CN111011161B - 一种赤泥土壤基质及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种赤泥土壤基质及其制备方法，属于赤泥生态修复技术领域，解决了现有赤泥碱性调控化学物质用量大以及赤泥土壤化处理时其他成分复杂、成本高、赤泥消耗量小的问题。制备方法包括：将生物质原料破碎；将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中搅拌得到混合料；将混合料加入高压反应釜，升温、保温、然后冷却至室温得到水热炭化产物；将部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；将水热炭进行炭化得到改性水热炭；将改性水热炭、水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池，搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。赤泥土壤基质包括改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的搅拌混合物。本申请实现了赤泥的生态修复。

Description

一种赤泥土壤基质及其制备方法

技术领域

本申请涉及赤泥生态修复技术，尤其涉及一种赤泥土壤基质及其制备方法。

背景技术

赤泥是氧化铝生产工艺过程产生的固体废渣，我国赤泥总堆存量超过6亿吨，每年产生赤泥约1亿吨，大量赤泥堆存不但占用土地资源，并且堆场附近生态产生严重危害，赤泥的强碱性使得堆场寸草不生，并且易产生扬尘污染空气，赤泥中的有害元素易迁移至地下水和土壤中污染地下水和土壤，并且堆场的维护需要一定费用。目前对赤泥的综合利用开展了大量研究，主要包括提取有价成分、制备功能材料、制备建筑材料等；赤泥中含有一定量的金属资源，提取有价金属存在工艺复杂、成本高、二次污染等问题；制备高附加值的功能材料基本上处于研究阶段，并且该技术思路对赤泥的消耗量非常有限；赤泥制备烧结砖、免蒸砖、水泥等建筑材料能够大量消耗和利用赤泥，但是赤泥强碱性严重影响产品质量，而脱碱技术成本高、工艺复杂。

将赤泥调控成土壤基质进行植物生长达到生态修复，实现赤泥的减量化和无害化，具有非常好的应用前景；赤泥中具有强碱性和丰富的矿物元素，有研究表明赤泥用于调控酸性土壤能够较好的促进植物生长，但是赤泥本身土壤特性非常差，碱性强、持水率低、透气性差、易板结、有机养分含量低，难以直接土壤化利用。

发明内容

鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种赤泥土壤基质及其制备方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有技术中的赤泥碱性调控化学物质用量大，产生大量废液；(2)赤泥土壤化处理时，赤泥作为添加剂成分，其他成分复杂(碱性调控剂、肥料、改良剂等)、用量大、成本高；(3)赤泥利用率和消耗量较小。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本申请提供了一种赤泥土壤基质的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；

步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V₁对高压反应釜进行升温，升温至T₁后，保温5～20h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤S4、将部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；

步骤S5、将水热炭进行炭化得到改性水热炭；

步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池中，以速度V₃搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。

进一步的，生物质粉末的粒度为1～5mm。

进一步的，生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.05～0.2：1：0.0025～0.01。

进一步的，催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。

进一步的，V₁为150～200℃/h。

进一步的，水热炭中的腐植酸的质量百分比为5％～30％。

进一步的，水热炭化产物采用水热炭化一体化工艺设备制备得到，水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机、搅拌罐和高压反应釜；

破碎机用于对生物质进行破碎，破碎机的出料口通过第一输送通道与所述搅拌罐的第一进料口连接；搅拌罐的出料口通过第二输送通道与高压反应釜的进料口连接；

第一输送通道设有至少1个物料举升机构；第二输送通道设有流体泵。

进一步的，物料举升机构包括：方管框架及2个半方管机构；

半方管机构包括：半方管、可转挡板和电机；

方管框架能够将2个半方管机构的半方管拼合成方管，电机用于驱动半方管沿方管轴线方向滑动；

半方管包括1个整侧壁和2个半侧壁，半侧壁的边缘设有密封滑槽，整侧壁与可转挡板铰接，且可转挡板能够向流体流动方向转动并使物料能够在方管中流动；

可转挡板为长方形板，且可转挡板的短边长度与方管的内壁宽度相等，可转挡板的四周边缘均设有密封条。

另一方面，本申请还提供了一种赤泥土壤基质，赤泥土壤基质包括改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的搅拌混合物。

