矿物型土壤调理剂硅钙钾镁肥的生产及应用研究

基金项目：贵州省高层次创新型人才（黔科合平台人才〔2016〕5680）；清远市创新创业科研团队项目（2017002）

作者简介：付强强（1990—），男，硕士，工程师，从事化学工程方面的研究

本文引用格式：付强强，沈彦辉，高璐阳.矿物型土壤调理剂生产技术及应用效果[J].肥料与健康,2020,47(6):21-25.

磷矿资源已经被我国定性为战略性资源，据统计数据显示，2017年国内75.6%的磷矿用于磷肥生产。目前主流的湿法磷酸普遍采用硫酸萃取工艺生产，每生产1 t磷酸（以P₂O₅计）就会副产4.5~5.5 t磷石膏。据2019年工信部《财税优惠政策加大力度助推磷石膏综合利用》最新数据显示，我国当前磷石膏年产生量约为75000 kt，综合利用率不足40%。大量磷石膏无序堆存除占用大量土地外，还可能带来地下水和土壤污染等问题，成为制约磷肥行业绿色健康发展的一大瓶颈。针对我国磷石膏资源化利用的现状，我国相继出台了一系列政策及措施。2016年11月，国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出要推动磷石膏等废弃物的综合利用。2018年4月，贵州省人民政府印发的《省人民政府关于加快磷石膏资源综合利用的意见》提出磷石膏“以渣定产”，将磷石膏产生企业消纳磷石膏情况与磷酸等产品生产挂钩，倒逼企业加快磷石膏资源综合利用，限制磷石膏的新增。

针对上述问题，金正大生态工程集团股份有限公司利用工业废弃物磷石膏、钾长石及磷尾矿为原料制备矿物型土壤调理剂，实现磷石膏的资源化利用，同时解决了钾长石利用难的问题，并将土壤调理剂应用于土壤修复，补充了土壤缺失的中微量元素，提高了土壤环境质量。

1  磷石膏制酸联产硅钙钾镁肥

1.1 反应机理

磷石膏在高温条件下分解生成二氧化硫和氧化钙，经无烟煤还原，可降低分解温度，产生的高温二氧化硫烟气经收集后制取硫酸。高温同样可破解钾长石的稳定结构，使钾长石中的二氧化硅和氧化钾得到有效活化，后期添加磷尾矿，可制得高活性硅钙钾镁肥。

磷石膏的分解反应：

CaSO₄+2C→CaS+2CO₂

CaS+3CaSO₄→4CaO+4SO₂

制取硫酸的反应：

2SO₂+O₂→2SO₃

SO₃+H₂O→H₂SO₄

硅钙钾镁肥烧成反应：

K₂O·Al₂O₃·6SiO₂+CaO→硅钙钾镁肥

1.2 工艺流程

磷石膏制酸联产硅钙钾镁肥工艺流程见图1。

二水磷石膏首先送至锤式烘干机进行烘干得到半水石膏，再通过气流输送泵输送至生料车间配料站；钾长石和焦炭经过破碎料磨，达到一定细度的细粉储存在生料车间配料站。半水石膏、钾长石及焦炭按生产要求通过转子秤计量控制比例，混合均匀后通过空气输送斜槽送入均化库。

来自均化库的生料经转子秤计量，由提升机输送至五级旋风预热器，被来自回转窑的烟气预热，预热后的物料在回转窑的旋转下从窑尾行至窑头。半水石膏在回转窑内1150~1200 ℃高温及还原剂存在的条件下，分解成氧化钙和二氧化硫，生成的氧化钙与配入生料中的钾长石反应生成以硅酸一钙为主的化合物，破解钾长石的稳定结构，进而使钾长石中的二氧化硅和氧化钾得到释放，制得高活性硅钙钾肥。烧成后的熟料进入篦冷机冷却、破碎后，输送至相应的熟料库，再配以其他辅料生产出硅钙钾镁肥。

