适用于强酸性复合重金属污染土的固化剂及制备与使用方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于强酸性复合重金属污染土的固化剂及制备和使用方法，该固化剂由以下质量百分比的物料组成：钢渣粉40‑65％；过磷酸钙粉20‑50％；石膏粉3‑21％。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，尤其适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 suitable for strong acid composite heavy metal contaminated soil and preparation and use method thereof

Curing agent and preparation and use of the invention discloses a method for strong acid compound heavy metal polluted soil, the curing agent comprises the following components: material quality percentage of steel slag powder 40 65%; 20 50% superphosphate powder; gypsum powder 3 21%. 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 suitable for high content of heavy metal pollutants and more acidic contaminated sites, remediation of contaminated soil can be used as the environment friendly material 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, can be widely applied to the solidification and stabilization of composite repair of contaminated sites.

【技术实现步骤摘要】
适用于强酸性复合重金属污染土的固化剂及制备与使用方法
本专利技术涉及环境岩土工程领域，尤其涉及一种适用于强酸性复合重金属污染土的固化剂及制备与使用方法。
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。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强酸性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使用方法。技术方案：本专利技术所述适用于强酸性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％；过磷酸钙粉20-50％；石膏粉3-21％。该固化剂的组成物料优选为：钢渣粉45-60％；过磷酸钙粉25-45％；石膏粉8-16％。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；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；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)，得到钢渣粉。(2)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)；(3)将钢渣粉和硫酸铝按照质量比20-30:1混合，得到钢渣粉混合料；(4)将所得钢渣粉混合料与磷酸盐溶液按照1：10-15的比例混合，在20-30℃下振荡搅拌10-15h后静置36-48h，得到凝胶状沉淀物；(5)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200目筛，得到活化钢渣粉，其中，采用气流烘干快速，药剂不易结块，方便后续药剂生产。所述过磷酸钙粉由以下方法制备而成：将P2O5含量为14-20％的过磷酸钙采用100-250℃的气流烘干至其含水率小于2％，研磨过150-200目筛。所述石膏粉为熟化脱硫石膏粉，由以下方法制备而成：将工业生产过程中产生的脱硫石膏以60-80℃烘干至其质量恒定，再在140-160℃下煅烧0.5-1h后冷却(优选电炉煅烧)，研磨过150-200目筛，得熟化脱硫石膏粉。所述适用于强酸性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、过磷酸钙粉以及石膏粉进行混合，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。所述适用于强酸性复合重金属污染土的固化剂的使用方法为：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钢渣活化过程能改善钢渣的表面形态特征，有效增加其对重金属离子的吸附效果；其次，钢渣在石膏的激发作用下，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过磷酸钙的对重金属的固化效果；再次，钢渣中溶解出来的氧化钙水化生成Ca(OH)2，而过磷酸钙的主要成分为Ca(H2PO4)2，两者在水溶液环境下发生酸碱反应生成大量羟基磷灰石晶体。羟基磷灰石能够高效吸附络合Pb、Zn、Cu及Ni等重金属，其与重金属生成的羟基磷灰石重金属盐溶解度较重金属氢氧化物低几十个数量级，同时其在酸性及碱性条件下溶解较低，固化效果更佳稳定。(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团聚在腐植酸粉粒周围，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，通过活化改性，在有效增加了钢渣对重金属的固化效果的同时，也有效降低了固化土的pH，并且通过过磷酸钙的添加，使其对重金属的固化稳定化效果达到最佳。再次，脱硫石膏也是一种工业废渣，通过煅烧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本专利技术适用于强酸性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50％；过磷酸钙粉35％；石膏粉15％。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经过破碎过筛；得到的产物中取粒径小于2mm的物料烘干至其含水率为0.5％；得到的产物进行研磨并过150目的筛后，再经600℃煅烧1.5h，得到钢渣粉；(2)制备浓度为0.05mol/L的磷酸二氢钾溶液；(3)将钢渣粉和硫酸铝按照质量比25:1混合，得到钢渣粉混合料；(4)将所得钢渣粉混合料与磷酸二氢钾溶液按照固液比为1：12的比例混合，在30℃下振荡搅拌15h后静置48h，得到凝胶状沉淀物；(5)将凝胶状沉淀物采用200℃的气流烘干至其含水率为0.5％，所得产物磨细过200目筛，得到活化钢渣粉。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，适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所述过磷酸钙粉由以下方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于强酸性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％；过磷酸钙粉20‑50％；石膏粉3‑21％。

【技术特征摘要】
1.一种适用于强酸性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％；过磷酸钙粉20-50％；石膏粉3-21％。2.根据权利要求1所述的适用于强酸性复合重金属污染土的固化剂，其特征在于：所述钢渣粉45-60％；过磷酸钙粉25-45％；石膏粉8-16％。3.根据权利要求1或2所述的适用于强酸性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；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％；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，得到钢渣粉；(2)制备浓度为0.01-0.05mol/L的磷酸盐溶液；(3)将钢渣粉和硫酸铝按照质量比20-30:1混合，得到钢渣粉混合料；(4)将所得钢渣粉混合料与磷酸盐溶液按照固液比为1：10-15的比例混合，在20-30℃下振荡搅拌10-15h后静置36-48h，得到凝胶状沉淀物；(5)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200目筛，得到活化钢渣粉。4.根据权利要求1所述的适用于强酸性复合重金属污染土的固化剂，其特征在于：所述过磷酸钙粉由以下方法制备而成：将P2O5含量为14-20％过磷酸钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜延军，冯亚松，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