进一步的，改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的质量比为：5～10：15～45：50～75。

与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：

a)本申请通过采用生物质原料水热炭化得到的水热炭化产物，并将水热炭化产物中的部分水热炭进行炭化得到改性水热炭后与其余的水热炭化产物和赤泥一起作为原料制备赤泥土壤基质，实现了生物质原料和赤泥等废物的修复和循环利用，减少了现有技术中化学物质的使用，节约成本，且环境友好，能实现赤泥的无害化和减量化。

b)本申请中的水热炭化产物中的水热炭具有良好的孔结构和较大的比表面积；且水热炭中包括有机碳和腐植酸(腐植酸的质量百分比为5％～30％)，能有效增加赤泥的有机养分；并且，水热炭表面有大量呈弱酸性的含氧官能团，能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性；水热炭经过炭化后的改性水热炭能改善赤泥的透气性和孔隙率。

c)本申请中的水热炭液中包括小分子有机酸性物质(例如糠醛、丙酸和乙酸)；水热炭液中的这些小分子有机酸性物质能够快速降低赤泥的碱性。并且能够为微生物提供碳源，改善赤泥的微生物生长环境。

d)本申请将破碎机、搅拌罐和高压反应釜安装在同一水平面上，通过物料举升机构可以将破碎后的固液混合物料采用封闭式的方式从低处输送至高处，同时通过流体泵将搅拌后的液态混合料从低处输送至高处，节省了整个设备占用的高度空间，并使得破碎机、搅拌罐和高压反应釜这样的大型设备可以简单地设置在水平面上即可，无需设置两套单独的设备来分别进行固态物料和液态物料的处理。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本申请的赤泥土壤基质的制备方法的流程示意图；

图2为本申请的水热炭化一体化工艺设备的整体结构示意图；

图3为本申请的物料举升机构的局部剖视图；

图4为本申请的物料举升机构的横截面示意图；

图5为本申请的物料举升机构的纵截面示意图；

图6为本申请的物料举升机构的原理图一；

图7为本申请的物料举升机构的原理图二。

附图标记：

1-破碎机；2-搅拌罐；3-高压反应釜；4-物料举升机构；5-套管；6-四通结构；7-半方管；8-可转挡板；9-方管框架。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。

本申请提供了一种赤泥土壤基质的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；

步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V₁对高压反应釜进行升温，升温至T₁后，保温5～20h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤S4、将部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；

步骤S5、将水热炭进行炭化得到改性水热炭；

步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池中，以速度V₃(例如，600～1000rpm)的速度搅拌一段时间(例如，30～100min)，放置20～24h，得到赤泥土壤基质。

上述步骤S1中的生物质原料为秸秆、落叶、木屑等农林废弃物、牲畜粪便、厨余垃圾或工业废渣中的一种或多种；农林废弃物的生物质原料的比表面积为0.2～10m²/g。

上述步骤S1中的生物质粉末的粒度为1～5mm，这是因为生物质粉末的粒度过小的话对破碎设备的要求较高，破碎时间较长，成本较高；生物质粉末的粒度过大的话，后期反应过程中会造成搅拌困难或反应不充分等不利效果。

上述步骤S2中的生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.05～0.2：1：0.0025～0.01，这是因为用水量过少，搅拌困难，且不同组分接触不充分；用水量过大，后续步骤中，会降低炭化产物的产率。

上述步骤S2中，考虑到搅拌速度过小，物料不能充分混合，搅拌速度过大，对设备性能的要求较高，因此，控制搅拌速度为100～500rpm，搅拌时间为10～60min；这样能够保证混合料的均匀性。

上述步骤S2中，催化剂可以是赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾或偏磷酸钾中的一种或多种。

在一种可能的设计中，步骤S2中的催化剂是赤泥，这是因为赤泥中碱性物质和金属氧化物等对生物质的水热炭化过程有一定的催化作用，能够使得生物质水热炭化产物更适合于赤泥调控。

