一种人工磁性土壤及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及工业固废及有机质回收再利用技术领域，具体涉及一种人工磁性土壤及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着人类社会经济的不断发展，矿产资源需求量越来越大。随着矿产资源的不断开采、资源贫乏也日益突出，然而，工业固废呈几何级增长，其可利用成分较高，因此，合理处置并利用废弃的固体物已成为人们的共识。而工业灰渣的资源化，是固废资源化的重要环节。
3.另外，我国有各类沙化地和盐碱地约1亿hm2，其中现代(活性)沙化地和盐碱化土地约0.37亿hm2，残余沙化地和盐碱土地0.45亿hm2，及潜在沙化地和盐碱化土地0.17亿hm2，在我国还有的80％的沙化地和盐碱地尚未得到开发利用。
4.因此，如何通过灰渣、污泥的资源化利用，用于改良沙化地和盐碱土地，是目前急需研究的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种人工磁性土壤，利用灰渣、污泥及其他有机质科学配比制土制肥，配施改良沙化地和盐碱化土，改善地区土壤沙化地和盐碱性状，提高植物成活率；节约灰渣、污泥的填埋堆置费用；降低水体、大气污染，恢复生态环境。可以达到“以废治退”、“废退互治”、变双害为双利的特殊功效，能更好地实现环境效益与经济效益相结合，并且具有“碳减排”的综合意义。
6.根据本技术的一个方面，提供了一种人工磁性土壤，所述人工土壤的原料包括：气化炉灰渣为15~30份，粉煤灰为3~10份，市政污泥为10~20份，河湖底泥为5~15份，人工沸石为10~20份，铁尾矿2~7份，镁尾矿1~7份，冶金熔渣1~5份，磷石膏1~5份，褐煤为1~2份，生石灰3~5份，有机质为5~12份。
7.可选地，气化炉灰渣为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份或任意两个数值之间的任意数值。
8.可选地，粉煤灰为3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份或任意两个数值之间的任意数值。
9.可选地，市政污泥为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份或任意两个数值之间的任意数值。
10.可选地，河湖底泥为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份或任意两个数值之间的任意数值。
11.可选地，人工沸石为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份、20份或任意两个数值之间的任意数值。
12.可选地，铁尾矿为2份、3份、4份、5份、6份、7份或任意两个数值之间的任意数值。
13.可选地，镁尾矿为1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份或任意两个数值之间的任意数值。
14.可选地，冶金熔渣为1份、2份、3份、4份、5份或任意两个数值之间的任意数值。
15.可选地，磷石膏为1份、2份、3份、4份、5份或任意两个数值之间的任意数值。
16.可选地，褐煤为1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2份或任意两个数值之间的任意数值。
17.可选地，生石灰为3份、3.1份、3.2份、3.3份、3.4份、3.5份、3.6份、3.7份、3.8份、3.9份、4份、4.1份、4.2份、4.3份、4.4份、4.5份、4.6份、4.7份、4.8份、4.9份、5份或任意两个数值之间的任意数值。
18.可选地，有机质为5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份或任意两个数值之间的任意数值。
