粉煤灰用做复合肥的可行性研究

姚远 李灿 邓鑫 齐立强

摘要[目的]探明粉煤灰用做复合肥的可行性以发展和生产粉煤灰复合肥，减轻粉煤灰堆积带来的环境压力。[方法]对4个电厂的粉煤灰和保定市北部农耕黄潮土分别进行容重、比重、孔隙度、导热率、比表面积5种物理性质和XRF测定。[结果]粉煤灰可以改善黄潮土的物理性能且两者化学组成较为相似，部分对农作物有益的微量元素Cu、Zn、S等含量粉煤灰甚至高于黄潮土，有做化肥的条件和潜质。同时，对粉煤灰中5种有毒重金属As、Cr、Cd、Pb、Hg进行浸出试验，结合粉煤灰复合肥制作方式和实际施用情况，得出粉煤灰用做复合肥几乎不会对土壤重金属含量产生影响。[结论]粉煤灰具有做复合肥的可行性。

关键词粉煤灰;物理性质;XRF;重金属;浸出试验

中图分类号S143文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）01-0074-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.023

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

粉煤灰作为火力发电的副产物，是一种丰富的潜在资源。我国从20世纪60年代开始对粉煤灰的应用进行研究，至今已在建筑材料和建筑工程上得到了广泛应用，但目前粉煤灰利用率仍为67%左右，远不及欧盟的90%以上[1-3]。要进一步提高粉煤灰的利用率，减轻堆积污染，还需加大在其他领域的研究与应用。

利用粉煤灰生产复合肥是一项既符合我国国情又能创造较高经济效益的技术。研究表明，粉煤灰可以有效促进大部分农作物的生长并提高产量[4-6]，Mittra等[7]研究表明，粉煤灰用于復合肥可以节约原料和提高肥效。但也有部分研究表明，粉煤灰的微量营养元素含量并不高，没有作为复合肥价值[8-11]。此外还有大量研究表明，粉煤灰所含的As、Hg等重金属元素可能会对土壤及农作物产生积累造成中毒，不适合长期施用[12-15]。研究结果的不统一，是制约粉煤灰复合肥发展的重要原因之一。

笔者对粉煤灰的物理性质、化学组分及重金属污染3个方面进行研究，并用保定市北部农耕黄潮土对比，研究粉煤灰用做复合肥的可行性，旨在为粉煤灰复合肥的发展和应用提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

分别选取保定热电厂、邹城电厂、六安电厂、章丘电厂的粉煤灰及保定北部农耕黄潮土作为试验原料。取4种粉煤灰样品各100g，于105℃烘干2h去除水分，计算含水率，之后用球磨机把所有待试验样品粒径磨0.08mm以下，使其具有良好强度和活性。

1.2物理性质及XRF测定

对粉煤灰和土壤的容重、比重、导热率、比表面积及XRF进行测定，具体测定方法：容重采用环刀法测定;比重采用比重瓶法测定;导热性采用热脉冲法测定;比表面积采用ST-03型比表面分析仪测定;XRF采用日本理学ZSXPrimus2测定。

1.3浸出试验

为了能尽可能多地浸出重金属以探究粉煤灰对土壤环境的影响，以中华人民共和国环境保护部颁布的《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》为标准，同时参考李凤彩[16]的研究结果，确定如下试验方法：分别取粉煤灰样品各100g，根据预处理时测得的含水率，计算粉煤灰固体质量，以固液比1∶10放入提取瓶中。浸取剂使用去离子水，pH5.8～6.3，试验过程中不再调节pH。调节振荡频率为110次/min，振幅40mm，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16h。取上清液经0.45μm滤膜过滤后，测定试样中各项重金属浸出量。每种粉煤灰做2组平行试验进行比较。

As与Hg浸出液采用原子荧光光度计测定，设备为AFS-820双道原子荧光光度计;Cr，Pb与Cd浸出液采用分光光度计测定，设备为T6新世纪。

2结果与分析

2.1粉煤灰与黄潮土物理性质和XRF测定结果

土壤的容重、比重和孔隙度决定了土壤的导水性、保水性、透气性等性质，导热性决定了土壤的温度状况，比表面积决定了土壤养分的吸附状况。这些参数均与农作物生长密切相关，同时也是评价土壤质量的重要指标，对4种粉煤灰和黄潮土进行4种属性的测定，并计算孔隙率，结果见表1。由表1可知，粉煤灰相较于黄潮土，容重低，比重接近，孔隙度高，导热率低。施入土壤后可以有效降低土壤容重（适宜农作物的容重为1.14～1.26g/cm3）;增加孔隙度使其达到适宜农作物的孔隙度（适宜农作物的孔隙度为50%～60%）;提高土壤的保水性。

