用于复合重金属污染土的固化剂及制备和应用方法技术

本发明专利技术公开了一种用于复合重金属污染土的固化剂及制备和应用方法，该固化剂由以下质量百分比的物料组成：钢渣粉40‑65％；轻烧氧化镁5‑25％；磷酸盐活化骨粉20‑45％。本发明专利技术的优点是：首先，该固化剂能够显著降低重金属污染土中的重金属迁移性及毒性浸出量，尤其用于重金属含量高且污染物种类较多的酸性污染场地，污染土修复后可作为环境友好型材料资源化利用，显著降低污染场地的二次开发利用中的环境风险；同时，该固化剂原材料易于获取、成本低廉、制备简单、使用方便、效果稳定，可大规模推广应用于复合污染场地的固化稳定化修复中。

Curing agent for composite heavy metal contaminated soil, preparation and application method

The invention discloses a method for curing agent and preparation method and application of compound heavy metal contaminated soil, the curing agent comprises the following components: material quality percentage of steel slag powder 40 65%; Magnesium Oxide 5 light burned 25%; 20 45% phosphate activated bone meal. The advantages of the invention are: first, the curing agent can significantly reduce the heavy metal pollution of heavy metals in soil leaching mobility and toxicity, especially for the high content of heavy metal and many kinds of pollutants in acid contaminated sites, remediation of contaminated soil can be used as environmentally friendly materials resource utilization, decrease two in development and utilization the environmental risk of contaminated sites; at the same time, the curing agent is easy to get raw materials and low cost, simple preparation, convenient use, stable effect, curable phytostabilization applied in compound contaminated sites in.

