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“蓉昌”硅钙镁钾肥

植物营养组分活化机理与应用简介


发布时间:2017年3月24日 8时48分

  一、 原料

秦岭豫陕交界地区富钾岩石矿位于华北准地台与秦岭造山带的交接复合部位。涉及范围包括陕西省的华县、洛南、丹凤县经商南县至河南省灵宝市、卢氏县瓦窑沟以东地区。从北向南可分为两条成矿带,其矿化特征见表1

1 钾长石矿岩石化学成分简表(%)

矿带

矿石类型

SiO2

Fe2O3

Al2O3

MgO

P2O5

K2O

Na2O

CaO

Cr(10-6)

北部

矿带

白色矿石

66.20

0.17

17.51

0.18

0.06

15.05

0.64

0.18

<2

浅红色矿石

65.40

0.24

17.43

0.22

0.08

15.20

0.58

0.22

红色矿石

64.88

0.54

17.43

0.28

0.27

16.56

0.48

0.28

华县、丹凤峦庄矿石

65.40

0.24

17.43

0.22

0.08

15.20

0.58

0.22

商南大河矿石

66.80

0.11~0.18

18.42

 

 

10.54~12.36

2.49~3.65

0.09

 

卢氏县瓦窑沟矿石

67.00

0.05

18.50

<0.01

0.02

10.90~12.10

3.11

 

 

64.06

0.18

20.12

0.009

0.14

13.15

2.19

0.37

 

66.68

0.21

18.28

0.03

0.18

9.86

2.76

0.55

 

67.30

0.10

 

 

 

12.40

3.51

 

 

65.80

0.33

 

 

 

12.24

2.84

 

 

该区北部矿带矿石尽管由于氧化铁含量较高,限制了其它工业用途,但氧化钾含量平均达1516%,是国内罕见的富钾岩石资源。再加上资源量大,成分稳定,是理想的硅钙镁钾肥开发基地。陕西华县荣昌钾肥厂生产的“蓉昌”硅钙镁钾肥的原料——富钾岩石就采集于秦岭华县区域的白吉沟、牡丹沟、罗圈沟(面积50.45平方公里、储量2.5亿吨)。辅料为石灰石。

  二、硅钙镁钾肥生产工艺原理

1200℃左右条件下单独煅烧富钾岩石,不管其主要矿物是钾长石还是伊利石,单独焙烧活化矿石硅钾溶出率都很低,因此不能发展成为制作硅钾肥的工艺路线;但在焙烧过程中钾组分都有向某些枸溶性矿物集中的趋势。在钾长石焙烧时,钾组分集中于白榴石;伊利石焙烧时钾组分集中于硅氧玻璃。这就为选择合适配料进行枸溶性硅钾肥开发提供了物质基础。

 以碳酸岩为辅料焙烧钾长石的熟料矿物组合为硅灰石、白榴石、霞石、黄长石等似长石矿物,这些矿物均遇弱酸分解,是枸溶性硅钾肥形成的物质基础。当配料是灰石时,随着配料增加,其基本化学反应式有:

KAlSi3O8 +  CaCO3 ==== KAlSi2O6+ CaSiO3+ CO2 1

  (钾长石)      (方解石)      (白榴石)   (硅灰石)

KAlSi2O6+  CaCO3 ==== KAlSiO3+ CaSiO3+ CO2  2

(白榴石)  (石灰石)        (钾霞石)     (硅灰石)

KAlSiO3  +  CaCO3 ==== KAlO2  +  3CaSiO3+3CO2   3

(钾霞石)   (石灰石)    (铝酸钾)     (硅灰石)

  三、硅钙镁钾肥肥效发挥机理

硅钙镁钾肥矿物组合为硅灰石、白榴石、霞石、黄长石等似长石矿物,这些矿物均遇弱酸分解,是枸溶性硅钾肥形成的物质基础。

经过对作物根际环境条件下硅钾肥肥效发挥的机理进行了三项试验研究,结论如下:

1)硅钙镁钾肥在有机弱酸中的化学活性较好;同时,不同的有机酸种类对硅钙镁钾肥不同的溶解特征表明,影响硅钾肥肥效发挥的因素不仅与文献中常提到的土壤pH值、土壤的去硅化程度有关,还与土壤有机质的含量与种类有关。

2) 硅钙镁钾肥在盐酸溶液中的反应动力学规律、颗粒形态、粒径分布、表面电位等实验表明,在反应体系pH不小于2的情况下,硅钙镁钾肥与盐酸反应的模式是产物包覆式反应模式;在反应体系pH大于2的情况下产物以硅酸溶胶形式存在于体系中。而土壤溶液pH多远远大于2,可以推知以硅钾肥矿物可以大量溶出硅酸根形式的组分,而单硅酸根离子则是植物可以吸收的唯一的硅组分形态;溶解残余物表观密度降低、DBP吸着率和比表面积增加表明,包覆层水合二氧化硅是以多孔形式存在。这残余组分的电镜观察结论一致,是硅钾肥具有保水保肥、改良土壤结构的矿物学依据。

3)粒度对制品中有效氧化钾的溶出影响不大,对硅有一定的影响,产品粒径在0.075~0.3mm溶出效果最佳。

4)酸度对硅钾肥中有效氧化硅的溶出影响巨大。在施用硅钾肥时,配合酸性介质其溶出效果会更好;温度对制品中有效氧化钾的溶出有一定影响,其有效氧化钾能在作物生长温度范围内最大限度地溶出。

  四、肥效发挥后残余物的环境效应

硅钙镁钾肥不溶残余物矿物组合以沸石类矿物为特征,具有良好的地球化学活性。残渣中的沸石矿物是典型的土壤环境治理矿物已为学术界普遍接受;水硅石是硅胶老化的产物,在土壤供水充足情况下,SiO2·nH2O电离出SiO44可与土壤中重金属离子Hg2+Pb2+Cd2+等发生反应生成Hg2SiO4Pb2SiO4Cd2SiO4等难溶化合物沉淀下来,从而达到了防止重金属进入生态系统的目的。从电镜照片可以看出,不溶残渣中微孔的尺度为亚纳米级,其中所含水分的性质为胶体水与毛细孔水,此时水与基体物质的结合强度较自由水要牢固的多,可以有效阻止土壤水的蒸发逸失,达到土壤保水的目的。在西部开发中利用矿物的保水作用解决中国缺水问题的研究方向,这方面的工作刚刚开始,其发展前景十分广阔。

                        (西安科技大学教授 端木和顺)

 


 


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