19.煤基土壤中元素有效态组分含量，随炉渣比例变化而变化，所有配比的煤基土壤有机质、有效氮磷钾的含量达到国家标准肥力的要求。经检测煤基土壤中cu、zn、cd、mn、ni、pb等重金属含量均明显低于国家农用标准。灰渣对土壤元素中的cu、cd、ni、fe、pb、zn等有抑化作用，使其向无效态转化从而改善土壤性状，对fe、zn等有价值金属离子则有活化作用。实验表明煤系炉渣对cd、mn、ni的抑化作用好于粉煤灰，而粉煤灰对cr、pb、cu的抑制化优于炉渣。实验表明灰渣的加入，使得煤基土壤的渗透系数明显增大，提高了其渗水性能；添加炉渣提高了煤基土壤的固相骨架，骨架内部有宽狭和形状不同的孔隙，构成复杂的孔隙系统，水和空气共存并充满于土壤孔隙系统中。
20.生石灰主要成分为氧化钙，吸收水分后，即成熟石灰氢氧化钙ca（oh）2，当土壤酸化可在肥料中掺入生石灰来调节，降低土壤酸度，改善土壤的ph值。
21.有机质包含秸秆、畜禽粪便、糟糠、菌类栽培废弃料和腐殖质等，其作用在于增强土壤的营养物质。
22.利用矿石经高梯度磁选机筛选后的细渣及粉末，称为尾矿。首先铁尾矿含少量磁铁矿，经磁化后，制备磁化复合肥；其次看镁尾矿，其中含少量的feo 、cao、mgo和sio2等，可根据不同的需要制备土壤改良剂；再次从锰尾矿来说，除含少量的锰外，尾矿中通常还会含p2o5、so
42-、cl-、mgo和cao等，可根据实际要求掺加尿素，制作一种复合肥；将钼尾矿掺加粉煤灰制备肥料，对于缺钼的土壤来说是极好的化肥，在提高农业增产的同时，还可以大大地降低食道癌的发病率。
23.利用湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，称为磷石膏。磷石膏还含有未完全分解的磷矿，呈酸性，ph值一般在1～4.5，通常情况下含有作物生长所需的磷、硫、钙、硅、锌、镁、铁等养分，可代替石膏用作盐碱土壤的改良剂，消除土壤表层硬壳、减轻土壤粘性、增加土壤渗透性、改良土壤理化性状、提高土壤肥力。一般地，将磷石膏和尿素在高湿度下混合，然后干燥，可制成吸湿性小而肥效比尿素高的长效氮肥。
24.制土原料中的磷石膏、石灰石中含有大量的ca
2+
离子，尤其是磷石膏，是湿法磷酸工艺中产生的固体废弃物，90%含量的组分是二水硫酸钙(caso4•
2h2o)。磷石膏的组分还含有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、酸不溶物、有机质等，对于碱性土壤，起到酸碱中和作用。碱化土壤含碳酸纳和碳酸氢纳比较高，通常情况土壤的ph﹥8.5,有时候甚至ph﹥10，导致农作物几乎无法生长。原理就是利用其中的 ca
2+
离子和土壤中的碳酸氢纳和碳酸纳发生反
应,从而生成不溶性的碳酸氢钙、碳酸钙，还有微溶的磷酸钙和易溶于水的硫酸钙，通过翻土、灌溉流程淋洗，或者沉降到底层,从而逐渐减低了耕层土壤的碱性，3年时间即可中和碱性，实现了改良土壤的目的。
25.市政污泥和河湖底泥成分主要是可溶解的有机物、微生物、不可溶解的无机物和一些生物质需要消耗的有机营养物质；其中利用污泥中的微生物和有机物可为土壤提供营养组分。
26.褐煤作为其中之一的碳源，采取复合菌降解褐煤效果更佳，腐植酸产率会增高；煤炭腐植酸作为一种有机胶体，可促进土壤团聚体的形成，改善土壤的结构，提高土壤的有机体含量，增加速效养分含量，增强土壤微生物的活性；施用褐煤腐植酸，对改善土壤理化性能也有着良好的作用。
27.利用钢铁冶金的高炉渣、熔渣，其主要化学组分包括：a12o3、feo、cao、sio2、fe2o3、mgo、y2o5、tio2、mno、p2o5等，根据需求掺加灰渣及污泥从而生产钢渣磷肥和钙镁磷肥，是一种以钙、硅为主，同时含有多种养分的具有速效和后劲的复合矿质肥料。
28.可选地，所述人工土壤的粒度为ａ；ａ≤500μm。
29.通过专业设备的分级工艺，可实现煤基土壤残碳烧失量的分离，使得各粒级产品残碳组分基本随粒级减小而减少。煤基土壤残碳的含量随粒级减小均呈下降趋势表明对土壤改良和修复具有不可替代的的优势，经检测，当粒度≤500μm时，各粒级产品通常含有较多的氧化硅、氧化铝、氧化铁及钙镁；就微观形状而言，制备的土壤主要由多孔体系基体、不规则颗粒、黏附松散粉末及粒珠构成，且具有良好的催化功能、可加工性能、低硬度、低热膨胀性能。
30.可选地，ａ的范围为：100μm ≤ａ≤500μm。
31.可选地，所述人工土壤的粒度为100μm、101μm、102μm、103μm、104μm、105μm、106μm、107μm、108μm、109μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm、220μm、240μm、260μm、280μm、300μm、320μm、340μm、360μm、380μm、400μm、420μm、440μm、460μm、480μm、500μm或任意两个数值之间的任意数值。
