利用铁尾矿和副产品云母粉、白云石制备土壤调理剂试验研究-中国矿业114网 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
利用铁尾矿和副产品云母粉、白云石制备土壤调理剂试验研究
2018-07-10
安徽金日盛矿业有限责任公司生产过程中产生的铁尾矿外排至尾矿库,不仅占用农田,还对环境造成污染,将铁尾矿用于制备富含植物生长所需有益元素的土壤改良剂,对提高资源综合利用率及提高土壤肥力具有重要作用。铁尾矿及副产品云母、白云石的实验室煅烧试验结果表明:铁尾矿和白云石混合煅烧活化效果不理想,与铁尾矿相比,云母的活化效果相对较好;在m(铁尾矿)∶m(云母)∶m(白云石)=1.0∶1.5∶2.5,煅烧温度为1 100 ℃时,煅烧产品各组分活化效果较佳,活性SiO2、CaO、K2O、MgO 含量分别为18.04%、16.33%、2.17%、12.90%,且获得的土壤调理剂呈碱性;适量使用添加剂有助于目标元...
Series No. 504 June 2018 金 属 METAL MINE 矿 山 总第 504 期 2018 年第 6 期 利用铁尾矿和副产品云母粉、白云石制备土壤 调理剂试验研究 1 2 2 1 1 1 胡荣发 孙希乐 安卫东 张 韬 张 杰 王 东 ( 1. 安徽金日盛矿业有限责任公司,安徽 六安 237474; 2 . 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司,江苏 苏州 215000) 摘 要 安徽金日盛矿业有限责任公司生产过程中产生的铁尾矿外排至尾矿库,不仅占用农田,还对环境造成 污染,将铁尾矿用于制备富含植物生长所需有益元素的土壤改良剂,对提高资源综合利用率及提高土壤肥力具有重要 作用。铁尾矿及副产品云母、白云石的实验室煅烧试验结果表明:铁尾矿和白云石混合煅烧活化效果不理想,与铁尾 矿相比,云母的活化效果相对较好;在m(铁尾矿)∶m(云母)∶m(白云石)=1.0∶1.5∶2.5,煅烧温度为1 100 ℃时,煅烧产 2 2 品各组分活化效果较佳,活性SiO 、CaO、K O、MgO含量分别为18.04%、16.33%、2.17%、12.90%,且获得的土壤调理剂呈 碱性;适量使用添加剂有助于目标元素的活化。试验结果对我国南方特别是长江流域的酸性土壤改良具有重要借鉴 意义。 关键词 土壤 铁尾矿 矿物质土壤调理剂 中图分类号 TD926.4 文献标志码 A 文章编号 1001-1250(2018)-06-192-05 DOI 10.19614/j.cnki.jsks.201806036 Experimental Study on the Soil Conditioner Preparation from Iron Mine Tailings and By-product Mica Powder and Dolomite 1 2 2 1 1 1 Sun Xile An Weidong Zhang Tao Zhang Jie Wang Dong Hu Rongfa (1. Anhui Jinrisheng Mining Co. Ltd.,Lu’an 237474,China;2. Suzhou SINOMA Design & Research Institute of Non-Metallic Minerals Industry Co.,Ltd.,Suzhou 215000,China) Abstract The iron tailings produced in the production process of Anhui Jinrisheng Mining Co.,Ltd. is discharged to the tailings pond,not only occupying farmland but also causing environmental pollution. The iron tailings used to prepare soils rich in beneficial elements for plant growth plays an important role in improving the comprehensive utilization of resourc⁃ es and improving soil fertility. The laboratory calcination test results show that the mixed calcining activation effect of iron tail⁃ ings and dolomite is not ideal. Compared with iron tailings,mica activation effect is relatively good;when m(iron tailings):m (mica):m(dolomite)=1.0∶1.5∶2.5,the calcination temperature is 1 100 ℃,the calcined product