利用黄磷渣改性制备云贵川地区水稻专用肥

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0593

摘要/Abstract

摘要：

黄磷渣是电炉法生产黄磷产生的副产物，年排放量达到数百万吨，主要成分为氧化钙和二氧化硅。针对黄磷渣堆存量大、利用价值低等问题，通过在源头添加作物所需的营养元素助剂，在保证黄磷生产磷高效逸出的同时，实现炉渣中硅、钙的协同活化，进一步生产水稻专用肥，实现黄磷渣的高值化利用。改性黄磷渣的元素分析、X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）表征结果表明：添加作物所需营养元素助剂的黄磷在1 450 ℃熔融60 min，磷逸出率达到95.56%，黄磷渣中有效二氧化硅质量分数为36.45%、有效氧化钙质量分数为47.46%，渣系呈良好的玻璃相结构，有利于释放活性营养元素，且源头添加的微量元素助剂保留在渣相中。根据云贵川水稻营养需肥规律及大中微量元素的协同增效配伍作用，以改性黄磷渣为主要中量元素原料，设计了水稻专用肥16N-10P₂O₅-14K₂O+7SiO₂+10CaO+0.45Zn产品。水稻专用肥元素分析结果表明：氮有效性为99%、五氧化二磷有效性为98.81%、氧化钾有效性为99.15%、二氧化硅有效性为93.88%、氧化钙有效性为88.53%、锌有效性为97.78%。

关键词: 改性, 黄磷渣, 水稻专用肥, 助剂

Abstract:

Yellow phosphorus slag is a by-product of yellow phosphorus production by electric furnace，and its annual emissions is amount to millions of tons.Its main components are CaO and SiO₂.Aiming at the problems of large stock of yellow phosphorus slag and low current utilization value，nutrient element auxiliaries needed by crops were added at the source to ensure efficient escape of yellow phosphorus production and realize cooperative activation of silicon and calcium in furnace slag，so as to further produce special fertilizer for rice and realize high value utilization of yellow phosphorus slag.The elemental analysis，X-ray diffraction（XRD） and scanning electron microscopy（SEM） of modified yellow phosphorus slag showed that the yellow phosphorus added with the nutrient additives needed by crops was melted at 1 450 ℃ for 60 min，and the phosphorus escape rate reached 95.56%.The effective SiO₂ content in the yellow phosphorus slag was 36.45%，and the effective CaO content was 47.46%.The slag system showed good glass phase structure，which was conducive to release active nutrients，and remain the trace element additives added from the source in the slag phase.According to the rule of nutrient fertilizer requirement of rice in Yunnan，Guizhou，Sichuan and the synergistic synergism and compatibility of large，medium and trace elements，a special rice fertilizer product 16N-10P₂O₅-14K₂O+7SiO₂+10CaO+0.45Zn was designed with modified yellow phosphorus residue as the main medium element raw materials.The results of element analysis showed that the effectiveness of N，P₂O₅，K₂O，SiO₂，CaO and Zn was 99%，98.81%，99.15%，93.88%，88.53% and 97.78%，respectively.

Key words: modification, yellow phosphorus slag, rice special fertilizer, auxiliary

中图分类号:

TD985

王杰,谷守玉,侯翠红,侯黎爽,刘玉琼,王孟来,杜雄雁,姜威,刘祖锋. 利用黄磷渣改性制备云贵川地区水稻专用肥[J]. 无机盐工业, 2022, 54(12): 79-86.

WANG Jie,GU Shouyu,HOU Cuihong,HOU Lishuang,LIU Yuqiong,WANG Menglai,DU Xiongyan,JIANG Wei,LIU Zufeng. Preparation of rice special fertilizer in Yunnan，Guizhou，Sichuan area by modification of yellow phosphorus residue[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2022, 54(12): 79-86.