【技术实现步骤摘要】
用于复合重金属污染土的固化剂及制备和应用方法
本专利技术涉及环境岩土工程领域，尤其涉及一种用于复合重金属污染土的固化剂及制备和应用方法。
技术介绍
随着我国城市功能及城市布局的调整，原位于城市中心区、郊区的企业，例如化工厂、金属冶炼厂、电镀厂等都逐步关停或者退城进园，但工业、企业多年的生产过程，在其搬迁后遗留的土地中累积了大量污染物，不仅为遗留土地的高效利用带来了阻力，也为周围环境带来严重的安全隐患。近年来，政府颁布的《土壤污染防治行动计划》(土十条)也将污染土壤修复工作视为当前重要的民生工程之一，开展相关污染修复治理工作迫在眉睫。工业污染场地土壤重金属污染呈现为重金属物种类多、含量高及酸度大等特点。在重金属污染场地的修复中，固化稳定技术被广泛采用。常用的固化剂主要包括水泥、石灰及磷酸盐等材料，对重金属固化稳定化具有良好的效果，但也存在大量的缺点，例如生产水泥能耗大、温室气体排放多等；石灰、磷酸盐为不可再生天然矿物、成本高等；而且磷酸盐的大量施入，会严重改变土壤结构及进一步引发地下水、地表水的磷污染。综上所述，传统固化剂存在诸多缺陷，需要减少水泥及磷酸盐材料的使用，寻找一种能固化稳定重金属，同时固化稳定效率高、成本低廉、性能稳定、材料来源广泛且环境友好的新型固化剂成为环保科技工作者关注的焦点。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的第一目的是提供一种能够显著降低重金属污染土中的重金属迁移性及毒性浸出量的复合重金属污染土的固化剂；本专利技术的第二目的是提供该重金属污染土固化剂的制备方法；本专利技术的第三目的是提供该重金属污染土固化剂的应用方法。技术方案：本专利技术所述用于复合重金属污染土的固化剂，由以下质量百分比的物料组成：钢渣粉40-65％；轻烧氧化镁5-25％；磷酸盐活化骨粉20-45％。所述钢渣粉为由以下方法制备而成的活化钢渣粉：(1)将经过磁选后的转炉渣、平炉渣和电炉氧化渣等高活性钢渣中的一种或多种经过破碎过筛；(2)得到的产物中取粒径小于2mm的物料烘干至其含水率小于2％，优选采用100-105℃的气流烘干；(3)得到的产物进行研磨并过150-200目的筛后(例如可采用球磨)，再经500-700℃煅烧1-2h(例如可以优选采用电炉煅烧，节能实用)，得到活化钢渣粉。所述磷酸盐活化骨粉由以下方法制备而成：(1)制备浓度为0.01-0.05mol/L的磷酸盐溶液(该磷酸盐优选采用磷酸二氢钾，其水溶液为酸性，对钢渣活化效果更好)，将骨粉研磨过150-200目筛，得到磨细骨粉；(2)将磨细骨粉和硫酸铝按照质量比20-30:1混合，得到磨细骨粉混合料；(3)将所得磨细骨粉混合料和磷酸盐溶液按照1：10-15的比例进行混合，在20-30℃下振荡搅拌10-15h后静置36-48h，得到凝胶状沉淀物；(4)将凝胶状沉淀物采用100-250℃的气流烘干至其含水率小于2％，所得产物磨细过150-200目筛，得到磷酸盐活化骨粉，其中，例如可以采用气流烘干快速，药剂不易结块，方便后续药剂生产。所述骨粉为蒸骨法获得的蒸骨粉。所述蒸骨粉由以下方法制备而成：将干燥兽骨破碎成小于5cm的块体后，在115-130℃下蒸24h，再在60-80℃下烘干至质量恒定，在140-160℃下煅烧0.5-1h，冷却后磨细过150-200目筛。所述干燥兽骨为猪骨、牛骨或鱼骨中的一种或多种，蒸制处理后钙含量大于30％，磷含量大于14％。所述用于复合重金属污染土的固化剂的制备方法包括如下步骤：按重量百分比将钢渣粉、轻烧氧化镁以及磷酸盐活化骨粉进行混合，采用干法搅拌0.5-1h至混合均匀后过150-200目筛，得到固化剂。所述用于复合重金属污染土的固化剂的应用方法为：将所述固化剂与重金属污染土混合搅拌，其中，该固化剂用量为重金属污染土干重质量的5-15％，且该重金属污染土的含水率为16-30％。所述重金属污染土中粒径小于0.075mm的颗粒含量为65-100％，其中重金属铅含量大于2000mg/kg，重金属锌含量大于2000mg/kg，重金属铜含量大于2000mg/kg，重金属镍含量大于2000mg/kg。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著的优点为：(1)重金属固化效果佳。首先，本专利技术中涉及到的骨粉活化过程能改善骨粉的表面形态特征及有效磷的溶出量，有效增加其对重金属离子的吸附、沉淀效果；其次，钢渣粉在氧化镁的激发作用下，其潜在的胶凝特性得以展现，对重金属的磷酸盐沉淀及氢氧化物沉淀进行了有效的包裹作用，大大增强了单纯使用磷酸盐对重金属的固化稳定化效果；再次，钢渣中溶解出来的氧化钙水化生成Ca(OH)2，通过酸碱反应中和污染土壤中的酸性物质。(2)耐久性能好。传统固化剂易受二氧化碳侵蚀及酸雨侵蚀的影响，产生固化污染土环境安全性及工程特性劣化衰减现象。本专利技术中涉及的固化剂能够有效克服上述缺点，由于生成的重金属磷酸盐类沉淀，其在多种pH环境下溶解度均较低，并且在钢渣的水化产物C-S-H凝胶的包裹作用下，可以有效减小重金属沉淀与酸性溶液的接触；同时钢渣本身具有极强的酸缓冲能力及吸收二氧化碳的能力，二氧化碳侵蚀作用下，生成CaCO3晶体进一步填充固化体的孔隙，有效降低酸性溶液入渗量，进一步增加固化体在恶劣环境下的稳定性。(3)有效利用废物原料，环境友好型固化剂。首先，钢渣作为一种工业废渣，大面积堆积，已经造成了严重的环境污染，通过对钢渣的活化，有效提高了钢渣的利用价值，变废为宝。其次，钢渣作为一种高碱性材料，直接用于重金属污染土的固化稳定化中，固化土pH较高，会给土地的后期开发利用带来很多问题，通过活化骨粉加入有效降低了固化土的pH，并且通过磷酸二氢钾的添加，使其对重金属的固化稳定化效果达到最佳。再次，畜骨也是一种工业废渣，通过蒸制、煅烧及活化处理后能够实现对钢渣的激发，增加钢渣的水化活性及对重金属的固化稳定化效果。具体实施方式实施例1本专利技术用于复合重金属污染土的固化剂，由以下质量份的物料组成：钢渣粉45％；轻烧氧化镁20％；磷酸盐活化骨粉35％。所述钢渣粉为由以下方法制备而成的活化钢渣粉：将转炉渣经过磁选后进行破碎过筛；得到的产物中取粒径小于2mm的物料放置烘箱内采用温度为105℃的气流烘干至其含水率为1％；得到的产物进行研磨并过200目的筛后，再经700℃电炉煅烧2h得到。该钢渣粉碱度值为2.07。该钢渣的主要成分及含量见表1，值得说明的是，用于本专利技术的钢渣并不局限于表1中的数据，其仅为本实施例所采用的钢渣：表1钢渣主要成分及含量主要化学成分CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOP2O5含量(％)36.3016.263.3218.668.351.26所述磷酸盐活化骨粉由以下方法制备而成：制备浓度为0.05mol/L的磷酸二氢钾溶液，并将骨粉研磨过200目筛，得到磨细骨粉；将磨细骨粉和硫酸铝按照质量的比30:1进行充分混合，得到磨细骨粉混合料；将所得混合料和磷酸二氢钾溶液按照固液比为1：12的比例进行混合，在25℃下，振荡搅拌15h后静置48h，得到凝胶状沉淀物；将凝胶状沉淀物采用200℃的气流烘干至其含水率为1％，所得产物研磨过200目筛，得到负载磷酸二氢钾的活化骨粉。所述骨粉为蒸骨法获得的蒸骨粉。所述蒸骨粉由以下方法制备而成：将干燥兽骨破碎成小于3cm的块体后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于复合重金属污染土的固化剂，其特征在于：由以下质量百分比的物料组成：钢渣粉40‑65％；轻烧氧化镁5‑25％；磷酸盐活化骨粉20‑45％。