32.煤基土壤孔隙结构比较发达，比表面积非常丰富，≥100 μm粒级的产品，不但可直接作为优质的吸附材料，还是非常难得的储能储气储水材料；煤基土壤各粒级产品中由于丰富孔隙率的存在，在翻土耕作时使得颗粒与养分、空气的接触面积大大增加，从而促进了作物的生长。
33.可选地，所述土壤的电导率为1.0~2.5 ms/cm。
34.可选地，所述土壤的电导率为1.0 ms/cm、1.1 ms/cm、1.2 ms/cm、1.3 ms/cm、1.4 ms/cm、1.5 ms/cm、1.6 ms/cm、1.7 ms/cm、1.8 ms/cm、1.9 ms/cm、2.0 ms/cm、2.1 ms/cm、2.2 ms/cm、2.3 ms/cm、2.4 ms/cm、2.5 ms/cm或任意两个数值之间的任意数值。
35.根据本技术的另一个方面，提供了一种制备如上所述人工磁性土壤的方法。
36.可选地，所述方法包括：（1）将上述份数的气化炉灰渣、褐煤、铁尾矿、镁尾矿、冶金熔渣、磷石膏、褐煤、生石灰和有机质混合、粉碎后掺入粉煤灰，加热，得到多孔材料；（2）将上述份数的市政污泥、河湖底泥和有机质灭菌、炭化，得到生物炭材料；（3）将多孔材料、生物炭材料和人工沸石混合、筛分，得到发酵前体材料；（4）将发酵前体材料与发酵调理剂混合，进行有氧发酵，得到所述人工磁性土壤。
37.经高温制得的各粒级煤基土壤产品，具备了内部多孔、质轻的特点，用于沙化地和盐碱土壤中，既能疏松土壤，打破盐斑、阻断盐析，又能为土壤微生物菌群提供良好的寄生环境，促进土壤有益微生物菌群的繁殖，提高盐碱土壤的可生化性改良和修复。
38.可选地，在步骤（1）中，所述加热的条件为：温度200~600度，时间0.5~2h。
39.可选地，所述加热温度为150~200℃。
40.可选地，加热温度为150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃或任意两个数值之间的任意数值。
41.可选地，加热时间为0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2 h或任意两个数值之间的任意数值。
42.可选地，在步骤（2）中，所述炭化的条件为：温度200~260℃，时间0.5~2h。
43.可选地，炭化温度为200℃、201℃、202℃、203℃、204℃、205℃、206℃、207℃、208℃、209℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃或任意两个数值之间的任意数值。
44.可选地，炭化时间为0.5h、0.6h、0.7h、0.8h、0.9h、1h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2 h或任意两个数值之间的任意数值。
45.可选地，在步骤（4）中，所述有氧发酵的条件为：湿度为 20%~50%，温度为20~35度，时间为7~15天。
46.可选地，湿度为20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、40%、50%或任意两个数值之间的任意数值。
47.可选地，有氧发酵的温度为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃或任意两个数值之间的任意数值。
48.可选地，有氧发酵的时间为7天、8天、9天、10天、11天、12天、13天、14天、15天或任意两个数值之间的任意数值。
49.可选地，将发酵前体材料与好氧菌种的干质量比为5~9∶5~1。
50.可选地，将发酵前体材料与好氧菌种的干质量比为5 : 5、6 : 4、7 : 3、8 : 2、9 : 1或任意两个比值之间的任意比值。
51.可选地，将发酵前体材料与好氧菌种按照7 : 3（干质量比）比例混合，搅拌均匀，后装入水泥发酵槽。
52.可选地，有氧发酵后，湿度保持20%~50%。
53.可选地，湿度保持为20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%、40%、50%或任意两个数值之间的任意数值。