图/表 14

表1

表2

图1

表3

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表4

图8

图9

图10

参考文献 21

1	包明, 吴雄, 杨文, 等. 黄磷渣改性对水泥复合胶凝材料性能的影响[J]. 矿产综合利用, 2019(4)：122-125, 97.
	BAO Ming, WU Xiong, YANG Wen, et al. Influence of the modification phosphorus slag on the properties of cement composite cementitious materials[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2019(4)：122-125, 97.
2	何镐东, 杨林, 曹建新. 黄磷渣与硫酸钠-氯化钠制备高温复合相变储能材料[J]. 无机盐工业, 2022.Doi：10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0140 .
	HE Haodong, YANG Lin, CAO Jianxin. Preparation of high temperature composite phase change energy storage materials with yellow phosphorus slag and Na₂SO₄-NaCl[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2022.Doi：10.19964/j.issn.1006-4990.2022-0140 .
3	刘秀状, 黄小凤, 马丽萍, 等. 自然冷却黄磷炉渣与脱硫石膏协同制备微晶玻璃[J]. 材料科学与工程学报, 2021, 39(1)：101-105.
	LIU Xiuzhuang, HUANG Xiaofeng, MA Liping, et al. Synergistic preparation of glass-ceramics with natural cooling yellow phosphorus slag and desulfurized gypsum[J]. Journal of Materials Science and Engineering, 2021, 39(1)：101-105.
4	连水瑕, 高新梅, 温振宇, 等. 富含SiO₂工业固体废弃物制备白炭黑研究进展[J]. 化工环保, 2021, 41(4)：401-409.
	LIAN Shuixia, GAO Xinmei, WEN Zhenyu, et al. Research progresses in preparation of white carbon black from SiO₂-rich industrial solid wastes[J]. Environmental Protection of Chemical Industry, 2021, 41(4)：401-409.
5	蒋明, 王重华, 黄小凤, 等. 黄磷炉渣热态成型资源化过程的二次污染预测[J]. 中南大学学报：自然科学版, 2016, 47(3)：1078-1084.
	JIANG Ming, WANG Zhonghua, HUANG Xiaofeng, et al. Secondary pollution prediction of recycling process of yellow phosphorus slag by moulding under thermal state[J]. Journal of Central South University：Science and Technology, 2016, 47(3)：1078-1084.
6	黄英姿, 郑志龙, 黄凯, 等. 优质高掺量黄磷渣水泥制备技术研究[J]. 水泥工程, 2019(1)：18-20, 49.
	HUANG Yingzi, ZHENG Zhilong, HUANG Kai, et al. Study on preparation technology of high quality and high volume yellow phosphorus slag cement[J]. Cement Engineering, 2019(1)：18-20, 49.
7	林升鉴, 饶峰, 郑艳金, 等. 磷尾矿、磷石膏和黄磷渣的地质聚合反应资源化利用研究进展[J]. 矿产保护与利用, 2021, 41(4)：150-156.
	LIN Shengjian, RAO Feng, ZHENG Yanjin, et al. Research progress on resource utilization of phosphorus tailings，phosphogypsum and yellow phosphorous slag by geological polymerization[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2021, 41(4)：150-156.
8	张儒学, 李树建, 王孟来, 等. 黄磷渣粉替代矿渣微粉生产高性能胶固料可行性试验[J]. 化工矿物与加工, 2022, 51(6)：49-53.
	ZHANG Ruxue, LI Shujian, WANG Menglai, et al. Study on practicability of high performance cement prepared with yellow phosphorus slag powder to replace ground granulated blast furnace slag[J]. Industrial Minerals ＆ Processing, 2022, 51(6)：49-53.
9	侯黎爽, 谷守玉, 侯翠红, 等. 利用黄磷渣生产硅钙水稻专用肥的研究[C]//中国化学会第一届农业化学学术讨论会论文集.北京：中国化学会, 2019： 37-37.
10	苏庆旺, 苍柏峰, 白晨阳, 等. 施硅量对旱作水稻产量和干物质积累的影响[J]. 中国水稻科学, 2022, 36(1)：87-95.
	SU Qingwang, CANG Baifeng, BAI Chenyang, et al. Effect of silicon application rate on yield and dry matter accumulation of rice under dry cultivation[J]. Chinese Journal of Rice Science, 2022, 36(1)：87-95.