上述步骤S3中，如果升温速度过快对高压反应釜的性能要求较高，如果升温速度过慢会延长水热炭化的时间，并且控制合适的升温速率有利于得到适用于赤泥调控的水热炭化产物，因此控制V₁为150～200℃/h。

上述步骤S3中，T₁为200～380℃，在此温度范围内，有利于得到适用于赤泥调控的水热炭化产物。

具体的，上述步骤S3中，水热炭化产物中主要包括水热炭和水热炭液；水热炭具有较大的比表面积和丰富的含氧基团；示例性的，水热炭的比表面积为40～90m²/g，并且水热炭表面大量含氧极性基团使其具有良好的亲水性，显著改善赤泥的持水率，并且呈弱酸性的含氧官能团能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性；水热炭的收得率为80％～95％。

需要说明的是，上述步骤S3中，水热炭中包括有机碳和腐植酸；示例性的，水热炭中的腐植酸的质量百分比为5％～30％，水热炭中的腐植酸和有机碳能有效增加赤泥的有机养分，并且能够为微生物提供碳源，改善赤泥的微生物生长环境。

需要说明的是，上述步骤S3中，水热炭液中大量生物质热解产生的小分子有机酸性物质(例如糠醛、丙酸和乙酸)，这些小分子有机酸性物质能够快速降低赤泥的碱性。

具体的，上述步骤S4中，将部分水热炭化产物进行固液分离指的是将步骤S3中的水热炭化产物的一部分(例如5％～10％)进行固液分离，这样剩余的水热炭化产物备用即可，可以减少处理量，降低成产成本。并且炭化虽然能增加孔隙，提高透气性，但是炭化也会使水热炭中的有机质丧失，因此，只需要对一部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液，将分离出的水热炭进行炭化，其余的水热炭化产物继续用于后续制备赤泥土壤基质的原料。

上述步骤S5中，炭化包括如下步骤：

步骤S51：在室温下将水热炭放入高温炉中，以速度V₂对高温炉进行升温，升温至T₂后，保温；

步骤S52：冷却至室温得到改性水热炭。

上述步骤S51中，需要说明的是，由于升温速度过快会对高温炉的性能的要求较高，升温速度过小会造成生产时间较长，增加成本，且控制合适的升温速率有利于得到孔结构和比表面积合适的改性水热炭，因此，控制V₂为200～220℃/h。

上述步骤S51中，考虑到温度过低会增加生产时间且炭化效果不好，温度过高或保温时间过长会导致水热炭的孔塌陷，造成孔的失效，因此控制T₂为400～600℃，保温2～5h。

具体的，步骤S51中，为了保证高温炉的无氧环境，向高温炉中通入惰性气体。

具体的，步骤S5中，改性水热炭的比表面积为250～400m²/g，改性水热炭的孔结构中，微孔的数量比例为5％～15％，中孔的数量比例为20％～40％，大孔的数量比例为45％～75％，改性水热炭能显著改善赤泥的透气性。其中，孔径小于2nm的为微孔，孔径为2～50nm的为中孔，孔径为大于50nm的为大孔。

上述步骤S6中，考虑到资源的回收利用，也可以将步骤S4中得到的水热炭液作为原料加入至搅拌池中。

上述步骤S6中，赤泥的pH值为10～12，赤泥土壤基质的pH值为6～8。

需要说明的是，上述赤泥土壤基质的制备方法中采用水热炭化一体化工艺设备制备得到水热炭化产物，如图2所示，水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机1、搅拌罐2和高压反应釜3；破碎机1用于对生物质原料进行破碎，破碎机1的出料口通过第一输送通道与搅拌罐2的第一进料口连接；搅拌罐2的第二进料口用于加水和催化剂；搅拌罐2的出料口通过第二输送通道与高压反应釜3的进料口连接；第一输送通道的第一子通道设有至少1个物料举升机构4；第二输送通道设有流体泵。

