余麗秀，孫亞光，喻廣軍（.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州　450006；.河南工業(yè)大學材料科學與工程學院，河南 鄭州45005；.河南有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，河南 鄭州　45008）

【開發(fā)利用】

《農(nóng)林用礦物復合保水劑》行業(yè)標準編制說明

余麗秀1，孫亞光2，喻廣軍3
（1.中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所，河南 鄭州450006；2.河南工業(yè)大學材料科學與工程學院，河南 鄭州450052；3.河南有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊，河南 鄭州450018）

論述了《農(nóng)林用礦物復合保水劑》建材行業(yè)標準編制的背景、標準內(nèi)容、礦物復合保水劑開發(fā)及應(yīng)用情況，并對所制定標準同NY886-2010 農(nóng)林用保水劑 標準的技術(shù)指標項目與取值進行了對比說明，對礦物復合保水劑產(chǎn)品的推廣應(yīng)用前景進行綜述。

保水劑；礦物復合；農(nóng)林用；標準

我國非金屬礦產(chǎn)品與制品標準化工作現(xiàn)由中國建筑材料工業(yè)聯(lián)合會下設(shè)的全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標準化技術(shù)委員會(SAC/TC 406)歸口管理?！掇r(nóng)林用礦物復合保水劑》(以下簡稱《礦物復合保水劑》)建材行業(yè)標準制定是根據(jù)中華人民共和國工業(yè)和信息化部辦公廳科【2015】115號《工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)2015年第三批行業(yè)標準制修訂計劃的通知》進行的，該標準制定計劃編號為：2 0 1 5-0950T-JC，規(guī)定完成期限為2016年。該標準制定工作目前已完成標準文稿的編制及審查，標準文本計劃2016年在工業(yè)和信息化部網(wǎng)站公示。作為主要起草人，現(xiàn)就《礦物復合保水劑》建材行業(yè)標準編制的一些細節(jié)做簡要說明，以便于下一步對《礦物復合保水劑》建材行業(yè)標準的正確理解和使用。

1　《礦物復合保水劑》行業(yè)標準制定的背景情況

保水劑是一種吸水能力強的功能材料，已廣泛用于人體生理衛(wèi)生樹脂、嬰兒及成人紙尿褲原料、農(nóng)林用吸水保水材料、特種干燥劑、石油鉆采堵漏材料等許多領(lǐng)域。按制備用原料分類，產(chǎn)品分為純聚合物型及礦物復合型。礦物復合保水劑是由非金屬礦物同親水性有機分子經(jīng)引發(fā)、聚合、交聯(lián)、干燥、粉碎工藝制備的具有強吸水能力的功能高分子材料，可應(yīng)用于農(nóng)林業(yè)植物種植和沙漠治理等，用于改善植物根系或種子周圍土壤的水分狀況，起土壤調(diào)濕、種子包衣、肥料緩釋及固沙粘結(jié)等作用，對植物種植過程中的保水節(jié)水、提高成活率、促進生長及用于沙漠復墾等具有重要作用，是現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)和沙漠治理等急需推廣應(yīng)用的新型功能材料。農(nóng)林用礦物復合保水劑作用同純聚合物型保水劑類似，但制備成本更低，某些性能甚至優(yōu)于純聚合物型，更有利于在農(nóng)林和沙漠復墾業(yè)中應(yīng)用。

可用于制備礦物復合保水劑的非金屬礦產(chǎn)有膨潤土、高嶺土、凹凸棒土、菱鎂石、白云石、水鎂石、沸石、累托石、伊利石、絹云母、硅藻土等。國內(nèi)許多科研院所、大學開展了礦物復合保水劑制備技術(shù)研究[1-8]。其中，中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所、河南工業(yè)大學等單位2012～2015年在承擔國土資源部社會公益項目“環(huán)境恢復礦物材料制備及應(yīng)用研究研究”(項目編號：201211068)子課題之一“沙漠復墾與高效產(chǎn)出配套技術(shù)研究”中，根據(jù)項目研究材料性能評價需要，在2012年就查閱了國內(nèi)外相關(guān)文獻和標準，系統(tǒng)進行了礦物復合保水劑標準制定工作的預(yù)研究工作。