components better activa⁃ tion effect,active SiO ,CaO,K O,MgO content were 18.04%,16.33%,2.17%,12.90%;In addition,the soil conditioner 2 2 is alkaline. Appropriate use of additives helps the activation of the target element. The results can also provide reference for neutralize acidic soils in the south of China,especially in the Yangtze River basin. Keywords Soil,Iron tailings,Mineral soil modifier 土壤是岩石经过数千万甚至数亿年风化而成的, 矿物质占到土壤固相组分的95%以上,植物生长所必 子,对粮食生产安全产生了不利影响;工业的发展, 又造成了局部地区的重金属污染,土壤恢复治理也 已经上升到国家战略。依靠自然的力量改良土壤是 极其困难的,采用现代工业技术手段将尾矿中的有 用元素活化,制备成土壤调理剂,是改良土壤的极好 [1-2] 须的70余种矿物质元素养分均需依靠土壤提供 。 随着氮、磷、钾 3 要素肥料的大量使用和长期的过度 高产,土壤中微量矿物质元素的缺乏日趋严重,微量 元素的短缺已经演变为限制我国农业发展的关键因 [3-4] 途径 。矿物质土壤调理剂是以天然的非金属矿物 收稿日期 2018-03-15 项目基金 安徽省科技重大专项(编号:16030701098)。 作者简介 孙希乐(1964—),男,研究员。 · 192 · 孙希乐等:利用铁尾矿和副产云母粉、白云石制备土壤调理剂试验研究 2018年第6期 岩石为原料,经过特定的工艺作用加工而成,用以改 良土壤的理化性状以及提高土壤肥力和环境功能的 物料,其中起作用的主要物质成分是各种矿物和矿 [ 5] 物质元素 。 安徽金日盛矿业有限责任公司生产过程中有大 量的铁尾矿需要外排至尾矿库,铁尾矿排放量达300 万t/a,不仅占用农田,还对环境造成污染。铁尾矿及 副产品中的硅、钾、钙、镁等元素是一些农作物生长 所必需的有益的中微量元素,将其用于制备富含植 物生长所需有益元素的土壤改良剂,是一种变废为 宝的研究路线,对提高铁尾矿综合利用率及提高土 壤肥力技术和产业的发展具有重要推动作用,具有 巨大的社会意义和经济效益。 铁尾矿经浮选而得,是钾元素的主要赋存矿物。 本试验将铁尾矿和云母作为 Si 元素的主要来 源,云母作为 K 元素的主要来源,白云石作为 Ca、Mg 元素的主要来源。 1 . 3 原料重金属元素分析 农业用水溶性肥料对重金属含量有一定的要 6] [ 目前利用矿物原料制备土壤调理剂的方法有 2 大类,一是煅烧法,二是水热法。采用煅烧法生产土 壤调理剂,可以有效活化尾矿中的硅、钾、钙、镁等植 物生长的有用元素,实现提高土壤营养功能、环境功 能和结构功能的综合效果。采用煅烧法半工业试验 获得的试生产产品用于皖南酸性土壤中的油菜种植 试验结果表明,施用该土壤调理剂后,油菜长势优势 较采用原土壤提高明显。 求 ,因此有必要查清原料中的重金属含量。对原 料中重金属含量进行检测,结果见表 3。 1 原料性质 1 . 1 原料化学成分分析 注:“-”表示未检出;标准指NY 1110-2006《水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限 量及含量测定》中的标准值。 安徽金日盛矿业有限责任公司生产过程产生的 从表3可以看出:3种原料中汞、砷、镉、铅含量均 较低,满足农业标准NY 1110-2006《水溶肥料汞、砷、 镉、铅、铬的限量及含量测定》,铁尾矿和云母中铬含 量较高,特别是云母中铬含量高达 105 mg/kg。设计 原料配方时,应注意考虑产品中有害元素含量必须 达到相关标准要求。 铁尾矿及副产品云母、白云石主要化学成分分析结 果见表1。 2 实验室焙烧试验 2 . 1 铁尾矿与白云石混合条件试验 以铁尾矿和白云石为原料进行混合配料,在煅烧 温度分别为1 200、1 100、1 000 ℃,煅烧时间为2 h条 件下进行煅烧活化,考察各原料不同配比(以白云石 与铁尾矿的用量比表示)时的活化效果。结果见表4。 表 4 表明,在煅烧温度为 1 100 和 1 200 ℃时,当 2 2 3 表1表明:铁尾矿中SiO 含量最高,其次为Fe O , 另外,还有一定量的 Al 、MgO,以及少量的 K Na O、CaO等;云母中K O含量相对较高,纯度较高;白 云石中 CaO、MgO 含量较高,还有少量的 SiO 、Al O 2 3 2 O、 2 2 2 2 3 O 白云石与铁尾矿的配比超过 1.0 时,产品中活性 SiO 2 等。3种原料均可为土壤调理剂提供Si、K、Ca、Mg等 有益元素。 的含量仅 10%左右,但煅烧温度为 1 200 ℃时,产品 中活性 CaO、MgO 的含量较煅烧温度为 1 100 ℃时明 显下降。 