姚遠(yuǎn) 李燦 鄧鑫 齊立強(qiáng)

摘要[目的]探明粉煤灰用做復(fù)合肥的可行性以發(fā)展和生產(chǎn)粉煤灰復(fù)合肥，減輕粉煤灰堆積帶來(lái)的環(huán)境壓力。[方法]對(duì)4個(gè)電廠的粉煤灰和保定市北部農(nóng)耕黃潮土分別進(jìn)行容重、比重、孔隙度、導(dǎo)熱率、比表面積5種物理性質(zhì)和XRF測(cè)定。[結(jié)果]粉煤灰可以改善黃潮土的物理性能且兩者化學(xué)組成較為相似，部分對(duì)農(nóng)作物有益的微量元素Cu、Zn、S等含量粉煤灰甚至高于黃潮土，有做化肥的條件和潛質(zhì)。同時(shí)，對(duì)粉煤灰中5種有毒重金屬As、Cr、Cd、Pb、Hg進(jìn)行浸出試驗(yàn)，結(jié)合粉煤灰復(fù)合肥制作方式和實(shí)際施用情況，得出粉煤灰用做復(fù)合肥幾乎不會(huì)對(duì)土壤重金屬含量產(chǎn)生影響。[結(jié)論]粉煤灰具有做復(fù)合肥的可行性。

關(guān)鍵詞粉煤灰;物理性質(zhì);XRF;重金屬;浸出試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)S143文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2019）01-0074-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.023

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

粉煤灰作為火力發(fā)電的副產(chǎn)物，是一種豐富的潛在資源。我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)粉煤灰的應(yīng)用進(jìn)行研究，至今已在建筑材料和建筑工程上得到了廣泛應(yīng)用，但目前粉煤灰利用率仍為67%左右，遠(yuǎn)不及歐盟的90%以上[1-3]。要進(jìn)一步提高粉煤灰的利用率，減輕堆積污染，還需加大在其他領(lǐng)域的研究與應(yīng)用。

利用粉煤灰生產(chǎn)復(fù)合肥是一項(xiàng)既符合我國(guó)國(guó)情又能創(chuàng)造較高經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)。研究表明，粉煤灰可以有效促進(jìn)大部分農(nóng)作物的生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量[4-6]，Mittra等[7]研究表明，粉煤灰用于復(fù)合肥可以節(jié)約原料和提高肥效。但也有部分研究表明，粉煤灰的微量營(yíng)養(yǎng)元素含量并不高，沒(méi)有作為復(fù)合肥價(jià)值[8-11]。此外還有大量研究表明，粉煤灰所含的As、Hg等重金屬元素可能會(huì)對(duì)土壤及農(nóng)作物產(chǎn)生積累造成中毒，不適合長(zhǎng)期施用[12-15]。研究結(jié)果的不統(tǒng)一，是制約粉煤灰復(fù)合肥發(fā)展的重要原因之一。

筆者對(duì)粉煤灰的物理性質(zhì)、化學(xué)組分及重金屬污染3個(gè)方面進(jìn)行研究，并用保定市北部農(nóng)耕黃潮土對(duì)比，研究粉煤灰用做復(fù)合肥的可行性，旨在為粉煤灰復(fù)合肥的發(fā)展和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

分別選取保定熱電廠、鄒城電廠、六安電廠、章丘電廠的粉煤灰及保定北部農(nóng)耕黃潮土作為試驗(yàn)原料。取4種粉煤灰樣品各100g，于105℃烘干2h去除水分，計(jì)算含水率，之后用球磨機(jī)把所有待試驗(yàn)樣品粒徑磨0.08mm以下，使其具有良好強(qiáng)度和活性。

1.2物理性質(zhì)及XRF測(cè)定

對(duì)粉煤灰和土壤的容重、比重、導(dǎo)熱率、比表面積及XRF進(jìn)行測(cè)定，具體測(cè)定方法：容重采用環(huán)刀法測(cè)定;比重采用比重瓶法測(cè)定;導(dǎo)熱性采用熱脈沖法測(cè)定;比表面積采用ST-03型比表面分析儀測(cè)定;XRF采用日本理學(xué)ZSXPrimus2測(cè)定。