國內(nèi)農(nóng)林用純聚合物型保水劑產(chǎn)品的品質(zhì)控制農(nóng)業(yè)部有NY886-2010標準。而選擇我國具有資源優(yōu)勢的非金屬礦物，制備的具有吸水能力強的農(nóng)林用礦物復合保水劑，其吸水、保水性能達到純聚合物型水平，而且對土壤環(huán)境有更好的相容性，其制備原料成本較純聚合物型可降低約25%，具有較好的應(yīng)用價值和市場容量。該技術(shù)目前已成熟，礦物復合保水劑制備技術(shù)與產(chǎn)品是未來沙漠治理、農(nóng)林行業(yè)用高吸水保水材料制備和應(yīng)用的發(fā)展趨勢，具有較廣闊的市場需求和發(fā)展前景。目前，農(nóng)林用礦物復合保水劑沒有行業(yè)和國家標準，急需制定相關(guān)行業(yè)及國家標準?，F(xiàn)階段進行標準制定工作，可為生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)健康發(fā)展提供支撐。

在調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)標準現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，由中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所、咸陽非金屬礦研究設(shè)計院有限公司、中國科學院蘭州化學物理研究所、河南工業(yè)大學、河南有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第三地質(zhì)大隊、山東昊月新材料股份有限公司等單位和人員參加組成標準起草組，經(jīng)廣泛征求各方面的意見，已于2015年11月在鄭州召開標準草案研討會，經(jīng)討論和修改形成了《農(nóng)林用礦物復合保水劑》征求意見稿。

2016年1月，由中國建筑材料工業(yè)聯(lián)合會全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標準化技術(shù)委員會將《農(nóng)林用礦物復合保水劑》行業(yè)標準征求意見稿及其《編制說明》通過郵件和郵寄分發(fā)給各標委會委員和有關(guān)單位及專家，并發(fā)布在國家非金屬礦制品質(zhì)檢中心網(wǎng)站(WWW.CNMPI.NET)公開征求意見。累計發(fā)放征求意見函郵件110份，其中收到提出修改意見和建議6條，經(jīng)修改后形成送審稿。2016年4月，全國非金屬礦產(chǎn)品及制品標準化技術(shù)委員會在杭州對《礦物復合保水劑》和《編制說明》又進行了會議審查，根據(jù)審查意見，標準編制組在2016年4月底完成公示稿的編制。

2　《農(nóng)林用礦物復合保水劑》主要內(nèi)容

2.1標準主要內(nèi)容

該標準規(guī)定了農(nóng)林用礦物復合保水劑的要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標識、包裝、運輸、貯存和有效期。適用于由非金屬礦物同親水性有機分子反應(yīng)制備的礦物復合吸水劑產(chǎn)品，主要用于農(nóng)林業(yè)改善植物根系或種子周圍土壤的水分狀況，可用作土壤調(diào)濕、種子包衣、苗木移栽或肥料緩釋添加劑等。下表為農(nóng)林用礦物復合保水劑與純聚合物型的NY886-2010農(nóng)林保水劑技術(shù)指標對比表。

農(nóng)林用礦物復合保水劑與純聚合物型保水劑技術(shù)指標對比

2.2標準主要項目制定依據(jù)

(1) 吸水量。

吸水量的檢測采用單位質(zhì)量樣品的飽和吸水容量法判定，該方法較用單位質(zhì)量樣品吸水質(zhì)量法計算吸水倍數(shù)的方法更便于操作及數(shù)據(jù)平行性更好。由于有機—無機雜化作用，采用非金屬礦物制備的復合吸水材料吸水、保水性能較好，吸水量測定值較高，將吸水量指標下限定為300mL/g，上限設(shè)置為700mL/g較為合理，既保證了保水劑具有較高的吸水量，又避免超出700mL/g過高的吸水量對植物生長的不利影響。

(2) 重復吸水量。

保水劑能否多次吸水、釋放水是衡量保水劑的重要指標。根據(jù)農(nóng)林用保水劑需多次重復使用的特性，標準中提出重復吸水量的考核指標，將經(jīng)3次重復吸水、干燥、再吸水的指標定為≥初次吸水量的85%。

提出重復吸水量的項目評價既考慮了產(chǎn)品使用時的多次有效吸水能力，也考慮反應(yīng)聚合時其交聯(lián)度應(yīng)控制在適中值，使樣品重復吸水量在一個適中的范圍，因礦物保水材料使用時超過一定的使用周期又要求材料能自然降解成土壤的有益成分，不再對土壤產(chǎn)生廢棄物。因而，提出重復吸水量以第3次吸水達到初次吸水量的85%為宜。