1 . 2 原料矿物组成分析 原料矿物组成分析结果见表2。 从表 2 可见:铁尾矿矿物组成较复杂,硅元素主 2. 2 云母和白云石混合条件试验 要以石英形式存在;白云石是钙、镁元素的主要赋存 矿物,但其纯度较低,含有一定的硅杂质;云母粉是 以云母和白云石为原料进行混合配料,在煅烧 温度分别为1 200、1 100 、1 000 ℃,煅烧时间为2 h条 · 193 · 总第504期 金 属 矿 山 2018年第6期 易,而铁尾矿的活化效果相对较差。将铁尾矿、云 母、白云石 3 种原料进行混合,在煅烧温度分别为 1 200 、1 100 、1 000 ℃,煅烧时间为2 h条件下进行试 验,结果见表6~表8。 件下进行煅烧活化,考察各原料不同配比(以白云石与 云母的用量比表示)时的活化效果。结果见表5。 表5表明:在1 200 ℃条件下,当白云石与云母原 料配比为1.0时,煅烧产品中活性SiO 活化效果较好,煅烧产品中活性组分 SiO MgO含量分别为25.45%、17.89%、5.48%、10.94%。 2 含量相对最高, 2 2 、CaO、K O、 2 . 3 3种原料混合煅烧试验 对比表 4、表 5 可以看出,云母的活化相对较容 从表 6~表 8 可以看出:在 3 种不同的温度条件 · 194 · 孙希乐等:利用铁尾矿和副产云母粉、白云石制备土壤调理剂试验研究 2018年第6期 下,随着白云石用量比例的提高,活性 SiO 本呈逐渐增加的趋势,但白云石比例过高时则出现 SiO 转化率不升反降的现象,说明在一定范围内,提 高白云石的添加比例有利于SiO 的活化;在相同的原 料配比条件下,云母添加比例较低(m(云母)∶m(铁尾 矿)<1.0)时,煅烧温度越高,活性SiO 转化率越高,而 在云母添加比例相对较高(m(云母)∶m(铁尾矿)> .0)时,在 1 100 ℃下煅烧产品的 SiO 转化率相对最 高;在1 200 ℃时,煅烧产品中活性K O含量和转化率 均相对较高,转化率最高达到79.76%;在1 100 ℃时, 活性 K O 转化率最高也仅 55.80%;而在 1 000 ℃时, 活性K O转化率多在40%~50%之间,可见,煅烧温度 的提高有利于 K O 转化率的提高;试验产品中活性 2 转化率基 表10表明,试验获得的产品铬含量超出标准值 的1.14倍,还需对原料的配比进行优化。 2 2 2 3 扩大连续试验 参照实验室条件试验,按照 m(铁尾矿)∶m(云 1 2 2 母)∶m(白云石)=1∶1.7∶2.2 的配比,在 1 000 ℃煅烧 温度下,进行了扩大连续试验。试验设备为回转 窑。试验共投入原料合计10 t,连续正常条件下有效 运行 55 h 产出产品 7 t。对获得的煅烧产品进行检 测,结果见表11。 2 2 2 CaO、MgO 转化率在 1 100 ℃、1 000 ℃下基本在 80% 以上,而在 1 200 ℃条件下出现明显降低现象,说明 1 200 ℃下生成了惰性矿物,该温度下存在过烧问 题,影响了产品中活性 CaO、MgO 的含量;当 m(铁尾 矿)∶m(云母)∶m(白云石)=1.0∶1.5∶2.5,煅烧温度为 1 100 ℃时,煅烧产品各组分活化效果较佳,活性 SiO 、CaO、K O、MgO 含量分别为 18.04%、16.33%、 2 2 2.17%、12.90%。 2 . 4 添加剂试验 物料高温活化时,添加合适的添加剂可以提高 表11表明,采用煅烧工艺,目标元素可以得到有 效活化,且获得的土壤调理剂呈碱性,但产品铬含量 超出标准值的 2 倍,还需进行除铬工艺的试验研究。 对我国南方特别是长江流域的酸性土壤进行中和, 有利于植物更健康的生长。 活化效果。添加剂可以降低混合物的熔点,促使固 相间产生微熔融现象,进而促进反应的进行。在铁 尾矿与白云石配比为 1.0、煅烧温度为 1 100 ℃时,分 2 3 别以 K CO 和 KCl 为添加剂(添加剂用量以添加剂质 量占原料总质量的百分比表示),考察添加剂对于 Si 元素活化效果的影响。试验结果见表9。 4 结论及讨论 ( 1)铁尾矿和白云石进行混合后煅烧活化效果 不理想,在白云石添加比例较高的条件下,产品中活 性SiO 含量仅10%左右,转化率不到40%。与铁尾矿 2 相比,云母的活化效果相对较好,当云母与白云石添 加比例为 1.0、煅烧温度为 1 200 ℃时,煅烧产品中活 2 2 性 组 分 SiO 、CaO、K O、MgO 含 量 分 别 为 25.45% 、 7.89%、5.48%、10.94%。 (2)在m(铁尾矿)∶m(云母)∶m(白云石)=1.0∶1.5 ∶2.5,煅烧温度为1 100 ℃时,煅烧产品各组分活化效 果 较 佳 ,活 性 SiO 、CaO、K O、MgO 含 量 分 别 为 1 由表 9 可见,在有添加剂存在时,煅烧产品中活 性SiO KCl 有助于提高产品中活性 SiO 于碱性氧化物K O更容易与SiO 生成硅酸钾之类的活性矿物,增加活性SiO 2 的含量有较大幅度的增加,说明添加 K 含量。这可能是由 在高温下发生反应, 的比例。 