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上海宝钢新型建材科技有限公司:宝武环科利用冶金渣制造含硅复混肥产品

文章来源:中国宝武  发布时间:2018-07-13

1.项目背景

自2011年开始,上海宝钢新型建材科技有限公司在多年冶金渣资源化研究利用基础上,开始探索冶金渣在农业中的应用方向,先后与国际竹藤网络中心、湖南杂交水稻研究所、江苏农科院、上海农科院等多家科研院所合作,开发出粉状硅肥、颗粒硅肥、含硅复混肥等多种土壤调理剂及肥料产品,并在多种作物上进行试验,研究硅肥对作物生长和土壤环境的影响,积累了丰富的数据,为冶金渣在农业中的应用打下了坚实基础。

2.项目情况

以冶金渣加工的硅肥与传统大元素化肥相结合,开发的含硅复混肥同时满足了提供营养和土壤改良的目的,且不会给用户带来额外人工成本。本项目的设计主要基于以下几方面考虑:

(1)以安全性高、有效性高的冶金渣为原料, 经过烘干、粉磨和造粒等工艺加工而成的硅肥产品,具有以下功能:提供植物生长所需的多种中微量元素,调节土壤酸碱度、降低盐渍化危害、降低土壤中重金属活性等。

(2)传统硅肥产品存在一些问题,如粉状硅肥吸收利用率高,但容易造成扬尘污染;以硅酸钠溶液为粘结剂造粒的硅肥颗粒强度高,但施入土壤中后难分散,从而影响了植物的吸收利用。

(3)普通复混肥一般由氮磷钾肥混合而成,尿素是常用的一种氮肥,但吸收利用率低(仅30%左右),未吸收的部分会造成大气、土壤和水污染。包膜法可以提高吸收利用率,但常见的硫磺或树脂包衣材料,存在价格高、降解难和影响土壤质量等问题,亟待寻找环境友好型的包膜材料。

(4)以冶金渣加工的粉状硅肥对尿素进行包膜,再与磷钾肥混合成含硅复混肥,可以提供农作物生长所需的氮磷钾和多种中微量元素,尿素释放后形成的硅肥空壳较易分散于土壤中,不影响植物吸收利用,另外含硅复混肥还可以缓慢改良土壤,是一种环境友好型肥料。

图1 硅包尿素及含硅复混肥

3.技术特点

本项目是对多年的研究成果的总结,在项目过程中,经过长期的跟踪检测,从大量的钢铁工业副产物中找到安全性高、有效成分含量高的原料;长期对不同地点不同作物的试验,确定了产品的使用方法和使用效果;经过用户的实际使用验证,进一步确定了产品的应用效果。本项目的产品具有以下特点:

(1)成本低。市场上目前的硅肥产品,一般以富硅矿石为原料,经过煅烧、粉磨、造粒加工而成,原料成本高,能耗高,售价高,而以精选的冶金渣为原料,可以省去煅烧环节,节省大量能耗和生产成本,价格更易为用户接受。

(2)安全性。原料经过长期跟踪检测,重金属含量远低于国标限值,产品安全性有保障。

(3)使用方便。产品设计考虑到用户用肥习惯,将硅肥与普通氮磷钾肥进行结合,含硅复混肥与普通复混肥使用方法一致,不会带来额外用工成本。

(4)环保性。一般包膜型肥料存在包膜材料难以降解问题,以硅肥为包膜材料,可以与土壤融为一体,不会产生难降解问题。

(5)营养均衡。在为植物提供生长所需的氮磷钾元素同时,还能提供硅钙镁等多种中微量元素,持续补充土壤因不合理耕作而缺失的中微量元素。

(6)土壤调理功能。本产品具有调节土壤pH值,钝化重金属等一般化肥产品不具有的土壤调理功能,可以长期的改善土壤环境。

4.推广应用情况

经过前期推广,本项目以原料输出和技术指导的方式,在吉林、山东、江苏、安徽、湖南、湖北、广东等地的多家肥料加工企业实现了含硅肥料产品的生产及市场推广,用户反映使用效果良好,使用后农作物(如水稻、小麦、棉花、苹果等)的产量及品质均有所提高,酸性土壤和盐渍化土壤改良、土壤重金属钝化也取得了不俗的效果。

应用案例1:水稻种植中使用含硅肥料产品,抗倒伏性能显著提升(图2,左为未使用,右为施含硅肥料产品),产量(图3,自左向右,分别为未施肥、施普通复混肥、施含硅复混肥)和稻米品质提高明显。水稻产量及稻米品质检测数据见表1、2。