(3) 吸鹽水量。

農(nóng)林用保水劑其使用的自然實際環(huán)境總鹽離子濃度較高，對鹽水的吸收性能是評價產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣的重要項目，將礦物復合保水劑的吸鹽水(0.9%NaCl溶液)量定為≥45mL/g，既體現(xiàn)礦物復合型自有的耐鹽能力，也反映近年來礦物復合型保水劑制備技術(shù)的進步。

(4) 灼燒余量。

對礦物復合型保水劑進行灼燒余量項目檢測，可以間接反映礦物在保水劑中的用量，對提高保水劑的耐鹽性、減低保水劑制備成本、提高綜合性能具有較好的實際價值。同時，灼燒后的殘渣又是進行樣品K2O含量分析的預(yù)處理樣，考慮樣品K2O分析過程避免有機物干擾，及降低過高溫度灼燒取樣和熔樣的困難，將灼燒余量的灼燒溫度定為600℃較為適宜。

(5) K2O含量。

鉀是植物生長重要的有益元素，以K2O含量控制反應(yīng)過程中和用堿的品種和用量，可控制用低成本的氫氧化鈉做中和劑的產(chǎn)品對優(yōu)質(zhì)鉀型保水劑產(chǎn)品的沖擊，對采用礦物復合保水劑促進植物生長和應(yīng)用推廣具有重要意義。

2.3與現(xiàn)行標準的協(xié)調(diào)情況

我國農(nóng)業(yè)部雖在2011年2月發(fā)布了用于農(nóng)林領(lǐng)域的NY886-2010農(nóng)林用保水劑標準，但該標準是針對用純有機物合成的聚合物吸水樹脂類型，不能滿足用非金屬礦物制備的農(nóng)用礦物復合保水劑產(chǎn)品的特殊性，因而有必要結(jié)合原料特性提出農(nóng)林用礦物復合保水劑品質(zhì)控制的標準項目與指標。

結(jié)合近年來農(nóng)用保水劑制備技術(shù)的進步，在提出吸水量、吸鹽水量、pH值、水分、粒度等檢測項目基礎(chǔ)上，結(jié)合礦物復合工藝的特點，增加了滿足使用性能的重復吸水量、判定礦物含量的灼燒失量、成品含氧化鉀含量檢測項目；并且本標準根據(jù)實際檢測采用更為方便的容量法檢測吸水和吸鹽水性能，而該標準制定過程中吸水和吸鹽水采用重量法檢測吸水倍數(shù)等；本次多數(shù)項目的指標較2010年農(nóng)業(yè)部標準有顯著提高。本次制定的標準文稿也與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標準，特別是強制標準性標準完全協(xié)調(diào)。

3　礦物復合保水劑開發(fā)及應(yīng)用情況

我國保水劑研制和應(yīng)用工作起步較晚，始于20世紀80年代中期。目前全國有50多家公司生產(chǎn)保水劑，總年產(chǎn)能力約100萬t，實際年產(chǎn)量約60萬t，其中在工業(yè)和日用衛(wèi)生品方面所占比重較大。在國際上保水劑已經(jīng)被稱為是繼化肥、農(nóng)藥、地膜之后第4個最有希望被農(nóng)民接受的農(nóng)用化學制品[9-15]，但在我國近年來農(nóng)林用產(chǎn)品的推廣一直處于徘徊的局面，其主要原因是目前農(nóng)用保水劑價格太高和實際使用性能較差。

在保水劑的開發(fā)中，實現(xiàn)農(nóng)用高吸水性樹脂的低成本、復合化已成為迫切、重要的發(fā)展方向，礦物復合是降低保水劑成本的必然趨勢。目前商業(yè)化的純聚合物型保水劑以丙烯酸類或丙烯酰胺類聚合物為主。二元或三元聚合物盡管可進一步改善性能，但仍不能降低生產(chǎn)成本。因此，引入價廉的礦物對其進行改性，制備有機—無機復合保水劑則成為了一種較為理想的方法，在提高吸水倍率的同時，能較好地降低產(chǎn)品成本，改善產(chǎn)品使用時的耐鹽堿性能。