在一种可能的设计中，第二输送通道设有物料举升机构4。

实施时，先利用破碎机1对生物质原料进行破碎，然后通过第一输送通道的物料举升机构4将生物质物料输送至搅拌罐2的第一进料口处，然后将水和催化剂通过第二进料口加入搅拌罐2，进入搅拌罐2的生物质物料、水和催化剂进行搅拌混合得到混合料，混合料通过第二输送通道输送至高压反应釜3中，并在高压反应釜3中进行水热炭化反应，直至得到具有良好的孔结构、大量的酸性表面官能团、有机质的水热炭化产物。

具体的，破碎机1的出料口设置在破碎机1的底部；搅拌罐2的第一进料口和第二进料口设置在搅拌罐2的顶部，搅拌罐2的出料口设置在搅拌罐2的底部。由于一体化工艺设备采用了物料举升机构4，使得整个设备能够在保证破碎机1、搅拌罐2和高压反应釜3安装在同一平面上的前提下，对固液混合态的生物质进行处理，安装简单，结构简单。

物料举升机构4的结构如图3至图5所示，物料举升机构4包括：方管框架9及2个半方管机构；半方管机构包括：半方管7、可转挡板8、电机；方管框架9能够将2个半方管机构的半方管7拼合成方管，电机用于驱动半方管7沿方管轴线方向滑动；半方管7包括整侧壁和2个半侧壁，半侧壁的边缘设有密封滑槽，整侧壁与可转挡板8铰接，且可转挡板8能够向流体流动方向转动使物料能够在方管中流动；可转挡板8为长方形板，且可转挡板8的短边长度与方管的内壁宽度相等，可转挡板8的四周边缘均设有密封条；2个可转挡板8沿物料流动方向依次设置，且转动时互不干涉。

为了方便说明，如图6、图7所示，2个半方管机构分别为第一机构和第二机构：当第一机构的半方管相对第二机构的半方管向上移动时，第一机构的可转挡板抵在第二机构的半方管整侧壁的内侧，第二机构的可转挡板在物料的作用下向上转动，并与第一机构半方管整侧壁的内侧脱离，物料通过脱离后的开口处从第二机构的可转挡板下方进入第一机构的可转挡板与第二机构的可转挡板之间；当第二机构的半方管相对第一机构的半方管向上移动时，第二机构的可转挡板抵在第一机构的半方管整侧壁的内侧，第一机构的可转挡板在物料的作用下向上转动，物料通过脱离后的开口处从第一机构的可转挡板与第二机构的可转挡板之间进入第一机构的可转挡板的上方；当第一机构和第二机构不断向相对上下滑动时，物料逐渐自下至上被举升高处。而可转挡板边缘的密封条能够在可转挡板抵住整侧壁时，固液混合态的物料不会回落。

为了保证2个半方管机构能够相对滑动，第一机构的密封滑槽的截面形状为“凸”字形，第二机构的对应位置设有截面形状也为“凸”字形的密封滑块，密封滑槽和密封滑块除了能够进行相对滑动外，还能起到限位作用防止2个半方管机构分离，此外，二者接触面设置的密封条能够防止物料从2个半方管机构的拼接处漏出。

具体的，电机控制半方管7往复移动的方式为：

电机控制滚珠丝杠副，电机与方管框架9固定，电机的输出端设有输出齿轮，输出齿轮通过减速齿轮组驱动丝杠螺杆转动，丝杠螺杆上的丝杠螺母上下移动，丝杠螺母与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

或，电机控制液压缸，液压缸的缸体与方管框架9固定，液压缸的活塞与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

或，电机控制齿轮齿条副，电机与方管框架9固定，电机的输出端设有输出齿轮，输出齿轮通过减速齿轮组驱动齿条齿轮转动，使齿条上下移动，齿条与半方管7固定，实现半方管7的往复运动。