粉煤灰的化学组成和微量元素含量是衡量其是否能做化肥的重要指标，因此对4个电厂粉煤灰与黄潮土进行XRF测定，结果见表2、3。由表2可知，测定的7种主要氧化物均占粉煤灰及黄潮土总组分的90%以上，且每一个组分所占比例粉煤灰与黄潮土差距不大，说明二者的化学成分基本相似。

从表3可以看出，所测得的5种对农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黄潮土。

这表明粉煤灰与黄潮土化学组分相似，物理性能优良，粉煤灰中对农作物有益的微量元素含量高，具有做化肥的潜质。

2.2浸出试验结果

由于实际生活中粉煤灰复合肥中的各类物质主要通过液体浸出进入土壤，因此选择浸出试验并计算浸出率，研究粉煤灰复合肥在土壤中可能的污染情况。结果见表4。

选取40%粉煤灰添加量探究其最大影响值。以土地平均施复合肥1500kg/hm2为研究标准，则施用的粉煤灰占40%为600kg。根据表4试验结果，以浸出最多的数据作为研究对象来探究最大浸出影响，得到As、Cr、Cd、Pb、Hg的浸出液浓度为0.33、0.14、0.0006、0.064、0.0014mg/L，根据表5数据

计算出As、Cr、Cd、Pb、Hg对应的浸出率为12.38%、1.98%、0.88%、0.69%、5.38%，由此可知，600kg粉煤灰As、Cr、Cd、Pb、Hg分别浸出1978.8、838.8、3.6、385.35、8.4mg进入土壤。1hm2农耕土地20cm耕层土壤重量约2250000kg，由于施肥后会有不断地犁地和翻种过程，600kg粉煤灰重金属平均进入225000kg土壤中，则1kg土壤中As、Cr、Cd、Pb、Hg增加量为8.79×10-4、3.73×10-4、1.60×10-6、1.71×10-4、3.73×10-6mg。通过XRF测得黄潮土As、Cr、Cd、Pb、Hg的背景值为6.620、27.350、0.117、27.820、0.087mg/kg，两者相加总和对比土壤环境质量国家二级标准规定数值As≤20mg/kg，Cr≤300mg/kg，Cd≤0.6mg/kg，Pb≤350mg/kg，Hg≤1mg/kg看，这些增加微乎其微，几乎不会对土壤重金属含量产生影响。

3结论与讨论

为了探究粉煤灰用于制作复合肥的可行性，对4个电厂粉煤灰和保定市北部农耕黄潮土进行容重、比重、孔隙度、导热性、比表面积这5种物理性质的测定，结果表明，粉煤灰相较于黄潮土，容重低，比重接近，孔隙度高，导热率低。施入土壤后可以有效降低土壤容重（适宜农作物的容重为1.14～1.26g/cm3）;增加孔隙度使其达到适宜农作物的孔隙度（适宜农作物的孔隙度为50%～60%）;提高土壤的保水性，因为增加土壤湿度能提高土壤导热性，湿润的表土层因导热性强，白天吸收的热量易于传导至下层，使表层温度不易升高，夜晚下层温度又向上层传递以补充上层热量的散失，使表层温度下降也不致过低，使土壤昼夜温差较小。因而冬季麦田干旱时浇水防冻、早春灌水防霜冻。粉煤灰施入土壤后可使水、肥、气、热均适于农作物生存。同时，较大的比表面积，可以更好地附着一些养分离子和气体，增强土壤的养分环境，更适于农作物的生长。

对粉煤灰和黄潮土进行XRF的检测，结果发现，SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、P2O57种氧化物占粉煤灰及黄潮土总组分的90%以上，且每一个组分所占比列粉煤灰与黄潮土差距不大，说明这2种物质的化学组成基本相似。同时，XRF的单元素检测结果显示，粉煤灰对农作物有益的微量元素Mn、Cu、Zn、S、Ni最低测得值为0.469%、0.063%、0.089%、0.097%、0.069%，均高于黄潮土的0.424%、0.044%、0.061%、0.086%、0.049%，施于土壤可以增加土壤肥力。对4种粉煤灰进行浸出试验，并计算各自的浸出率，最终得出粉煤灰复合肥施用于农田后土壤重金属增加情况，表明粉煤灰复合肥几乎不会对土壤重金属含量产生影响。综上所述，粉煤灰复合肥的应用是可行的。

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