1.3浸出試驗(yàn)

為了能盡可能多地浸出重金屬以探究粉煤灰對(duì)土壤環(huán)境的影響，以中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部頒布的《固體廢物浸出毒性浸出方法-水平振蕩法》為標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)參考李鳳彩[16]的研究結(jié)果，確定如下試驗(yàn)方法：分別取粉煤灰樣品各100g，根據(jù)預(yù)處理時(shí)測(cè)得的含水率，計(jì)算粉煤灰固體質(zhì)量，以固液比1∶10放入提取瓶中。浸取劑使用去離子水，pH5.8～6.3，試驗(yàn)過(guò)程中不再調(diào)節(jié)pH。調(diào)節(jié)振蕩頻率為110次/min，振幅40mm，在室溫下振蕩8h后取下提取瓶，靜置16h。取上清液經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后，測(cè)定試樣中各項(xiàng)重金屬浸出量。每種粉煤灰做2組平行試驗(yàn)進(jìn)行比較。

As與Hg浸出液采用原子熒光光度計(jì)測(cè)定，設(shè)備為AFS-820雙道原子熒光光度計(jì);Cr，Pb與Cd浸出液采用分光光度計(jì)測(cè)定，設(shè)備為T(mén)6新世紀(jì)。

2結(jié)果與分析

2.1粉煤灰與黃潮土物理性質(zhì)和XRF測(cè)定結(jié)果

土壤的容重、比重和孔隙度決定了土壤的導(dǎo)水性、保水性、透氣性等性質(zhì)，導(dǎo)熱性決定了土壤的溫度狀況，比表面積決定了土壤養(yǎng)分的吸附狀況。這些參數(shù)均與農(nóng)作物生長(zhǎng)密切相關(guān)，同時(shí)也是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)4種粉煤灰和黃潮土進(jìn)行4種屬性的測(cè)定，并計(jì)算孔隙率，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，粉煤灰相較于黃潮土，容重低，比重接近，孔隙度高，導(dǎo)熱率低。施入土壤后可以有效降低土壤容重（適宜農(nóng)作物的容重為1.14～1.26g/cm3）;增加孔隙度使其達(dá)到適宜農(nóng)作物的孔隙度（適宜農(nóng)作物的孔隙度為50%～60%）;提高土壤的保水性。

粉煤灰的化學(xué)組成和微量元素含量是衡量其是否能做化肥的重要指標(biāo)，因此對(duì)4個(gè)電廠粉煤灰與黃潮土進(jìn)行XRF測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2、3。由表2可知，測(cè)定的7種主要氧化物均占粉煤灰及黃潮土總組分的90%以上，且每一個(gè)組分所占比例粉煤灰與黃潮土差距不大，說(shuō)明二者的化學(xué)成分基本相似。

從表3可以看出，所測(cè)得的5種對(duì)農(nóng)作物有益的微量元素，除Mn含量稍低外，其余元素粉煤灰的含量均高于黃潮土。

這表明粉煤灰與黃潮土化學(xué)組分相似，物理性能優(yōu)良，粉煤灰中對(duì)農(nóng)作物有益的微量元素含量高，具有做化肥的潛質(zhì)。

2.2浸出試驗(yàn)結(jié)果

由于實(shí)際生活中粉煤灰復(fù)合肥中的各類(lèi)物質(zhì)主要通過(guò)液體浸出進(jìn)入土壤，因此選擇浸出試驗(yàn)并計(jì)算浸出率，研究粉煤灰復(fù)合肥在土壤中可能的污染情況。結(jié)果見(jiàn)表4。

選取40%粉煤灰添加量探究其最大影響值。以土地平均施復(fù)合肥1500kg/hm2為研究標(biāo)準(zhǔn)，則施用的粉煤灰占40%為600kg。根據(jù)表4試驗(yàn)結(jié)果，以浸出最多的數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象來(lái)探究最大浸出影響，得到As、Cr、Cd、Pb、Hg的浸出液濃度為0.33、0.14、0.0006、0.064、0.0014mg/L，根據(jù)表5數(shù)據(jù)