2 3 CO 或 2 2 2 2 2 18.04%、16.33%、2.17%、12.90%,且获得的土壤调理 剂呈碱性,对我国南方特别是长江流域的酸性土壤 进行改良具有重要借鉴意义。适量使用添加剂有助 于目标元素的活化。 2 2 . 5 产品检测与分析 按 m(铁尾矿)∶m(云母)∶m(白云石)=1.0∶1.5∶ 2 .5混合配料,在1 100 ℃下进行煅烧活化2 h,经自然 (3)目前,我国土壤改良剂没有单独的重金属限 量国家标准,多数参照中华人民共和国农业标准NY 冷却后的产品进行重金属检测,结果见表10。 · 195 · 总第504期 金 属 矿 山 2018年第6期 Wang Zhaojun,Hu Zongchao,Zhu Yunqin,et al. Study on dissolu- tion behavior of silicon in Si-Ca-K fertilizer[J]. Phosphate & Com- pound Fertilizer,2014,29(1):32-33. 1 110-2006《水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量及含量 测定》。但中华人民共和国国家标准GB 18877-2009 《 有机—无机复混肥料》、中华人民共和国国家标准 GB 8187-87《农用粉煤灰中污染物控制标准》中对重 金属含量的要求则相对较宽松。土壤调理剂中的重 金属含量具体应按照园林级、大田级和生态级等用 途选择采用哪种限制标准。 [ 4] 王朝军,胡宗超,朱云勤,等.钾矿与不同钙质原料制备的硅钙 钾肥中有效硅的性质对比研究[J]. 化肥工业,2014,41(1):57- 61. Wang Zhaojun,Hu Zongchao,Zhu Yunqin,et al. Comparative study of basic properties of available silicon in silicon-calcium-potassium fertilizer prepared from potash ore with different calcareous raw ma- terials[J]. Chemical Fertilizer Industry,2014,41(1):57-61. 参 考 文 献 [ 5] 李小燕,万夫伟,彭学平,等. 煅烧钾长石生产硅钙钾肥的矿物 组成研究[J]. 硅酸盐通报,2015,34(12):3648-3651. [1] 刘建明. 新型土壤修复改良技术与马铃薯应用方案[J]. 农资与 Li Xiaoyan,Wan Fuwei,Peng Xueping,et al. Mineral composition research of silicon-calcium-potassium fertilizer produced by sinter- ing K-feldspar[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Soclety,2015, 市场,2015(5):50-52. Liu Jianmin. New soil restoration and improvement technology and potato application program[J]. Agri- production & Market,2015 3 4(12):3648-3651. 6] 王 旭,孙又宁,任 萍,等.NY 1110-2006 水溶肥料汞、砷、镉、 铅、铬的限量及含量测定[S]. 北京:中华人民共和国农业部, 006. ( 5):50-52. 2] 刘建明. 尾矿生产土壤调理剂 农资,2016(11):67-69. [ [ ——原理、技术和应用[J]. 中国 2 Liu Jianming. The theory and production technology and applica- tions of soil conditioner from Tailings[J]. China Agri- production News,2016(11):67-69. Wang Xu,Sun Youning,Ren Ping,et al.NY 1110-2006 Water-solu- tion fertilizers-content-limit and determination of mercury,arsenic, cadmium,lead and chromium conten[t S]. Beijing:Ministry of Agri- culture of the People’s Republic of China,2006. [ 3] 王朝军,胡宗超,朱云勤,等. 一种硅钙钾肥中硅溶出行为的研 究[J]. 磷肥与复肥,2014,29(1):32-33. (责任编辑 王亚琴) · 196 ·
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  0
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号