图2 硅肥提高水稻抗倒伏性

图3 硅肥提高水稻产量

表1 不同施肥处理下水稻产量

施肥处理

水稻产量(小区)(kg)

增产率(%)

 

1

2

3

理论产量(亩)

与未施肥对比

与普通肥相比

未施肥

19.24

16.92

18.29

403.60

-

-

普通肥

28.72

29.47

26.08

624.55

54.7

-

含硅复混肥

32.21

29.78

31.37

684.57

69.6

9.6

表2 不同施肥处理下稻谷品质指标

品质指标(%)

施肥处理

 

未施肥

普通肥

含硅复混肥

蛋白质

5.73

5.94

6.27

天冬氨酸(Asp)

0.491

0.505

0.532

苏氨酸(Thr)

0.23

0.234

0.243

丝氨酸(Ser)

0.262

0.271

0.285

谷氨酸(Glu)

0.831

0.863

0.913

甘氨酸(Gly)

0.242

0.244

0.254

丙氨酸(Ala)

0.307

0.311

0.323

缬氨酸(Val)

0.197

0.207

0.216

蛋氨酸(Met)

0.095

0.085

0.089

异亮氨酸(Ile)

0.144

0.151

0.156

亮氨酸(Leu)

0.375

0.386

0.409

酪氨酸(Tyr)

0.197

0.204

0.217

苯丙氨酸(Phe)

0.243

0.251

0.262

赖氨酸(Lys)

0.21

0.207

0.213

组氨酸(His)

0.196

0.202

0.212

精氨酸(Arg)

0.407

0.421

0.433

脯氨酸(Pro)

0.315

0.326

0.343

总氨基酸(Total)

4.74

4.87

5.1

从表1可以看出,施含硅复混肥比施普通肥每亩可以增产约10%,从表2可以看出,使用含硅复混肥后,稻米的蛋白质含量和氨基酸含量比普通肥有明显提高,稻米品质提高明显。

应用案例2:重金属污染酸性土壤中小青菜种植试验(图4,自左向右根据土壤重量添加含硅肥料),使用含硅肥料后,小青菜的长势明显好转。小青菜的产量及重金属含量检测数据见表3和表4。

图4 硅肥降低重金属含量

表3 不同施肥处理下青菜植株鲜重

施肥处理

产量(植株鲜重)(g)

 

1

2

3

4

5

处理总重

CK

15.4

22.8

8.9

11.4

4.6

63.1

0.2%

13.9

26.2

32.9

16.8

28.5

118.3

0.4%

30.5

17.9

38.5

27.2

34.7

148.8

表4 不同施肥处理下青菜重金属的含量

施肥

处理

重金属含量(mg/kg)

 

Pb

降低率(%)

Cd

降低率(%)

Cr

降低率(%)

Hg

As

降低率(%)

CK

15.5

-

11.11

-

10.12

-

--

35.55

-

0.2%

14.74

4.9

10.37

6.7

8.79

13.1

--

35.02

1.5

0.4%

9.69

37.5

9.52

14.3

7.76

23.3

--

33.96

4.5

从表3可以看出,施用含硅肥料可有效提高青菜产量,且随着施肥量增大,产量也相对提高。从表4可以看出,施用硅肥可以降低重金属污染土壤栽培青菜的主要重金属的含量,且随着施肥量增大,重金属含量降低更多。

应用案例3:盐碱地小麦种植中施用含硅肥料产品,小麦长势显著好于未施用的(图5,图中左为使用含硅肥料产品,右为未使用)。

图5 硅肥在盐碱地小麦上的应用

5.前进展望

多年来,掠夺式的农业生产过程中使用了大量的化肥和农药,土壤质量不断下降,酸化板结、盐渍化、重金属污染等多种土壤问题爆发,土壤的治理已到了刻不容缓的地步。《到2020年化肥使用量零增长行动方案》等政策的出台和落实,表明我国政府已经开始行动,正在积极推动农业土壤质量提升工程,与此同时,普通百姓对于土壤质量提升必要性的认识不断提升,具有提供植物营养和改良土壤质量功效的硅肥类产品,必将在在农业生产和土壤改良中获得越来越多的关注,并发挥越来越重要的作用。专家预言,如果按照日本的土壤质量标准,我国硅肥产品年需求量应当在3500万吨以上。

以安全性高、有效性高的钢铁工业副产物为原料加工的硅肥产品,用于农业生产和土壤改良,实现了资源再生利用,降低能耗和污染,如能得到大范围推广应用,既能为钢铁工业副产物减量化和资源化利用找到新途径,也能突破工农业间和行业-社会间的工业生态链接,大规模的提升土壤质量,具有良好的社会效益和经济效益。

【责任编辑:李凡】

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