54.可选地，所述多孔材料的粒径≤200μm。
55.可选地，所述多孔材料的粒径为1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm或任意两个数值之间的任意数值。
56.可选地，所述生物炭材料的粒径≤200μm。
57.可选地，所述生物炭材料的粒径为1μm、10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm、200μm或任意两个数值之间的任意数值。
58.可选地，所述人工沸石的直径为0.5~5cm。
59.可选地，所述人工沸石的直径为0.5cm、0.6cm、0.7cm、0.8cm、0.9cm、1cm、2cm、3cm、4cm、5cm或任意两个数值之间的任意数值。
60.人工沸石分子筛能够很好地吸附重金属离子及其他有害离子，如：铜、镍、锌、镉、铬、锰、汞、铁等，针对pb、cu、cd和zn的吸附容量顺序为pb》cu cd》zn。灰渣、市政污泥、河湖底泥、菌类栽培废弃料和腐殖质等原料中通常都含有少许重金属，以及微量的放射性元素，可以通过分子筛吸附去除。人工沸石分子筛对重金属的吸附能力随温度增加而增大，其对重金属的快速吸附过程可在30~60min内完成；人工沸石分子筛具有晶体的结构和特征，表面为固体骨架，内部的孔穴可起到吸附分子的作用。孔穴之间有孔道相互连接，分子由孔道经过。由于孔穴的洁净性质，分子筛的孔径分布非常均一。分子筛依据其晶体内部孔穴的大小对分子进行选择性吸附，也就是吸附一定大小的分子而排斥较大物质的分子。
61.可选地，将上述份数的气化炉灰渣、褐煤、铁尾矿、镁尾矿、冶金熔渣、磷石膏、褐煤、生石灰和有机质混合、粉碎成细小颗粒，粒径≤200μm。
62.可选地，将粉碎后的混合物进行淋洗，把盐分浸出，以免再次引起土壤盐碱化；淋洗后进行200~600度高温处理，该颗粒内部多孔，经过高温气化，其陶粒无氮、硫等物成分，矿物质金属经高温后，生成氧化物成分，在使用过程中无重金属析出，安全环保；后自然降温，不得将余热的灰渣沾水，否则会放出剧毒的一氧化碳，防止中毒。
63.可选地，将市政污泥、河湖底泥及其他有机质进行灭菌处理，防止病毒存活；然后进行炭化处理，温度150~230度，制成生物炭，研磨成粉状，粒径＜200μm。
64.可选地，将多孔材料、生物炭材料与人工沸石分子筛进行混合搅拌30~120分钟；对原料中的重金属进行吸附处理，达到去除重金属的目的。
65.可选地，将人工沸石分子筛做成直径0.5~5cm大小的球形，用药剂浸泡30分钟，后清洗干净、晾干。
66.可选地，步骤（3）中，所述筛分是指去除吸附重金属后的人工沸石。
67.吸附重金属后的人工沸石进行再生处理。
68.可选地，对发酵前体材料进行喷水处理，保持湿度30%~50%。
69.可选地，将湿度30%~50%的发酵前体材料中加入好氧菌种，放置在堆放槽有氧发酵，定期进行搅拌。
70.在制土制肥的生产工艺方面，以及翻土耕作的种植过程中，利用人工沸石分子筛的交换性能及其对金属离子吸附性能，去除土壤重金属。灰渣、市政污泥、河湖底泥、菌类栽培废弃料和腐殖质等原料中通常都含有少许重金属，以及微量的放射性元素，可以通过分子筛吸附去除。起到改良土壤质量状况的作用，根据农作物的种类和生长差异化，对土壤 ph进行调节，使得微量元素在农作物中的需求能够协调、提高，实现了农业生产的目标管控。人工沸石分子筛的使用，把煤基土壤中的元素有效态与农作物所需要的 k、na、ca、mg等离子进行交换，起到农肥的间接作用。于此相应地，人工沸石分子筛还可以对双氢胺等物质进行吸附，进而配成农肥所需的缓释剂；就氮肥作用而言，肥力大幅度提高了，化肥实际利用率也成倍提高，而且氮肥有效期得到延长；从农作物营养状况着眼，人工沸石分子筛改善土壤性状的同时提高农作物生长活力，煤基土壤的掺入，提高了农作物的抵御病毒能力，最终达到增产增收的目的。
71.去除重金属分为两个阶段：第一阶段，在煤基土壤的制土制肥过程中去除原料中
的重金属；第二阶段，在煤基土壤与农林地土壤翻耕、混合调试过程中，去除盐碱地的重金属。