計(jì)算出As、Cr、Cd、Pb、Hg對(duì)應(yīng)的浸出率為12.38%、1.98%、0.88%、0.69%、5.38%，由此可知，600kg粉煤灰As、Cr、Cd、Pb、Hg分別浸出1978.8、838.8、3.6、385.35、8.4mg進(jìn)入土壤。1hm2農(nóng)耕土地20cm耕層土壤重量約2250000kg，由于施肥后會(huì)有不斷地犁地和翻種過(guò)程，600kg粉煤灰重金屬平均進(jìn)入225000kg土壤中，則1kg土壤中As、Cr、Cd、Pb、Hg增加量為8.79×10-4、3.73×10-4、1.60×10-6、1.71×10-4、3.73×10-6mg。通過(guò)XRF測(cè)得黃潮土As、Cr、Cd、Pb、Hg的背景值為6.620、27.350、0.117、27.820、0.087mg/kg，兩者相加總和對(duì)比土壤環(huán)境質(zhì)量國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)值A(chǔ)s≤20mg/kg，Cr≤300mg/kg，Cd≤0.6mg/kg，Pb≤350mg/kg，Hg≤1mg/kg看，這些增加微乎其微，幾乎不會(huì)對(duì)土壤重金屬含量產(chǎn)生影響。

3結(jié)論與討論

為了探究粉煤灰用于制作復(fù)合肥的可行性，對(duì)4個(gè)電廠粉煤灰和保定市北部農(nóng)耕黃潮土進(jìn)行容重、比重、孔隙度、導(dǎo)熱性、比表面積這5種物理性質(zhì)的測(cè)定，結(jié)果表明，粉煤灰相較于黃潮土，容重低，比重接近，孔隙度高，導(dǎo)熱率低。施入土壤后可以有效降低土壤容重（適宜農(nóng)作物的容重為1.14～1.26g/cm3）;增加孔隙度使其達(dá)到適宜農(nóng)作物的孔隙度（適宜農(nóng)作物的孔隙度為50%～60%）;提高土壤的保水性，因?yàn)樵黾油寥罎穸饶芴岣咄寥缹?dǎo)熱性，濕潤(rùn)的表土層因?qū)嵝詮?qiáng)，白天吸收的熱量易于傳導(dǎo)至下層，使表層溫度不易升高，夜晚下層溫度又向上層傳遞以補(bǔ)充上層熱量的散失，使表層溫度下降也不致過(guò)低，使土壤晝夜溫差較小。因而冬季麥田干旱時(shí)澆水防凍、早春灌水防霜凍。粉煤灰施入土壤后可使水、肥、氣、熱均適于農(nóng)作物生存。同時(shí)，較大的比表面積，可以更好地附著一些養(yǎng)分離子和氣體，增強(qiáng)土壤的養(yǎng)分環(huán)境，更適于農(nóng)作物的生長(zhǎng)。

對(duì)粉煤灰和黃潮土進(jìn)行XRF的檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、P2O57種氧化物占粉煤灰及黃潮土總組分的90%以上，且每一個(gè)組分所占比列粉煤灰與黃潮土差距不大，說(shuō)明這2種物質(zhì)的化學(xué)組成基本相似。同時(shí)，XRF的單元素檢測(cè)結(jié)果顯示，粉煤灰對(duì)農(nóng)作物有益的微量元素Mn、Cu、Zn、S、Ni最低測(cè)得值為0.469%、0.063%、0.089%、0.097%、0.069%，均高于黃潮土的0.424%、0.044%、0.061%、0.086%、0.049%，施于土壤可以增加土壤肥力。對(duì)4種粉煤灰進(jìn)行浸出試驗(yàn)，并計(jì)算各自的浸出率，最終得出粉煤灰復(fù)合肥施用于農(nóng)田后土壤重金屬增加情況，表明粉煤灰復(fù)合肥幾乎不會(huì)對(duì)土壤重金屬含量產(chǎn)生影響。綜上所述，粉煤灰復(fù)合肥的應(yīng)用是可行的。

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