[目的]研究固体废矿富硒煤矸石制备硒肥的资源化利用技术.[方法]以世界硒都恩施的煤矸石废矿为原料,分别进行了活化剂(弱碱性物质Na2CO3)、活化时间、活化温度和料液比的单因素6水平试验,测定硒活化率,每个因素筛选出3个水平,采用响应面优化方法进行计算,最终确定富硒煤矸石中硒的活化工艺参数.采用IR光谱、TG热重法对煤矸石活化前后官能团键合、热效应进行表征分析.用活化煤矸石硒肥与养殖场粪肥以1:1、2:1、3:1、和4:1的比例分别混合后发酵一个月,制备4种活化煤矸石硒有机肥(简称硒有机肥),以煤矸石硒肥和发酵粪肥作两个对照,以大蒜为试材进行了田间试验.收获后测定了土壤和大蒜鳞茎中的总硒、有机硒含量.[结果]单因素试验确定的4个因素用于响应面优化的范围,活化剂Na2CO3的浓度为10％、20％ 和30％;活化时间为2.5、3.5、4.5 h;活化温度为75℃、85℃ 和95℃;料液比(g/mL)为1:5、1:10、1:15.经过响应面优化计算,当原料粒径为0.038 mm时,最优工艺条件为活化剂的浓度22％、活化时间3.9 h、料液比1:9 g/mL、活化温度85℃.应用此参数活化的煤矸石固体硒肥pH约为7.6、最大活化效率为81.24％.IR光谱曲线显示,Na2CO3的加入破坏了煤矸石中硒与其它的金属、非金属等元素间的弱作用力及网络原子原有的结晶态,使得硒基团解脱束缚,成为活性硒.由TG(thermal gravimetric)及DTG(derivative thermogravimetry)曲线可知,煤矸石活化前后的热稳定性有较大变化.活化前样品的DTG曲线出现两个峰,而活化后只在100℃ 前出现一个峰,且失重情况较活化前弱.因此,活化后的煤矸石硒肥热稳定性更好.活化后煤矸石的硒含量为170.82 mg/kg,制备的4个比例煤矸石硒有机肥的硒含量依次为85.41、113.88、128.05、136.66 mg/kg.在等硒量试验下,5个处理大蒜鳞茎中硒的含量依次为1.033、1.306、1.480、1.382、1.355μg/g,均显著高于未施硒肥对照组的0.005μg/g(P<0.05).硒肥处理大蒜鳞茎中有机硒比例均在99％ 以上,高于未施硒肥对照组的60％.硒有机肥处理大蒜吸收硒的效果优于煤矸石硒肥,并以煤矸石固体硒肥与家禽粪2:1比例混合配置的煤矸石硒有机肥的吸收硒效果最优.[结论]Na2CO3活化富硒煤矸石的最佳工艺条件为活化剂的体积质量分数22％、活化时间3.9 h、料液比1:9 g/mL、活化温度85℃.在该条件下,煤矸石中硒的活化率可高达81.24％,且煤矸石硒肥的热稳定性更好.将煤矸石硒肥与畜禽粪混合发酵,可以大大提高大蒜对硒的吸收量,其中有机硒的比例非常高,故有机肥与活化煤矸石硒肥以1:2比例混合发酵制备煤矸石硒有机肥是活化煤矸石硒的有效方法.
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