72.本工艺制备的人工磁性土中含有氨氮，根据脱氮原理，在制土的厌氧-好氧反应过程中，硝化菌在硝化反应中转化1g氨态氮需要碱度(以碳酸钙计)7.14g，因此，在翻土、灌溉过程中促进混合液中ph下降，从而实现土壤ph的碱度降低。同时，磷石膏在制土过程的厌氧环境下，培养了耐盐碱的解磷菌（溶磷微生物），研究表明，解磷菌数量因土壤而异，黑钙土》黄棕壤》白土》红壤》砖红壤》瓦碱土。在黑钙土中解磷菌以芽孢杆菌和假单胞杆菌为主，而黄棕壤和红壤中的解磷菌种类繁多。研究表明，解磷菌能够分泌草酸、葡萄糖酸、柠檬酸、苹果酸，不同施肥措施对土壤溶磷微生物的影响结果差别明显，有机肥与氮、磷、钾化肥合理的配施，能有效促进溶磷微生物的繁殖、分裂、生长。解磷菌还能够分泌乳酸、琥珀酸、甲酸和丙酸，其中丙酸和草酸是耐盐碱解磷菌溶解磷酸三钙的主要有机酸。因此，实现了土壤ph碱度的下降。
73.根据本技术的另一个方面，提供了一种人工磁性复合肥。
74.可选地，所述人工磁性复合肥包括以上任一所述的人工磁性土壤。
75.可选地，还包括添加剂；所述添加剂包括稀有元素、磷酸二胺、氯化钾、硫酸铵、尿素中的至少一种。
76.可选地，所述人工磁性土壤和添加剂的质量比为5：(0.5~2)。
77.可选地，所述人工磁性土壤和添加剂的质量比为5 : 0.5、5 : 0.6、5 : 0.7、5 : 0.8、5 : 0.9、5 : 1、5 : 2或任意两个比值之间的任意比值。
78.可选地，所述人工磁性土壤和添加剂的质量比为5：1。
79.该人工磁性复合肥中的磁性能刺激作物的生长，活化土壤，提高作物根系对土壤中养分的吸收。该人工磁性复合肥/土壤的养分比较齐全，除有n、p、k三种肥料的营养组分外，同时还有si、fe、al、mg、ca、b、zn、mn和cu等作物所需的微量元素及必需的养分。该人工磁性复合肥/土壤对沙化地、盐碱地有明显改良作用；对黑麦草、苜蓿、沙枣、油砂豆、沙打旺这些作物都有的促进生长及增产作用。
80.本技术制备了大宗固废用于土壤修复和生态治理的人工磁性复合肥和土壤，其中煤基固废掺量达到30%以上（即在人工土壤和化肥中加入了30%以上的粉煤灰、汽化炉渣、市政污泥和尾矿），筛选出一批适合原位修复土壤的植物品种，形成了一系列的治理沙化地、盐碱地的制土制肥技术模式，从而在应用层面突破了大宗固废资源化的关键技术瓶颈。随着项目的推广应用，将取得明显的经济和社会效益。
81.粉煤灰、气化炉渣、磷石膏、铁尾矿、冶金熔渣等工业固废大量堆置、占用土地资源，且对环境污染形成危险态势；同时面临着理论研究缺乏、资源化利用率低、治理难度大等诸多瓶颈问题。本发明对大宗固废用于生态治理成套技术的摸索和实践，开展了制土制肥对应土壤生态修复关键技术研究，尤其针对煤基固废制备土壤和化肥，用于沙化地、盐碱地及污染场地生态治理的技术研究。通过实验，掌握了煤基固废掺加污泥、铁尾矿、有机质等生态材料的配方，在土壤肥力、磁化介质、复合营养组分等方面寻求创新，通过技术与产品的集成，形成了一整套大规模利用固废在土壤修复、生态治理层面的技术模式、工艺和方法。
82.可选地，在所述人工磁性土壤中，氮的质量含量为1~1.5％；磷质量的含量为0.01~
0.2％；钾质量的含量为0.2~3.3％；磁化介质（磁性尾矿）的含量为2%~5%。这些数据表明本技术的人工土壤具有较好的土壤肥力。
83.可选地，所述人工磁性土壤包括c含量40%~45%、h含量40%~45%、o含量4%~6%、n含量1%~1.5%、p含量0.01~0.2％、k含量0.2~3.3％、s含量0.05%~0.1%、ca含量0.1%~0.5%、mg含量0.1%~0.2%、cl含量0.005%~0.01%、fe含量0.005%~0.02%、mn含量0.001%~0.005%、b含量0.001%~0.002%、zn含量0.001%~0.002%、cu含量0~0.0006%和mo含量0~0.00001%。
84.本技术的人工磁性土壤具有一定的磁性，有几率能够形成电磁场，可诱导植物组织中部分元素（例如氮、磷、钾、铁、镁、锌、钙等微量元素）的电子跃迁，产生紫外-可见吸收光，从而增强植物对于光的吸收能力，促进植物的光合作用；本技术的人工磁性土壤另外还可能促进细胞中的线粒体加快能量转化，增强植物的新陈代谢能力，加速蛋白质的形成，最终增强植物的发芽、生长；此外，还有可能在植物光合作用时增加能量辐射发射的红外光波（生命成长过程中太阳光波中波长为 8~14μm的远红外线是缺一不可的，是生物生存必不可少的外在因素），能与生物体内细胞的水分子产生最有效的“共振”，增强其渗透性能，有效地促进植物的生长；另外，本技术的人工磁性土壤还有可能诱导盐碱地中的水分子产生极性，促使水分子振动，加速盐粒子的分解，从而改变盐的化学成分，进一步降解盐碱地的“盐”，最终可以改良盐碱土地。