回转窑产生的含二氧化硫窑炉气在窑尾经静电除尘器除尘后，进入净化设备洗涤除去固体物，然后进入干燥塔除去烟气中的水分，再进入转化器转化成三氧化硫，最后进入干吸塔吸收，按生产要求产出相应浓度的硫酸。

2  硅钙钾镁肥农用效果研究

硅钙钾镁肥富含钙、硅、镁等中量元素以及其他微量元素，具备一定的碱性特点。自2013年以来，金正大公司联合山东农业大学、浙江大学、内蒙古农业大学、山东农业厅果茶站和江西、安徽、广东、福建、海南、山东等省农业科学院的专家，开展了硅钙钾镁肥的长期定位试验。试验结果表明：施用硅钙钾镁肥不仅可以补充农田土壤流失的矿质元素，还能够调节土壤酸碱性，在改良土壤结构、改善土壤微生态环境、增强土壤胶体性能、提高离子交换能力、提升作物产量和品质等方面效果显著。

2.1 提高土壤养分含量

土壤养分含量直接影响作物的生长发育。通过连续3年的长期定位试验，结果表明施用硅钙钾镁肥能有效提高土壤中有效磷、速效钾、交换性钙和交换性镁的含量。涂玉婷等对香蕉，栗方亮等对茄子、蜜柚，韩科峰等对浙江水稻，高文胜等对葡萄、甜樱桃开展了试验研究，施用硅钙钾镁肥对土壤养分含量的影响见表1。

2.2 改良酸性土壤

硅钙钾镁肥一方面可以调理酸性土壤，另一方面可以改善土壤结构，提高土壤渗透性和离子交换容量。韩科峰等、冀建华等对浙江水稻和江西水稻的长期定位试验结果（见表2）表明：施用硅钙钾镁肥可以改变土壤的酸碱度（pH提高0.3~0.7），降低水稻土壤交换性H⁺、Al³⁺含量和盐基饱和度，提高土壤的酸碱缓冲性能和保肥能力。

2.3 提高作物产量和品质

硅钙钾镁肥不仅含有农作物所需的大量元素，还富含多种中微量营养元素，可促进营养平衡，调理失衡的土壤养分体系，强化氮磷钾和有机质等养分的供应，提高土壤保肥性，增加作物产量并改善作物品质。在不同作物上连续3年施用硅钙钾镁肥，并对作物的产量和品质进行研究（表3），结果表明硅钙钾镁肥不仅能提高香蕉、茄子、蜜柚、油菜、葡萄、甜樱桃、黄瓜等作物的产量，而且还能改善上述作物的品质。

2.4 增加土壤微生物数量，提高酶活性

土壤微生物的种类和数量关系到土壤养分的有效性及肥力，是土壤健康的重要指标。金正大公司联合山东省农业科学院在寿光市蔬菜大棚上进行长期定位试验（表4），结果表明：施用硅钙钾镁肥后，连作大棚土壤微生物区系从“真菌型”向“细菌型”转化，改善了设施土壤微生物环境，具有显著的正效应。土壤培养试验结果表明：硅钙钾镁肥能提高土壤中微生物量碳、量氮和多酚氧化酶活性，对土壤的过氧化氢酶具有一定的抑制作用，并能提高整个土壤体系微生物活性，具有改善土壤微生态环境、提高酸性土壤质量的作用。

3  结语

目前，耕地质量下降、土壤退化已成为我国农业可持续发展面临的重要问题，甚至关系到国家粮食安全。因此，障碍性土壤修复及改良将是我国农业领域长期重点研究的课题。硅钙钾镁肥作为新型的土壤调理剂产品，不仅能够改良障碍性土壤，而且可为作物提供必需的营养元素。

随着土壤调理剂检测和评价体系的逐步建立，土壤调理剂作为农田的基本投入品，其安全性、适用性和有效性将得到科学评价，尤其是能够验证长期使用的安全性，那么土壤调理剂产品的发展将逐渐步入一个科学、规范和快速发展的轨道。

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编辑：郭俊  | 审校：张巍  |  监制：师蓉