11	王厚胜, 王吉春, 李才库, 等. 硅钙肥对水稻生育性状及产量的影响[J]. 吉林农业科学, 2007, 32(3)：35-36, 47.
	WANG Housheng, WANG Jichun, LI Caiku, et al. Effect of silicon-calcium fertilizer on growing characters and yield of rice[J]. Journal of Jilin Agricultural Sciences, 2007, 32(3)：35-36, 47.
12	师雁, 刘红盼, 尚志标. 基于文献计量分析磷渣资源化的研究动态[J]. 化学工程师, 2017, 31(1)：49-56.
	SHI Yan, LIU Hongpan, SHANG Zhibiao. Research trends analysis of utilization of phosphorus slag based on the literature metrology[J]. Chemical Engineer, 2017, 31(1)：49-56.
13	李进前, 李有清, 杨立年, 等. 硼肥对水稻生长和产量的影响[J]. 中国稻米, 2018, 24(3)：108-110.
	LI Jinqian, LI Youqing, YANG Linian, et al. Effects of boron fertilizer on growth and yield of rice[J]. China Rice, 2018, 24(3)：108-110.
14	张亚丽, 侯翠红, 籍婷婷, 等. 热法制备含磷钾中微量元素肥料的实验研究[J]. 矿产综合利用, 2021(2)：185-191.
	ZHANG Yali, HOU Cuihong, JI Tingting, et al. Experimental study on thermal process of preparing phosphorus potassium fertilizers containing medium and trace elements[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2021(2)：185-191.
15	王家宝, 程燚, 胡荣根, 等. 安徽省水稻施肥现状及技术需求[J]. 中国土壤与肥料, 2021(4)：162-171.
	WANG Jiabao, CHENG Yi, HU Ronggen, et al. Current situation and technical demand of rice fertilization in anhui province[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2021(4)：162-171.
16	李建平, 王佳佳, 李俊杰. “后疫情时代”我国水稻产业发展的思考[J]. 中国农业资源与区划, 2021, 42(6)：1-5.
	LI Jianping, WANG Jiajia, LI Junjie. Thinking on the development of China's rice industry in post the covid-19 pandemicera[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2021, 42(6)：1-5.
17	车升国. 区域作物专用复合（混）肥料配方制定方法与应用[D].北京：中国农业大学, 2015.
	CHE Shengguo. Design method and application of formula of regional crop-based compound fertilizer[D].Beijing：China Agricultural University, 2015.
18	李洪文, 苏正飙, 李春莲, 等. 云南紫泥田水稻测土配方施肥试验初报[J]. 中国农学通报, 2014, 30(15)：17-23.
	LI Hongwen, SU Zhengbiao, LI Chunlian, et al. Study on formula application by soil testing of rice in purple paddy field in Yunnan[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2014, 30(15)：17-23.
19	朱基琛, 侯翠红, 杜瑞敏, 等. 作物专用高效复混肥中微量元素锌的有效性研究[J]. 化工矿物与加工, 2019, 48(2)：45-48.
	ZHU Jichen, HOU Cuihong, DU Ruimin, et al. Study on availability of trace element zinc in special high efficiency compound fertilizer for crops[J]. Industrial Minerals ＆ Processing, 2019, 48(2)：45-48.
20	井红权. 磷矿熔融还原过程磷逸出强化与营养元素活化机制研究[D].河南：郑州大学, 2021.
	JING Hongquan. Study on the mechanism of phosphorus emission enhancing and activation of micronutrients in the carbothermic reduction of phosphate ore[D].Henan： Zhengzhou University, 2021.
21	宋蝶, 陈新兵, 董洋阳, 等. 养分专家系统推荐施肥对苏北地区水稻产量和肥料利用率的影响[J]. 中国生态农业学报（中英文）, 2020, 28(1)：68-75.
	SONG Die, CHEN Xinbing, DONG Yangyang, et al. Effect of nutrient expert recommendation fertilization on rice yield and fertilizer use in northern Jiangsu Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(1)：68-75.