85.综上，本技术的人工磁性土壤，通过各成分相互配合，粉煤灰和褐煤能够团聚盐碱地或沙化地中的重金属，通过磷石膏、石灰石能够与盐碱地中除去重金属后的碱发生作用进行沉降，尾矿对于盐碱地中不能沉降的盐进行分解，通过人工沸石对于上述的重金属和沉降的碱进行吸附，大大降低了土壤的盐碱性，即对于盐碱地的成分进行各个击破，最后一起吸附，使得对于盐碱地的改良更为高效有序；再有污泥、有机质和冶金炉渣进行补充肥料，粉煤灰和褐煤还能对于水和空气有一定的保存性能，使得盐碱地之后的改良更加有效，达到了后续植物生长的基本条件，并且尾矿还能对于植物的生长具有额外的促进作用；因此在本技术的人工磁性土壤中，各成分相互支撑，且相互促进，缺一不可，共同作用于沙化地和/或盐碱土地。
86.根据本技术的再一个方面，提供了一种如上任一所述的人工磁性土壤在沙化地和/或盐碱土地中的应用。
87.本发明主要具有的有益效果为：本技术提供了一种人工磁性土壤，利用灰渣、污泥及其他有机质科学配比制土制肥，配施改良沙化地和盐碱化土，改善地区土壤沙化地和盐碱性状，提高植物成活率；节约灰渣、污泥的填埋堆置费用；降低水体、大气污染，恢复生态环境。可以达到“以废治退”、“废退互治”、变双害为双利的特殊功效，能更好地实现环境效益与经济效益相结合，并且具有“碳减排”的综合意义。
88.本技术利用人工沸石分子筛的交换性能及其对金属离子吸附性能，去除灰渣、市政污泥、河湖底泥、菌类栽培废弃料和腐殖质等原料中的重金属和放射性元素，起到改良土壤质量状况的作用；根据农作物的种类和生长差异化，对土壤 ph进行调节，使得微量元素在农作物中的需求能够协调、提高，实现了农业生产的目标管控。并且经高温制得的各粒级煤基土壤产品能疏松土壤，打破盐斑、阻断盐析，又能为土壤微生物菌群提供良好的寄生环境，促进土壤有益微生物菌群的繁殖，提高盐碱土壤的可生化性改良和修复。
具体实施方式
89.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本文中所用的试剂、材料和操作步骤均为相应领域内广泛使用的试剂、材料和常规步骤，本文中所用的试剂、材料均为市场上可以购得的。
90.气化炉灰渣来源于煤气化炉，宁煤集团；粉煤灰来源于燃煤电厂，华能上安电厂；市政污泥来源于市政污水处理厂，高碑店污水处理厂；河湖底泥来源于河湖治理底部淤泥，北京地区北运河；人工沸石来源于天津市科密欧化学试剂有限公司；铁尾矿来源于铁矿选矿场，河北红山铁矿选矿厂；镁尾矿来源于镁矿选矿场，河北省邢台菱镁矿镁砂厂；冶金熔渣来源于冶金熔炉，河北中兴冶炼有限公司；磷石膏来源于贵州德瑞丰科技有限公司；褐煤来源于吉林市圣富煤炭经销有限公司；有机质来源于农业的秸秆、畜禽粪便和餐厨垃圾；好氧菌种来源于碧沃丰生物科技有限公司，cowv固肥菌剂。
91.实施例1气化炉灰渣为16份，粉煤灰为8份，市政污泥为20份，河湖底泥为6份，人工沸石为15份，铁尾矿6份，镁尾矿7份，冶金熔渣4份，磷石膏3份，褐煤1.5份，生石灰4份，有机质为12份。
92.将上述气化炉灰渣、褐煤、铁尾矿、镁尾矿、冶金熔渣、磷石膏、褐煤、生石灰和有机质粉碎成细小颗粒，粒径为150 μm，掺入粉煤灰、石膏粉；将市政污泥和河湖底泥晾干处置；将人工沸石分子筛做成直径2 cm大小的球形，用药剂浸泡30分钟，然后清洗干净，晾干备用；将粉碎后的混合物进行淋洗，把盐分浸出，以免再次引起土壤盐碱化；淋洗后进行180度高温处理；将市政污泥、河湖底泥及其他有机质进行灭菌处理，防止病毒存活；然后进行炭化处理，温度200度，制成生物炭，研磨成粉状，粒径150μm；将多孔材料、生物炭材料与人工沸石分子筛进行混合搅拌60分钟，对原料中的重金属进行吸附处理。
93.去除吸附重金属后大颗粒的人工沸石分子筛，得到发酵前体材料。对发酵前体材料进行喷水处理，保持湿度40%。在40%湿度的发酵前体材料中掺入好氧菌种（干质量比为7：3），放置在30度堆放槽有氧发酵，定期进行搅拌；堆放时间为7天后，要求保持20%的湿度，制备得到人工磁性土壤，粒度为300μm。
94.其中，人工土壤包括c含量40%、h含量40%、o含量4%、n含量1%、p含量0.1%、k含量0.1%、s含量0.05%、ca含量0.1%、mg含0.1%、cl含量0.005%、fe含量0.005%、mn含量0.001%、b含量0.001%、zn含量0.001%、cu含量0.0006%和mo含量0.00001%；磁化介质的含量为4.8%。
