一种磷石膏土壤化的方法

技术领域

本发明涉及分离科学与技术领域，涉及工业固体废物处理，尤其涉及磷石膏的处理和资源化利用。

背景技术

磷石膏是湿法磷酸工艺和磷肥工业不可避免的固体副产物，主要成分为二水硫酸钙。目前现有的磷酸超过90%均使用湿法工艺制备。每生产1吨磷酸，会产生约5吨磷石膏。我国每年新增磷石膏约0.8亿吨，全球每年新增磷石膏达2亿多吨。

磷石膏是湿法磷酸工艺和磷肥工业不可避免的固体副产物，主要成分为二水硫酸钙。每生产1吨磷酸，会产生约5吨磷石膏。我国每年新增磷石膏约0.8亿吨，综合利用率约为40%。湖北省的磷石膏产生量位居全国之首，但综合利用率仅为24%，远低于贵州（70%）、四川（38%），略高于云南（16%）。

磷石膏在农业中可以用作土壤调理剂或缓释肥料。吴洪生等的研究表明，用磷石膏制作的土壤改良剂能有效地促进小麦生长。Michalovicz 等的研究发现，在干旱期，磷石膏可以通过提供基本阳离子来改善土壤肥力。利用净化后的磷石膏制备土壤调理剂对土壤改良和农业种植有一定的效果。

发明内容

项目针对磷石膏堆场可溶磷、可溶氟的释放带来的环境问题，在环保监管日益严格、能源结构转型的背景下，实现磷石膏的无害化处置和土壤化以及生态化利用对磷化工产业链的健康发展至关重要。

从磷石膏的无害化研究入手，通过种植先锋植物筛选高效生物质降解菌，与磷石膏进行堆肥，揭示磷石膏的生物活化机理，实现磷石膏的土壤化。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种磷石膏土壤化的方法，包括以下步骤：

一种磷石膏土壤化的工艺，该方法包括以下步骤：

S1：将新鲜磷石膏与水混合，搅拌四十分钟，抽滤；磷石膏和水的质量比为10:6～10:8。

S2：步骤S1中磷石膏与水混合，加入氧化钙，搅拌四十分钟，抽滤，经过S1和S2两步处理新鲜的磷石膏可以达到GB18599-2020“第Ⅰ类一般工业固废”标准，磷石膏浸出液总磷≤0.5mg/L，氟化物≤10mg/L，pH值6-9（GB8978污水综合排放一级标准）。

S3：将种子完好的先锋植物种植到水洗矿化的磷石膏中，定时的浇水，在一周左右，植物的种子会陆续的发芽，将种植的花盆移到正常的田野中进行生长，按正常种植的对其进行浇水护理。

S4：将S3的磷石膏嫁接到待堆肥的磷石膏中，待堆肥的磷石膏以水洗矿化的磷石膏为主体，堆肥的其他材料包括植物的根茎和动物的粪便，堆肥的场所为正常的农田中，将种植先锋植物至少一个季度后的水洗矿化磷石膏与水洗矿化磷石膏（所述的水洗矿化磷石膏是指经过上述步骤S1、S2后生物磷石膏）以质量比5-10：1混合后，堆肥的时间为2-4个月。

其中，植物秸秆的质量分数为磷石膏总量的1-10%、动物粪便的质量分数为磷石膏总量1-10%，再在60-70℃下堆肥。

S5：在S4得到磷石膏上引入蚯蚓、甲螨、跳虫蜗牛、甲壳虫中的一种或多种，在自然条件下培养2-4个月。

本发明通过水洗矿化处置，通过种植先锋植物筛选出适合在磷石膏中生长的微生物，利用这些微生物来进行磷石膏的堆肥，引入土壤动物，以时间为成本，实现了磷石膏的土壤化改良，经过土壤化改良的磷石膏物理化学性质和土壤类似，可以像土壤一样正常的堆放，也可用于经济作物的种植，也可以用来进行生态化修复。

本发明解决了背景技术中存在的工艺和成本缺陷，本发明具备以下有益效果：

本发明通过简单的混合搅拌，在自然沉降的原理下，以时间为主要成本，实现了无害化的磷石膏堆存的问题，可以百分之百的将磷石膏转化为土壤，解决了磷石膏的堆存问题，得到的磷石膏土壤可以进行生态化应用。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

实施例1

为验证上述实验的普遍一般性，湖北宜昌市宜都兴发磷酸车间二水硫酸钙工艺产生的副产物磷石膏为例。

S1：将副产物磷石膏与水按质量比为10:6混合，搅拌，抽滤；

S2：步骤S1中抽滤后的磷石膏再与水按一定比例混合，加入氧化钙，将pH调至6-9左右，抽滤，抽滤后得到磷石膏GB18599-2020第Ⅰ类一般工业固废标准，磷石膏浸出液总磷≤0.3mg/L，氟化物≤8mg/L；

