冲淋后，ph呈中性且有害物质含量低于安全使用标准的磷石膏定义为陈磷石膏；本发明针对陈磷石膏进行利用；b新磷石膏，指新产生的磷石膏或堆积年份较少，仍呈酸性，有害物质含量仍高于安全使用标准，未达到陈磷石膏标准的磷石膏；该部分磷石膏可等其继续溶淋至变成陈磷石膏再以本发明的方法进行利用，也可以另行开发利用。所述安全使用标准可参考如下标准中一个或多个的规定：《磷石膏土壤调理剂(hg/t4219-2011)》；《肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标(gb/t23349-2009)》；《建筑材料放射性核素限量(gb6566-2010)》；《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb8978-2002)》；《磷肥工业水污染物排放标准(gb15580-2011)》；《磷石膏(gb/t23456-2009)》；《危险废物填埋污染控制标准(gb/18598-2001)》；《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准(gb/18599-2001)》；《土壤调理剂——磷石膏(db281-2004)》。所述有害物质含量低于安全使用标准优选是指：重金属含量符合gb/t23349-2009的要求，放射性核素符合gb6566-2010的要求。本发明所述的一种陈磷石膏生物质复合基质，其主要成分为陈磷石膏和生物质，其中80％≤陈磷石膏的质量百分含量≤96％。由于磷石膏容重约1600公斤/立方米，生物质容重小于80公斤/立方米，两者体积比约为1:(1-5)。所述陈磷石膏为经多年堆积，降水冲淋后，ph呈中性，有害物质含量低于安全使用标准的磷石膏。所述生物质为木质化生物质、发酵后半木质化生物质、生物炭、苔藓中的一种或多种。所述生物炭为本领域常规生物炭，优选以半木质化、木质化林农剩余物为主要原料制备的生物炭。所述木质化生物质为完全木质化林农剩余物(如树干、树枝、树根、树皮、木材等)，完全木质化的种壳(如松塔、核桃壳、油茶壳、稻壳等)，及完全木质化农作物秸秆(如棉秆、木薯秆、麻秆等)中的一种或多种。发酵后半木质化生物质为以林木、果树、城市绿化树木修剪剩余物及枯枝落叶，农作物秸秆(如麦秆、玉米秆、烟秆、豆秸秆、花生壳、谷皮等)，草本植物(如芦苇等)，工厂(糖厂、造纸厂、酿造厂、中药厂、食品厂等)的有机渣泊等中的一种或几种为原料发酵得到(可选用堆肥的方式)。发酵标准优选为腐殖酸质量百分含量30％-70％。所述苔藓为农业种植常用苔藓，优选阔叶小石藓、鳞叶藓属、卷柏藓属苔藓中的一种或多种。所述陈磷石膏生物质复合基质还包括菌根微生物、含n有机化合物、复合肥中的一种或多种。所述菌根微生物是含有能分解含磷化合物的微生物和能产生脲酶的真菌的复合微生物。可为市场购的商品菌根微生物，所述含n有机化合物优选为尿素。所述复合肥为常规复合肥，优选氮钾复合肥。本发明所述的一种陈磷石膏生物质复合基质，由以下的原料制成：陈磷石膏100体积份、生物炭2-10体积份、木质化生物质10-250体积份、发酵后半木质化生物质10-200体积份、苔藓1-50体积份、菌根微生物2-10体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.01％-0.25％的含n有机化合物、基质总质量份0.1％-0.4％的复合肥。本发明所述的一种陈磷石膏生物质复合基质，由以下的原料制成：陈磷石膏100体积份、生物炭4-10体积份、木质化生物质50-200体积份、发酵后半木质化生物质50-130体积份、苔藓3-10体积份、菌根微生物5-10体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.05％-0.20％的含n有机化合物、基质总质量份0.2％-0.4％的复合肥。本发明所述的一种陈磷石膏生物质复合基质，更优选由以下原料制成：陈磷石膏100体积份、生物炭5体积份、木质化生物质100体积份、发酵后半木质化生物质100体积份、苔藓5体积份、菌根微生物10体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.15％的含n有机化合物、基质总质量份0.2％的复合肥。