为了简化第一输送通道，无需在整个第一输送通道上都设置物料举升机构4，只需要设置多物料举升机构4使固液混合的物料能够被举升到高处即可，第一输送通道还设有多个套管5，套管5的两端均为刚性的方形连接头，方形连接头能够套设在方管的外侧，并与方管框架9固定连接，且方形连接头与方管直接设有密封圈，可以防止物料从方管与方形连接头连接处漏出。需要说明的是，两个方形连接头之间为方形连接管，方形连接管可以根据情况设置为直管或弯管，方形连接管应当为刚性管，以防止方形连接管内的物料造成方形连接管损坏。

相应地，破碎机1的出料口和搅拌罐2的第一进料口均设有能够与方形连接头密封连接且固定连接的接口。

具体的，第一输送通道由方管框架9和套管5连接成的结构为刚性结构，保证第一输送通道的固定路径和形状，2个半方管机构相对对应的方管框架9往复运动，使固液混合态的物料能够沿第一输送通道从低处输送至高处，从而实现固液混合态的物料的举升和输送。

需要说明的是，通过搅拌罐2来向生物质中添加水和催化剂，并使水、催化剂和生物质搅拌混合。具体的，搅拌罐2设有搅拌装置，搅拌装置设置在搅拌罐2的内部，为了能够使搅拌更加均匀，搅拌装置包括转轴、旋转电机、叶片和升降电机；旋转电机用于控制转轴周向旋转，升降电机用于控制转轴轴向移动；叶片设有多个，且均布固定设置在转轴上。本发明实施例通过叶片随转轴的周向转动，来对搅拌罐2内的混合物进行周向搅拌，通过叶片随转轴的轴向移动，来对搅拌罐2内的混合物进行轴向的翻动。

高压反应釜3设有加热管道，加热管道为通有热流体的蛇形或螺旋形管道，且设置在高压反应釜3的内壁，热流体可以为液体或气体，蛇形或螺旋形管道可以高压反应釜3内部的温度更加均匀；

具体的，为了提高水热炭化的反应率，可以通过加料结构的改进来进一步提高高压反应釜3内部物料的均匀性，进而提高水热炭化的反应率。具体的，第二输送通道设有四通结构6，四通结构6包括1个输入端和3个输出端，且1个输入端和3个形成正三棱锥；高压反应釜3的进料口设有3个且沿高压反应釜3的周向均布；每个四通结构6的输出端各与1个高压反应釜3的进料口连接；通过正三棱锥的四通结构6，来通过三个周向均布的进料口向高压反应釜3内添加物料，使得高压反应釜3内的物料更加均匀，使水热炭化的反应能够更加充分，从而提高水热炭化的反应率。

为了保证物料能够在高压反应釜3内均匀地进行水热炭化反应，高压反应釜3的罐体为轴线垂直于安装平面的回转体，且罐体的下部为上粗下细的圆台状结构；高压反应釜3的出料口设置在罐体的底端。在高压反应釜3内，物料在水热炭化的作用下，粘度和固含量都呈现下降趋势，该趋势会在高压反应釜3内竖直方向自上而下逐渐增加、水平方向从四周到中心逐渐增加，利用物料的自身重力和圆台状结构的锥角，经过水热炭化的物料可从高压反应釜3底部利用出料泵排出。

本申请还提供了一种赤泥土壤基质，包括改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的搅拌混合物。

具体的，改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的质量比为：5～10：15～45：50～75。

具体的，赤泥土壤基质的pH值为6～8。

与现有技术相比，本申请通过采用生物质原料水热炭化得到的水热炭化产物，并将水热炭化产物中的部分水热炭进行炭化得到改性水热炭后与水热炭化产物和赤泥一起作为原料制备赤泥土壤基质，实现了生物质原料和赤泥的废物的修复和循环利用，减少了现有技术化学物质的使用，节约成本，且环境友好，赤泥土壤基质用于植物生长的效果较好。

本申请中的水热炭具有良好的孔结构和较大的比表面积；且水热炭中包括有机碳和腐植酸(腐植酸的质量百分比为5％～30％)，能有效增加赤泥的有机养分；并且，水热炭表面有大量呈弱酸性的含氧官能团，能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性。