S3：水洗和矿化之后的磷石膏种植先锋植物狗牙根，种植密度为20g/平方，同时进行日常管护，每周浇水一次，待发芽后转移至正常田间种植，并对其浇水处理；

S4: 将种植先锋植物狗牙根一年生后的水洗矿化磷石膏嫁接到待堆肥的磷石膏中，即种植狗牙根一年后的水洗矿化磷石膏与步骤S2得到的水洗磷石膏以质量比10：1混合后，再加入占磷石膏总质量的5%的玉米秸秆，占磷石膏总质量的5%的奶牛粪便，升温至60-65℃下，自然条件下堆肥4个月；

S5: 引入蚯蚓、甲螨、跳虫蜗牛、甲壳虫动物，每种动物20条/平方，然后再在磷石膏上长4个月土壤动物，完成种磷石膏土壤化。

上述嫁接了种植先锋植物的水洗矿化磷石膏与没有嫁接种植先锋植物的的水洗矿化磷石膏堆肥的对比，嫁接种植先锋植物后的磷石膏的堆芯温度可以达到60-65℃，说明了植物秸秆和动物粪便在磷石膏中成功堆肥，而没有嫁接种植先锋植物的水洗矿化磷石膏堆肥时，堆芯的温度最高只有40℃，没有堆肥成功，而进行的是沤肥，有产生沼气的危险。

在经过上述的土壤化之后，磷石膏土壤中的有机质含量大于24.6g/kg，全氮含量大于1.02g/kg，全磷含量大于1.4g/kg，全钾的含量大于21.5g/kg，水解氮的含量大于90mg/kg，有效磷含量大于30mg/kg，土壤的微生物种类大量的增加，动物的种群和数量也有明显的增加。

实施例2

湖北宜昌市宜都兴发磷酸车间二水硫酸钙工艺产生的副产物磷石膏为例，采用如下方法进行磷石膏土壤化方法。

S1：将副产物磷石膏与水按质量比为10:8混合，搅拌，抽滤；

S2：步骤S1中抽滤后的磷石膏再与水按一定比例混合，加入氧化钙，将pH调至6-9左右，抽滤，抽滤后得到磷石膏GB18599-2020第Ⅰ类一般工业固废标准，磷石膏浸出液总磷≤0.3mg/L，氟化物≤8mg/L；

S3：水洗和矿化之后的磷石膏种植先锋植物高羊茅草，种植密度为35g/平方，同时进行日常管护，每周浇水一次，待发芽后转移至正常田间种植，并对其浇水处理；

S4: 将种植先锋植物高羊茅草两年生后的水洗矿化磷石膏嫁接到待堆肥的磷石膏中，即种植高羊茅草两年后的水洗矿化磷石膏与步骤S2得到的水洗磷石膏水洗矿化磷石膏与新鲜磷石膏以质量比8：1混合后，再加入占磷石膏总质量的5%的玉米秸秆，占磷石膏总质量的5%的奶牛粪便，升温至60-65℃下，自然条件下堆肥3个月；

S5: 引入蚯蚓、甲螨、跳虫蜗牛、甲壳虫动物，每种动物20条/平方，然后再在磷石膏上长3个月土壤动物，完成种磷石膏土壤化。

试验发现在水洗矿化的磷石膏无法发芽的栀子花，油茶和桂花等作物可以在土壤化之后的磷石膏中正常的发芽，且在一段时间之后长势良好，此时磷石膏土壤中的有机质含量大于24.6g/kg，全氮含量大于1.02g/kg，全磷含量大于1.4g/kg，水解氮的含量大于，pH为7.0，土壤的微生物种类较之种植先锋植物时的磷石膏，微生物的种类和数量都有了很大的提高，磷石膏土壤中的动物的种群和数量也有明显的增加。

实施例3

湖北宜昌市宜都兴发磷酸车间二水硫酸钙工艺产生的副产物磷石膏为例，采用如下方法进行磷石膏土壤化方法。

S1：将副产物磷石膏与水按质量比为10:8混合，搅拌，抽滤；

S2：步骤S1中抽滤后的磷石膏再与水按一定比例混合，加入氧化钙，将pH调至6-9左右，抽滤，抽滤后得到磷石膏GB18599-2020第Ⅰ类一般工业固废标准，磷石膏浸出液总磷≤0.3mg/L，氟化物≤8mg/L；

S3：水洗和矿化之后的磷石膏种植先锋植物高羊茅草，种植密度为35g/平方，同时进行日常管护，每周浇水一次，待发芽后转移至正常田间种植，并对其浇水处理；

S4: 将种植先锋植物高羊茅草两年生后的水洗矿化磷石膏嫁接到待堆肥的磷石膏中，将种植高羊茅草两年后的水洗矿化磷石膏与步骤S1得到的水洗矿化的磷石膏以质量比8：1混合后，再加入占磷石膏总质量的5%的玉米秸秆，占磷石膏总质量的5%的奶牛粪便，升温至60-65℃下，自然条件下堆肥3个月；

S5: 引入蚯蚓、甲螨、跳虫蜗牛、甲壳虫动物，每种动物20条/平方，然后再在磷石膏上长3个月土壤动物，完成种磷石膏土壤化。

将上述土壤化之后的磷石膏与宜昌猇亭区江边农田取得的普通土壤（F