本发明还提供制备所述陈磷石膏生物质复合基质的方法，具体步骤如下：a按配比称量陈磷石膏、生物炭、木质化生物质、发酵后半木质化生物质、苔藓、菌根微生物、含n有机化合物、复合肥，备用；b取总量10％-50％的陈磷石膏调节水分质量百分含量为35％-45％，与含n有机化合物混匀后陈化24小时，再与剩余的陈磷石膏混匀；c先后加入木质化生物质、发酵后半木质化生物质、生物炭、苔藓、菌根微生物、复合肥，混匀；d检测达到质量标准的混合物为最终得到陈磷石膏生物质复合基质。其中，陈磷石膏预先粉碎至粒径小于等于4毫米，并干燥至水分质量百分含量≤30％。所述木质化生物质预先粉碎为粒径2-10毫米。发酵后半木质化生物质预先粉碎为粒径≤10毫米。其中，所述混匀为以搅拌机搅拌，搅拌时间优选30分钟。其中，所述达到质量标准，具体为：ph值6-6.8(如显酸性用尿素调，如显碱性用腐质酸调)，ec值2.1ms/厘米-3.54ms/厘米(sme法)，质量含水量小于等于30％，疏松透气。本发明还提供所述陈磷石膏生物质复合基质在植物种植中的应用。所述应用为作为栽培基质应用，可进行一般育苗生产，也可作为网袋容器等的栽培基质使用。本发明具有以下有益效果：1、本发明的陈磷石膏利用降水溶淋使得其中的有害物质含量低到可接受的范围且酸碱度趋于中性，避免使用时出现污染的情况，为在配置基质时加大陈磷石膏使用量奠定基础。2、本发明的80％≤陈磷石膏的质量百分含量≤95％，整个基质配方中磷石膏的使用量相比现有技术大幅度提高，为利用本发明的方法减少甚至消除我国堆积的陈磷石膏废弃物提供可行性。3、本发明不使用泥炭、珍珠岩或蛭石，当前在世界范围内以传统的泥炭、蛭石、珍珠岩矿物为原料的轻型基质历经百年来的发展已进入发展的末期尾声阶段。泥炭是不可再生资源，是一些现代湿地最珍贵的资源。世界湿地组织一直在反对采掘出售泥炭，我国政府2000年前就出台禁止采掘泥炭和林下凋落物文件。蛭石，珍珠岩也属稀有非金属矿，我国仅在河北，山西，辽宁，新疆等少数偏远县市有可开采矿藏，运输成本高，经多年开采储量有限，成本越来越高。4、本发明为现代基质开创新的资源，意义重大。附图说明图1为本发明实施例1昆阳磷矿中约10年前封闭的磷石膏堆积点照片。图2为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的樱桃树苗照片。图3为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的八角金盘照片。图4为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的红叶石楠照片。图5为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的红叶石楠长在基质中的地下部照片。图6为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的鼠尾草照片。图7为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的鼠尾草长在基质中的地下部照片。图8为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的鼠尾草根系照片。图9为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的菊花照片。图10为本发明实施例9以陈磷石膏生物质复合基质1种植的石蒜照片。图11为本发明实施例10以陈磷石膏生物质复合基质1种植的油菜照片。图12为本发明实施例10以陈磷石膏生物质复合基质1种植的油菜开花期根系照片。图13为本发明实施例10以陈磷石膏生物质复合基质1种植的白菜照片。图14为本发明实施例10以陈磷石膏生物质复合基质1种植的白菜长在基质中的地下部照片。图15为本发明实施例10以陈磷石膏生物质复合基质1种植的白菜根系照片。图16为本发明实施例10以陈磷石膏生物质复合基质1种植的大头菜照片。具体实施方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。