原料	主要成分质量分数/%
原料	SiO₂	CaO	Al₂O₃	P₂O₅	MgO	Fe₂O₃	K₂O	Na₂O	其他
磷矿	21.23	39.11	1.88	25.89	1.57	1.24	0.47	0.17	8.44
硅石	87.30	2.22	3.35	1.60	0.36	0.93	0.60	0.21	3.43

原料	工业分析各成分质量分数/%					元素分析各成分质量分数/%
原料	水分	灰分	挥发分	固定碳		SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	TiO₂	其他
焦炭	1.79	28.96	6.77	62.48		37.27	26.64	20.07	6.09	5.19	0.33	4.41

原料	质量/g	原料	质量/g
尿素	280	黄磷渣	165
脲醛	40	FMP	50
磷酸一铵	160	焦磷酸锌	20
氯化钾	235	黏结剂（H₃PO₄）	50

项目	重金属质量分数/（mg·kg^-1）
项目	铬	镉	铅	汞	砷	铊
改性黄磷渣	14.55	0.26	2.5	0.92	19.85	1.56
肥料中限量	500	10	200	5	50	2.5

[1]	张岩岩, 李东红, 刘永鹤, 张阳, 康乐, 王毅. 填料氧化铝的表面处理研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 77-82.
[2]	田朋, 张浩然, 徐金钢, 牟晨曦, 徐前进, 宁桂玲. 氧化铝溶胶改性锂离子电池正负极材料的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 44-53.
[3]	李雪连, 唐梓涵, 许杰, 李雄. 硫酸钙晶须/SBS复合改性沥青性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(9): 82-89.
[4]	宋国良, 穆展鹏, 杨霞霞, 李子涵, 朱金剑, 张景成, 杨文汝, 马文琪. 镁改性对Ni-Mo/Al₂O₃体系催化剂烯烃选择性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 150-156.
[5]	苏宝才, 张勤, 谢元健, 蔡平雄, 潘远凤. 磷酸铁锰锂材料的合成方法及结构改性的研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 28-36.
[6]	赵鸣芝, 段宏昌, 孙雪芹, 吕鹏刚, 李雪礼, 刘涛, 曹庚振. 水热老化对增产丙烯助剂性能影响的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(7): 55-60.
[7]	屠艳平, 白登显, 程书凯, 谢俊杰, 黄志良, 陈国夫. 矿粉和生石灰高温改性对磷石膏水泥基材料性能影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(6): 94-101.
[8]	朱金剑, 杨霞霞, 穆展鹏, 宋国良, 李子涵, 刘伟, 许岩, 张景成. 不同助剂对Ni/Al₂O₃催化顺酐液相加氢选择性的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 143-150.
[9]	杨恩, 申红艳, 刘有智. 硅聚醚原位改性超细氢氧化镁的制备[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 42-49.
[10]	陈凤, 冯康, 李铭, 沈豪杰, 田承涛, 唐远, 李智力, 何东升. 有机改性硫酸钙晶须在沥青改性中的应用[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 125-130.
[11]	李巧云, 黄修行, 韦文业, 陈振. 活性炭协同酸/碱改性粉煤灰对亚甲基蓝的吸附研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 131-136.
[12]	任启霞, 杨坤, 刘飞, 姚梦琴, 曹建新. 助剂对ZnO/ZrO₂物化性质及催化性能的影响[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 144-154.
[13]	许有, 马路祥, 海春喜, 董生德, 许琪, 贺欣, 潘稳丞, 高亚文, 谌炬, 孙艳霞, 周园. 钠离子电池煤基硬碳负极材料的研究进展及产业化挑战[J]. 无机盐工业, 2024, 56(11): 30-38.
[14]	金声势, 刘凯杰, 刘秋文, 张一波, 杨向光. 磷酸改性CeO₂纳米棒负载Pt催化剂催化丙烷燃烧性能的研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(1): 141-148.
[15]	李阳, 臧毅华, 袁标, 盛春光. 抗污染陶瓷膜改性及其在处理含油污水中的应用[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 33-42.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会