【技术特征摘要】
1.一种用于复合重金属污染土的固化剂，其特征在于：由以下质量百分比的物料组成：钢渣粉40-65％；轻烧氧化镁5-25％；磷酸盐活化骨粉20-45％。2.根据权利要求1所述的用于复合重金属污染土的固化剂，其特征在于：所述钢渣粉为活化钢渣粉，由以下方法制备而成：(1)将经过磁选后的转炉渣、平炉渣和电炉氧化渣中的一种或多种经过破碎过筛；(2)得到的产物中取粒径小于2mm的物料烘干至其含水率小于2％；(3)得到的产物进行研磨并过150-200目的筛后，再经500-700℃煅烧1-2h，得到活化钢渣粉。3.根据权利要求1所述的用于复合重金属污染土的固化剂，其特征在于：所述磷酸盐活化骨粉由以下方法制备而成：(1)制备浓度为0.01-0.05mol/L的磷酸盐溶液，将骨粉研磨过150-200目筛，得到磨细骨粉；(2)将磨细骨粉和硫酸铝按照质量比20-30:1混合，得到磨细骨粉混合料；(3)将所得磨细骨粉混合料和磷酸盐溶液按照固液比为1：10-15的比例进行混合，在20-30℃下振荡搅拌10-15h后静置36-48h，得到凝胶状沉淀物；(4)将凝胶状沉淀物采用100-250℃的气流烘干至其含水率小于2％，所得产物磨细过150-200目筛，得到磷酸盐活化骨粉。4.根据权利要求1或3所述的用于复合重金属污染土的固化剂，其特征在于：所述骨粉为蒸骨法...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亚松，杜延军，夏威夷，伍浩良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32