以下实施例所用陈磷石膏来自云南昆明云天化集团的三环化工公司昆阳磷矿磷石膏堆放的老渣场，该处自1982年起用，于2005年停用，总堆积数量约1200万吨。其余原料均购自昆明当地市场。以下实施例所用的仪器为：粉碎机9fq-40b，广州鸿兴机械公司生产。ec值测量仪，ph值测量仪，北京哈维斯廷科技公司。实施例1陈磷石膏的获取陈磷石膏在云南昆明云天化集团的三环化工公司昆阳磷矿磷石膏堆放的老渣场取样，2011年9月少量取样开始预实验，2015年大量取样，现场照片见图1，可以看见该磷石膏堆放处已长有树木、灌木和苔藓等植物。所取样品作为实施例2-7中所用陈磷石膏使用，同时送国家建筑材料工业地质工程勘查研究院测试中心检测，对照所用新磷石膏为2015年排放的新磷石膏。化验分析后陈磷石膏的酸碱度已呈中性，放射性核素和重金属含量检测结果见表1、表2。表1磷石膏放射性核素含量检测结果表2陈磷石膏重金属含量检测结果(％)分析结果表明：所取样品ph呈中性，且重金属含量符合gb/t23349-2009的要求，放射性核素符合gb6566-2010(226ra、232th、40k的放射性同时满足ira≤1.0和ir≤1.0)的要求，合乎本发明陈磷石膏的标准。实施例2制备陈磷石膏生物质复合基质1本实施例的原料配方为：陈磷石膏100体积份、生物炭(松木屑为原料制备的生物炭)5体积份、木质化生物质(马尾松树皮和木材加工厂粗锯末等体积混合)100体积份、发酵后半木质化生物质(麦秆、木薯杆、烟秸等体积混合后发酵)100体积份、卷柏藓属苔藓5体积份、菌根微生物(中国林科院菌根中心pt菌根剂)10体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.15％的含n有机化合物尿素、基质总质量份0.2％的复合肥(市购普通复合肥，n：k的质量比为7:3，含微量元素)。原料预处理：陈磷石膏从堆放磷石膏场地取回，经粉碎，粒度4毫米以下，在阳光温室里干燥，温室温度不超60℃，备有风机，当阳光温室温度超60℃时风机起动降温，并干燥至水分质量百分含量小于等于30％。按配比取预处理好的陈磷石膏备用。木质化生物质粉碎至的粒径为2-8毫米，按配比取粉碎好的木质化生物质备用。半木质化生物质为将原料发酵后检测腐殖酸质量百分含量为45％，再粉碎为粒径小于10毫米，按配比取预处理好的半木质化生物质备用。具体配置步骤如下：a按配比称量陈磷石膏、生物炭、木质化生物质、发酵后半木质化生物质、苔藓、菌根微生物、含n有机化合物、复合肥，备用；b取总量30％的陈磷石膏调节水分质量百分含量为45％，与含n有机化合物在搅拌机内搅拌30分钟混匀后陈化24小时，在与剩余的陈磷石膏混匀；c先后加入木质化生物质、发酵后半木质化生物质、生物炭、苔藓、菌根微生物、复合肥，以搅拌机搅拌30分钟，得到陈磷石膏生物质复合基质1。实施例3制备陈磷石膏生物质复合基质2本实施例的原料配方为：陈磷石膏100体积份、生物炭(松木屑为原料制备的生物炭)6体积份、木质化生物质(木材加工厂碎木块)60体积份、发酵后半木质化生物质(枯枝落叶、玉米秆等体积混合后发酵)50体积份、卷柏藓属苔藓5体积份、菌根微生物(中国林科有院菌根中心产品pt菌根剂产品)10体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.16％的含n有机化合物尿素、基质总质量份0.27％的市购普通复合肥(n：k质量比65：35，含微量元素)。陈磷石膏、木质化生物质、半木质化生物质预处理同实施例2，具体配置步骤同实施例2，获得陈磷石膏生物质复合基质2。实施例4制备陈磷石膏生物质复合基质3本实施例的原料配方为：陈磷石膏100体积份、生物炭(油茶壳为原料制备的生物炭)4体积份、木质化生物质(木材加工厂粗锯末)60体积份、发酵后半木质化生物质(麦秆、枯枝落叶等体积混合)100体积份、卷柏藓属苔藓3体积份、菌根微生物(中国林科有院菌根中心产品，pt菌根剂)5体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.15％的含n有机化合物尿素、基质总质量份0.38％的复合肥(市购普通复合肥，n：k的质量比为7:3，含微量元素)。