[发明专利]一种同时具有土壤修复和植物养料功能的重构含钛高炉渣及其应用

说明书

本发明公开一种同时具有土壤修复和植物养料功能的重构含钛高炉渣及其应用，属于化肥领域。重构含钛高炉渣的有效活性成分包括钾铝硅酸盐相、过渡金属掺杂的钙钛矿相，过渡金属掺杂的钙钛矿相包裹在钾铝硅酸盐相内，且过渡金属掺杂的钙钛矿相占重构含钛高炉渣的质量百分比为24％～40％，其余为钾铝硅酸盐相及不可避免的杂质；重构含钛高炉渣应用于重金属有机物污染的土壤的修复。本发明方法制备的重构含钛高炉渣在太阳光作用下可以降解被有机污染物和重金属污染的土壤，亦可以在土壤中缓慢释放Ca、Si、Mg、Al、K等一些无机营养物质，促进植物快速生长，是具有土壤修复与植物养料功能一体化的材料，在对污染土壤的持续、环保、高效修复方面具有重大意义。

技术领域

本发明属于化肥制备技术领域，具体涉及一种同时具有土壤修复和植物养料功能的重构含钛高炉渣及其应用。

背景技术

土壤污染是指因为工业、农业以及人类活动所引起，最终使得土壤中的重金属及有毒有害的有机物含量高于正常情况，使得现有土壤的质量降低，从而影响了生态环境。重金属及有机物会长期潜伏在土壤中，且其对土壤的污染不易检测出，会持续的对植物、动物、土壤中的微生物、甚至饮用水都会造成影响，因此切实有效的修复技术就显得尤为重要。中国土壤环境状况总体不容乐观，全国土壤污染超标率达16.1％，在工矿业废弃地土壤环境问题突出的同时，耕地土壤环境质量更加堪忧，年损失粮食1000多万t。目前，对光催化氧化技术的研究大多集中在水污染控制和大气污染治理方面，而对土壤修复方面的研究较少。因此，开发出一种既能够通过利用太阳光降解土壤中的重金属及有机物，又能为植物生长提供营养元素的材料具有重大意义和前景。

我国高炉冶炼钒钛磁铁矿产生的含钛高炉渣堆集近亿吨，如今更是以每年约800万吨的速度增加，在高品位矿产资源日益短缺的今天，含钛高炉渣中Ti、Si、Ca、Al、Mg等含量较高，是宝贵的二次资源；自20世纪60年代开始，我国投入了大量的人力物力财力研究含钛高炉渣的资源化利用，尽管取得了一定的科研进展，但是目前含钛高炉渣的综合利用率仍然较低，难以实现高附加值大宗量的利用。因此，将含钛高炉渣合理化运用，实现含钛高炉渣的高附加值利用，开发出一种低成本且不产生二次污染的功能性材料具有重大前景。

发明人课题组一直致力于研究开发含钛高炉渣的资源化利用，例如，中国专利申请号为201810408490.7于2018年9月11日公开提出对含钛高炉渣进行原位掺杂、重构以及酸浸，制备光热耦合烟气脱硝催化剂，具有良好的脱硝效果；但是，该方法处理的含钛高炉渣功能单一，没有达到资源最大化。

再如，雷雪飞等(雷雪飞，薛向欣，杨合.表面改性对含钛炉渣光催化性能的影响[J].东北大学学报(自然科学版)，2010，31(06):838-842.)以攀钢含钛高炉渣为原料，掺杂不同比例稀硫酸，合成了以CaTiO₃为主要成分，具有钙钛矿型的表面改性含钛高炉渣催化剂(SMTBBFS)，硫酸掺杂比例为2.5％时，所制备的SMTBBFS_2.5在9h对Cr(Ⅵ)的光催化还原效率达到100％；含钛高炉渣中不含有毒有害的重金属及放射性元素，却含有Si、Ca、Mg、Al等大量对农作物有益的营养元素，但这些元素均以难溶性物质的形式存在，不能被植物吸收。

现有技术中，存在利用含钛高炉渣得到一种植物肥料。

例如，中国专利申请号为200810229589.7于2009年5月13日公开了用含钛高炉渣制钾氮硫镁钛铁硅叶面肥和钙硫硅肥的方法，所用原料有含二氧化钛以重量百分比占14％-30％的含钛高炉渣，通过含钛高炉渣的水淬、干燥和粉磨、混料、熔融、溶解和过滤、螯合的工艺步骤，得到钙硫硅肥和钾氮硫镁钛铁硅叶面肥。但是，一方面该方法制备的叶面肥并未提及营养元素缓慢释放初期释放率，初期释放率直接影响植物后期成长，若初期释放营养元素过多过少都将可能使植物直接在前期生长中死亡，那么即使营养元素不易流失，也不可能被植物吸收利用；另一方面该方法制备的叶面肥中硅营养元素并未进行具体数据说明。