本申请中的水热炭液中包括小分子有机酸性物质(例如糠醛、丙酸和乙酸)；水热炭液中的这些小分子有机酸性物质能够快速降低赤泥的碱性。并且能够为微生物提供碳源，改善赤泥的微生物生长环境。

实施例一

本实施例的赤泥土壤基质的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将生物质原料(本实施例中为秸秆)加入破碎机1，破碎机1将秸秆破碎为粒度为1mm的粉末；

步骤S2、用物料举升机构4将粉末从第一进料口输送入搅拌罐2中，然后将水和催化剂(本实施例中催化剂为赤泥)通过第二进料口加入搅拌罐2中，进行搅拌，得到混合料，搅拌速度为500rpm，搅拌时间为10min，粉末、水和催化剂的质量比为：0.05：1：0.0025；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜3，以200℃/h对高压反应釜3进行升温，升温至200℃后，保温20h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；其中，混合料的体积为高压反应釜3的体积的1/3；

步骤S4、将部分(5％)水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；其中，水热炭的比表面积为40m²/g，水热炭的收得率为95％；水热炭中的腐植酸的质量百分比为5％；

步骤S5、在室温下将水热炭放入高温炉中，以速度200℃/h对高温炉进行升温，升温至600℃后，保温5h；然后冷却至室温得到改性水热炭，其中改性水热炭的比表面积为250m²/g；改性水热炭的孔结构中，微孔的数量比例为15％，中孔的数量比例为40％，大孔的数量比例为45％。

步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥以及步骤S4中得到的水热炭液混合放入搅拌池中，以600rpm的速度搅拌100min，放置20h，得到赤泥土壤基质；其中改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的质量比为：5：15：75；赤泥的pH值为10，赤泥土壤基质的pH值为7。

将赤泥土壤基质放置10天后，测得pH值为7.1，可见，此赤泥土壤基质的酸碱性稳定的较好；将赤泥土壤基质加入长势很差的黑麦草中，2天后，黑麦草长势慢慢变好，7天后，黑麦草正常生长，可见，本申请的赤泥土壤基质能够较好地适合植物生长。

实施例二

本实施例的赤泥土壤基质的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将生物质原料(本实施例中为落叶)加入破碎机1，破碎机1将落叶破碎为粒度为3mm的粉末；

步骤S2、用物料举升机构4将粉末从第一进料口输送入搅拌罐2中，然后将水和催化剂(本实施例中催化剂为碳酸钾)通过第二进料口加入搅拌罐2中，进行搅拌，得到混合料，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为30min，粉末、水和催化剂的质量比为：0.2：1：0.01；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜3，以150℃/h对高压反应釜3进行升温，升温至380℃后，保温10h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；其中，混合料的体积为高压反应釜3的体积的2/3；

步骤S4、将部分(8％)水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；其中，水热炭的比表面积为90m²/g，水热炭的收得率为95％；水热炭中的腐植酸的质量百分比为30％；

步骤S5、在室温下将水热炭放入高温炉中，以速度220℃/h对高温炉进行升温，升温至600℃后，保温2h；然后冷却至室温得到改性水热炭，其中改性水热炭的比表面积为400m²/g；改性水热炭的孔结构中，微孔的数量比例为5％，中孔的数量比例为20％，大孔的数量比例为75％。

步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池中，以1000rpm的速度搅拌30min，放置24h，得到赤泥土壤基质；其中改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的质量比为：8：21：63；赤泥的pH值为10.5，赤泥土壤基质的pH值为7.5。

将赤泥土壤基质放置10天后，测得pH值为7.5，可见，此赤泥土壤基质的酸碱性稳定的较好；将赤泥土壤基质加入长势很差的黑麦草中，2天后，黑麦草长势慢慢变好，7天后，黑麦草正常生长，可见，本申请的赤泥土壤基质能够较好地适合植物生长。

实施例三

本实施例的赤泥土壤基质的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将生物质原料(本实施例中为木屑)加入破碎机1，破碎机1将木屑破碎为粒度为2mm的粉末；然后将水和催化剂加入破碎机1；