陈磷石膏、木质化生物质、半木质化生物质预处理同实施例2，具体配置步骤同实施例2，获得陈磷石膏生物质复合基质3。实施例5制备陈磷石膏生物质复合基质4本实施例的原料配方为：陈磷石膏100体积份、生物炭(玉米秸为原料制备的生物炭)4体积份、木质化生物质(木材加工厂粗锯末)160体积份、发酵后半木质化生物质(食用菌渣、枯枝落叶、烟秆等体积混合后发酵)130体积份、市场采购普通苔藓10体积份、菌根微生物(商品名植建宝)6体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.18％的含n有机化合物尿素、基质总质量份0.35％的的复合肥(市购普通复合肥，n：k的质量比为1:1，含微量元素)。陈磷石膏、木质化生物质、半木质化生物质预处理同实施例2，具体配置步骤同实施例2，获得陈磷石膏生物质复合基质4。实施例6制备陈磷石膏生物质复合基质5本实施例的原料配方为：陈磷石膏100体积份、生物炭(稻壳为原料制备的生物炭)10体积份、木质化生物质(粗粒锯沫、树皮、椰壳等体积混合)200体积份、发酵后半木质化生物质(甘蔗渣、枯枝落叶、竹锯末等体积混合后发酵)100体积份、卷柏藓属苔藓10体积份、菌根微生物(市购，商品名植健宝)10体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.07％的含n有机化合物尿素、基质总质量份0.38％的复合肥(市购，小球状，n：k质量比7：3，含微量元素)。陈磷石膏、木质化生物质、半木质化生物质预处理同实施例2，具体配置步骤同实施例2，获得陈磷石膏生物质复合基质5。实施例7制备陈磷石膏生物质复合基质6本实施例的原料配方为：陈磷石膏100体积份、生物炭(稻壳为原料制备的生物炭)7体积份、木质化生物质(松果塔、树皮、椰糠等体积混合)180体积份、发酵后半木质化生物质(甘蔗渣、枯枝落叶、竹锯末等体积混合后发酵)100体积份、卷柏藓属苔藓10体积份、菌根微生物(市购，商品名植健宝)10体积份，以及相当于陈磷石膏质量份0.12％的含n有机化合物尿素、基质总质量份0.4％的复合肥(进口复合肥，商品名爱贝斯缓释肥，n：k质量比7：3，含微量元素)。陈磷石膏、木质化生物质、半木质化生物质预处理同实施例2，具体配置步骤同实施例2，获得陈磷石膏生物质复合基质6。实施例8陈磷石膏生物质复合基质1-6的基本特性以田园土再添加基质总质量份0.38％的市场购普通复合肥(n：k的质量比7：3，含微量元素)作为对照。检测陈磷石膏生物质复合基质1-6，结果见表3：表3陈磷石膏生物质复合基质1-6的基本特性处理陈磷石膏用量ph值ec值(ms/厘米)基质性状基质189.8％6.82.2疏松透气基质293.5％6.82.6疏松透气基质391.6％6.82.9疏松透气基质486.1％6.83.2疏松透气基质585.5％6.83.4疏松透气基质686.3％6.83.5疏松透气对照0％6.82.9透气性差其中陈磷石膏用量为每种基质中陈磷石膏所占质量百分含量，可见陈磷石膏生物质复合基质1-6中的陈磷石膏用量范围为％-％。实施例9陈磷石膏生物质复合基质1-6对多种植物生长的影响以陈磷石膏生物质复合基质1-6分别对若干种植物进行育苗和移栽，对照同实施例8中的对照，种植一段时间后各种植物的生长状况见表4。表4不同基质对多种植物生长的影响从表4可以看出，陈磷石膏生物质复合基质1-6的种植效果均优于对照，其中陈磷石膏生物质复合基质1的种植效果最佳，各种植物以该基质种植后的苗木最为健壮。以陈磷石膏生物质复合基质1种植的各种植物照片见图2-图10，可看出各种植物的生长状态均佳，根系生长良好，陈磷石膏生物质复合基质1带有灰白色的颜色处为陈磷石膏。实施例10陈磷石膏生物质复合基质1-6对蔬菜生长的影响以陈磷石膏生物质复合基质1种植油菜、白菜、大头菜，对照同实施例8中的对照，种植一段时间后的蔬菜照片见图11-图16，可见各种蔬菜生长状态良好，根系发达。对种植后基质、所种蔬菜的重金属含量进行检测，结果见表5。表5陈磷石膏生物质复合基质1对蔬菜重金属含量的影(mg/kg)由表5可以得出，所有的重金属含量均在安全范围内。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12