中國科學院蘭州化學物理研究所是國內(nèi)開展礦物復合保水劑制備研究較早的單位，及涉及的礦種主要是凹凸棒石粘土；而近十年來中國地質(zhì)科學院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所、河南工業(yè)大學等先后利用河南省科技攻關(guān)項目“礦物/聚合物復合高吸水材料制備研究”(項目編號：0523021900)、國土資源部公益項目“環(huán)境恢復礦物材料制備及應(yīng)用研究研究”(項目編號：201211068)的資金支持，在礦物多品種篩選方面做了系統(tǒng)的研究，在不同礦物應(yīng)用于保水劑制備工藝方面申報了多項中國發(fā)明專利，為礦物復合保水劑工業(yè)化產(chǎn)業(yè)制備拓寬了原礦品種的可用類型。

國內(nèi)多家單位進行的新型農(nóng)林用礦物復合保水劑的應(yīng)用試驗取得了較好的效果[16]，不僅具有增產(chǎn)增收、節(jié)約水資源、減緩水資源流失、賦肥保肥的功能，并且對環(huán)境的親和性強，無毒、無害、無污染。礦物復合保水劑的制備彌補了我國在該領(lǐng)域沒有成熟產(chǎn)品和先進技術(shù)的空白，打開了保水劑由單純有機物向無機—有機復合物方向發(fā)展的大門，為礦物復合保水劑向保水、保土、賦肥及土壤調(diào)理多功能方向發(fā)展提供了基礎(chǔ)性材料，走出了一條適合我國國情的大幅度降低保水劑實際生產(chǎn)成本的切實可行道路。

4　結(jié)語

我國是水資源缺乏的國家之一，干旱半干旱地區(qū)總面積超過455萬km2，占國土總面積的47%以上，即使在降水較多的地區(qū)，也存在季節(jié)性干旱問題。隨著我國干旱缺水問題日趨加劇和戰(zhàn)略重點逐步向西部轉(zhuǎn)移，水資源越來越成為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要制約因素之一。

從我國目前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和生態(tài)恢復需要等客觀環(huán)境條件來看，農(nóng)林用礦物復合保水劑產(chǎn)品的市場前景十分看好。原因為：①近年來全球及我國的干旱面積在擴大，在旱、澇、病蟲害等幾大災(zāi)害中，旱災(zāi)已經(jīng)成為對農(nóng)作物影響最大的天災(zāi)；②我國不僅水資源緊缺，而且水資源時空分布不均，不僅北方旱區(qū)缺水，南方很多地區(qū)也存在季節(jié)性缺水；

③我國水資源和肥料的利用率低，應(yīng)用礦物復合保水劑可提高水和肥利用率；④除了在農(nóng)業(yè)、林業(yè)方面應(yīng)用外，在西部大開發(fā)退耕還林以及生態(tài)建設(shè)方面也有較大的需求等。

選擇我國具有資源優(yōu)勢的非金屬礦產(chǎn)同具有吸水基團的有機單體復合，經(jīng)協(xié)同作用制備的礦物復合保水劑技術(shù)目前已成熟，礦物復合保水劑產(chǎn)品是高效農(nóng)林業(yè)、沙漠治理等領(lǐng)域急需推廣的材料，具有較廣闊的市場需求和發(fā)展前景。在現(xiàn)階段進行標準制定和推廣實施工作，可為生產(chǎn)和應(yīng)用企業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展和擴大應(yīng)用領(lǐng)域提供有效的技術(shù)支撐和應(yīng)用保障。

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《Mineral Composite Superabsorbent for Agriculture and Forestry》Industry Standard Manual

YU Li-xiu1, SUN Ya-guang2, YU Guang-jun3
(1. Zhengzhou Institute for Multipurpose Utilization of Mineral Resources, CAGS, Zhengzhou 450006, China; 2. College of Material Science and Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China; 3. Henan Nonferrous Metal Geology and Mineral Resources Bureau Third Geological Brigade, Zhengzhou 450018, China)

《Mineral composite superabsorbent for agriculture and forestry》of building materials industry standards for the preparation of the background, content standards, mineral composite water retention agent development and application were discussed. The standard of agriculture and forestry and NY886-2010 aquasorb standard technical indicators of the project and value are compared, on mineral superabsorbent composite products promotion and application prospect were reviewed in this paper.

water retaining agent; mineral composite; agriculture and forestry; standard

TD98；S482.99

A

1007-9386(2016)03-0004-03

2016-05-11

【開發(fā)利用】

國土資源部社會公益項目(編號：201211068)。