步骤S2、用物料举升机构4将粉末从第一进料口输送入搅拌罐2中，然后将水和催化剂(本实施例中催化剂为磷酸氢二钾)通过第二进料口加入搅拌罐2中，进行搅拌，得到混合料，搅拌速度为100rpm，搅拌时间为60min，粉末、水和催化剂的质量比为：0.1：1：0.006；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜3，以180℃/h对高压反应釜3进行升温，升温至300℃后，保温15h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；其中，混合料的体积为高压反应釜3的体积的1/2；

步骤S4、将部分(10％)水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；其中，水热炭的比表面积为70m²/g，水热炭的收得率为80％；水热炭中的腐植酸的质量百分比为20％；

步骤S5、在室温下将水热炭放入高温炉中，以速度200℃/h对高温炉进行升温，升温至500℃后，保温4h；然后冷却至室温得到改性水热炭，其中改性水热炭的比表面积为300m²/g；改性水热炭的孔结构中，微孔的数量比例为10％，中孔的数量比例为35％，大孔的数量比例为55％。

步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池中，以1000rpm的速度搅拌30min，放置22h，得到赤泥土壤基质；其中改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的质量比为：10：45：50；赤泥的pH值为10.2，赤泥土壤基质的pH值为7。

具体的，本实施例可以是连续生产。

将赤泥土壤基质放置10天后，测得pH值为7.1，可见，此赤泥土壤基质的酸碱性稳定的较好；将赤泥土壤基质加入长势很差的黑麦草中，2天后，黑麦草长势慢慢变好，7天后，黑麦草正常生长，可见，本申请的赤泥土壤基质能够较好地适合植物生长。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；

步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；

步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V₁对高压反应釜进行升温，升温至T₁后，保温5～20h；然后冷却至室温得到水热炭化产物；

步骤S4、将部分水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；剩余的水热炭化产物备用；

步骤S5、将水热炭进行炭化得到改性水热炭；

步骤S6、将改性水热炭、剩余的水热炭化产物和赤泥混合放入搅拌池中，以速度V₃搅拌、放置，得到赤泥土壤基质；

所述催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末的粒度为1～5mm。

3.根据权利要求1所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.05～0.2：1：0.0025～0.01。

4.根据权利要求1所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述V₁为150～200℃/h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述水热炭中的腐植酸的质量百分比为5％～30％。

6.根据权利要求1-4任一项所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述水热炭化产物采用水热炭化一体化工艺设备制备得到，所述水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机(1)、搅拌罐(2)和高压反应釜(3)；

所述破碎机(1)用于对生物质进行破碎，所述破碎机(1)的出料口通过第一输送通道与所述搅拌罐(2)的第一进料口连接；所述搅拌罐(2)的出料口通过第二输送通道与所述高压反应釜(3)的进料口连接；

所述第一输送通道设有至少1个物料举升机构(4)；所述第二输送通道设有流体泵。

7.根据权利要求6所述的赤泥土壤基质的制备方法，其特征在于，所述物料举升机构(4)包括：方管框架(9)及2个半方管机构；

所述半方管机构包括：半方管(7)、可转挡板(8)和电机；

所述方管框架(9)能够将2个半方管机构的半方管(7)拼合成方管，电机用于驱动半方管(7)沿方管轴线方向滑动；

所述半方管(7)包括1个整侧壁和2个半侧壁，所述半侧壁的边缘设有密封滑槽，所述整侧壁与可转挡板(8)铰接，且所述可转挡板(8)能够向流体流动方向转动并使物料能够在方管中流动；

所述可转挡板(8)为长方形板，且所述可转挡板(8)的短边长度与方管的内壁宽度相等，所述可转挡板(8)的四周边缘均设有密封条。

8.一种赤泥土壤基质，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的制备方法制得，所述赤泥土壤基质包括改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的搅拌混合物。

9.根据权利要求8所述的赤泥土壤基质，其特征在于，所述改性水热炭、水热炭化产物和赤泥的质量比为：5～10：15～45：50～75。

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