95.实施例2
气化炉灰渣为21份，粉煤灰为4份，市政污泥为13份，河湖底泥为12份，人工沸石为10份，铁尾矿2.5份，镁尾矿2.5份，冶金熔渣4份，磷石膏3份，褐煤1.5份，生石灰4份，有机质为12份。
96.将上述气化炉灰渣、褐煤、铁尾矿、镁尾矿、冶金熔渣、磷石膏、褐煤、生石灰和有机质粉碎成细小颗粒，粒径为150 μm，掺入粉煤灰、石膏粉；将市政污泥和河湖底泥晾干处置；将人工沸石分子筛做成直径2 cm大小的球形，用药剂浸泡30分钟，然后清洗干净，晾干备用；将粉碎后的混合物进行淋洗，把盐分浸出，以免再次引起土壤盐碱化；淋洗后进行180度高温处理；将市政污泥、河湖底泥及其他有机质进行灭菌处理，防止病毒存活；然后进行炭化处理，温度200度，制成生物炭，研磨成粉状，粒径150 μm；将多孔材料、生物炭材料与人工沸石分子筛进行混合搅拌60分钟，对原料中的重金属进行吸附处理。
97.去除吸附重金属后大颗粒的人工沸石分子筛，得到发酵前体材料。对发酵前体材料进行喷水处理，保持湿度40%。在40%湿度的发酵前体材料中掺入好氧菌种（干质量比为7：3），放置在30度堆放槽有氧发酵，定期进行搅拌；堆放时间为7天后，要求保持20%的湿度，制备得到人工磁性土壤，粒度为800μm。
98.其中，人工土壤包括c含量43.4%、h含量44.6%、o含量5.1%、n含量1.26%、p含量0.18%、k含量2.11%、s含量0.08%、ca含量0.4%、mg含0.32%、cl含量0.009%、fe含量0.0062%、mn含量0.0035%、b含量0.0015%、zn含量0.0013%、cu含量0.0002%和mo含量0.000001%；磁化介质的含量为4.1%。
99.实施例3气化炉灰渣为23份，粉煤灰为6份，市政污泥为15份，河湖底泥为15份，人工沸石为10份，铁尾矿5份，镁尾矿5份，冶金熔渣5份，磷石膏2份，褐煤2份，生石灰3份，有机质为9份。
100.将上述气化炉灰渣、褐煤、磷石膏、褐煤、生石灰和有机质粉碎成细小颗粒，粒径为180 μm，掺入粉煤灰、石膏粉；将市政污泥和河湖底泥晾干处置；将人工沸石分子筛做成直径5 cm大小的球形，用药剂浸泡30分钟，然后清洗干净，晾干备用；将粉碎后的混合物进行淋洗，把盐分浸出，以免再次引起土壤盐碱化；淋洗后进行200度高温处理；将市政污泥、河湖底泥及其他有机质进行灭菌处理，防止病毒存活；然后进行炭化处理，温度250度，制成生物炭，研磨成粉状，粒径180 μm；将多孔材料、生物炭材料与人工沸石分子筛进行混合搅拌120分钟，对原料中的重金属进行吸附处理。
101.去除吸附重金属后大颗粒的人工沸石分子筛，得到发酵前体材料。对发酵前体材料进行喷水处理，保持湿度50%。在50%湿度的发酵前体材料中掺入好氧菌种（干质量比为7：3），放置在30度堆放槽有氧发酵，定期进行搅拌；堆放时间为10天后，要求保持30%的湿度，制备得到人工磁性土壤，粒度为230μm。
102.其中，人工土壤包括c含量42.6%、h含量41.3%、o含量4.6%、n含量1.2%、p含量0.13%、k含量0.29%、s含量0.08%、ca含量0.26%、mg含量0.15%、cl含量0.009%、fe含量0.012%、mn含量0.0024%、b含量0.0018%、zn含量0.0015%、cu含量0.0002%和mo含量0.00001%；磁化介质的含量为4.3%。
103.实施例4气化炉灰渣为30份，粉煤灰为3份，市政污泥为10份，河湖底泥为10份，人工沸石为
20份，铁尾矿3份，镁尾矿4份，冶金熔渣5份，磷石膏5份，褐煤1份，生石灰5份，有机质为6份。
104.将上述气化炉灰渣、褐煤、铁尾矿、镁尾矿、冶金熔渣、磷石膏、褐煤、生石灰和有机质粉碎成细小颗粒，粒径为160 μm，掺入粉煤灰、石膏粉；将市政污泥和河湖底泥晾干处置；将人工沸石分子筛做成直径4 cm大小的球形，用药剂浸泡30分钟，然后清洗干净，晾干备用；将粉碎后的混合物进行淋洗，把盐分浸出，以免再次引起土壤盐碱化；淋洗后进行150度高温处理；将市政污泥、河湖底泥及其他有机质进行灭菌处理，防止病毒存活；然后进行炭化处理，温度220度，制成生物炭，研磨成粉状，粒径200 μm；对发酵前体材料进行喷水处理，保持湿度30%。在30%湿度的发酵前体材料中掺入好氧菌种（干质量比为7：3），放置在30度堆放槽有氧发酵，定期进行搅拌；堆放时间为15天后，要求保持25%的湿度，制备得到人工磁性土壤，粒度为420μm。
105.其中，人工土壤包括c含量43.3%、h含量42.1%、o含量5.3%、n含量1.46%、p含量0.16%、k含量0.56%、s含量0.1%、ca含量0.42%、mg含0.1%、cl含量0.009%、fe含量0.011%、mn含量0.003%、b含量0.0013%、zn含量0.0016%、cu含量0.0002%和mo含量0.00001%；磁化介质的含量为4.1%。
106.对比例1和实施例1大概相同，只是没有铁尾矿、镁尾矿和冶金熔渣，其他步骤和参数同实施例1一致。
107.其中，人工土壤包括c含量40.2%、h含量40.6%、o含量2.3%、n含量1.2%、p含量0.016%、k含量0.11%、s含量0.043%、ca含量0.06%、mg含0.009%、cl含量0.0003%、fe含量0.0002%、mn含量0.00006%、b含量0.0005%、zn含量0.0006%、cu含量0.0001%和mo含量0.00001%；磁化介质的含量为0%。
108.通过上述可知，缺少尾矿和炉渣的土壤中，关于o含量和p含量大大降低，且微量元素的含量也大大降低，对于后续植物的生长可能存在一定的影响。
109.对比例2和实施例1大概相同，只是没有人工沸石，其他步骤和参数同实施例1一致。
110.其中，人工土壤包括c含量42.9%、h含量41.3%、o含量4.6%、n含量1.9%、p含量0.24%、k含量0.22%、s含量0.09%、ca含量0.9%、mg含0.89%、cl含量0.6%、fe含量1.6%、mn含量0.%、b含量0.9%、zn含量0.21%、cu含量0.56%和mo含量0.089%；磁化介质的含量为5%。
111.通过对比例2和实施例1的对比可知，由于缺少人工沸石，无法对于土壤中的重金属进行吸附去除，该人工土壤仍含有较多的重金属，不利于植物的种植。
112.性能测试1、分别取五种盐碱地土壤，编号分别为土壤1（来自山东省东营市）、土壤2（河北省沧州市）、土壤3（陕西省榆林市）、土壤4（江苏省连云港市）和土壤5（内蒙古通辽市），将本技术实施例和对比例制备得到的人工磁性土壤以质量比1:5掺混于上述盐碱地土壤中，分为空白组（不加入任何物质，仅存在盐碱地土壤）、对比例组和实施例组，混合均匀后，进行ph和电导率的检测。结果如表1所示。
113.表1 人工磁性土壤对盐碱地土壤的改良
从表1可以看出，通过向盐碱土壤加入本发明的磁性土壤，有效的降低土壤的ph和土壤的电导率，即降低了土壤的盐碱化程度；而对比例1和对比例2虽然能够降低一定的盐碱化程度，但是其ph和电导率能远远高于实施例1，表明缺少尾矿、炉渣和人工沸石，就达不到本技术优异的性能，即ph在中性左右，电导率在1.0～2.5 ms/cm之间。
114.2、取盐碱地土壤1，分别加入实施例和对比例制备得到的人工改性土壤，质量比为1:5，分为空白组一组（不加入任何物质，仅存在盐碱地土壤）、对比例组两组（对比例1和对比例2）和实施例组三组（实施例1、实施例2、实施例3和实施例4）。之后进行玉米种子的栽种，每组10盆进行培育，每盆5粒种子，共六组，每天定时定量浇水，记录玉米的成活率，结果如表2所示。
115.表2磁性土壤对玉米的成活率影响3、将上述实验成活的玉米，出苗后，每隔两天记录玉米的高度cm（超出土壤层的部分）表3磁性土壤对玉米的生长影响
从表2和表3可以看出，本发明的人工磁性土壤，能够较好的促进种子的发芽和植物的生长，是由于本技术的人工磁性土壤通过各成分相互配，有效的降低土壤的ph和土壤的电导率，能够去除盐碱地中的重金属和降低盐碱性程度，实施例2由于具有较大的粒度，使得整个土壤的保水存气性能稍微下降，从而使得植物的参数略差于其他实施例。而对比例1和对比例2由于缺少部分元素，远远达不到本技术人工磁性土壤的效果，即去除重金属的含量有限或降低盐碱程度有限，存在较多不利于植物发育和生长的因素，因此大大降低了种子的成活率和植物的成长；另外，本技术的人工磁性土壤中还有污泥、有机质等带来植物必须的成分，能够进一步促进种子的生长和植物的发育。
116.最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。