一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂，该钝化剂由以下质量份数的原料制成：粘土矿物6‑10份、工业废弃物45‑60份、磷酸二氢钙4‑6份、铁盐2‑5份；其中，所述工业废弃物为粉煤灰、赤泥中的任意一种或两种混合。本发明专利技术还涉及所述铅镉复合污染土壤原位钝化剂的制备方法和使用方法。本发明专利技术所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂能显著降低铅、镉等重金属在土壤中的可交换态含量，具有钝化修复效果好、修复成本低、使用方便、不会破坏土壤结构等优点。

Lead and cadmium compound contaminated soil in-situ passivating agent and preparation method thereof

The present invention relates to a lead and cadmium contaminated soil in situ passivating agent. The passivating agent is made from the following mass fraction of raw materials: 6 clay minerals, 45 industrial wastes, 60 copies, 6 calcium dihydrogen phosphate 4, and 5 iron salts 2. Among them, the industrial wastes are any one or two kinds of mixture of fly ash and red mud. The invention also relates to the preparation method and the use method of the lead cadmium compound pollution soil in situ passivating agent. The lead and cadmium contaminated soil in situ passivating agent can significantly reduce the exchangeable content of heavy metals such as lead and cadmium in soil, which has the advantages of good passivation effect, low repair cost, convenient use and no destruction of soil structure.

【技术实现步骤摘要】
一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂及其制备方法
本专利技术涉及农田土壤改良
，特别是涉及一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂及其制备方法。
技术介绍
土壤是资源的核心，是动植物生长繁殖的基础，也是人类生存和生活的重要介质。土壤作为大气污染、水体污染和固体废弃物的最终受体，易被人类活动所损害导致被污染，其污染主要是由矿产资源的采、选、冶等工业生产的“三废”以及污灌、农药、化肥的农业上不合理施用等引起的。土壤中的重金属污染往往是以某一重金属元素为主，二种或二种以上的重金属元素在土壤中同时存在且其含量均明显高于国家土壤环境质量标准或已经达到影响土壤环境质量水平，即称为多种重金属并存的复合污染。由于土壤重金属污染的多样性、复杂性，为修复治理带来技术难度。目前，常用的重金属污染土壤修复技术可分为工程措施、电动修复法、化学淋洗法、化学钝化修复法、植物修复和微生物修复法。从现有的治理方法来看，各项修复技术都有其优势，同时又都存在一定的局限性。钝化修复是基于向土壤中添加稳定化剂，通过吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等一系列反应，以降低污染物的生物有效性和可迁移性，从而达到修复目的的方法。这种方法因投入低、效率高、修复快速、操作简单等优越性，对于大面积污染土壤的修复具有较好的应用前景。目前，土壤重金属污染的钝化修复主要集中在单一元素上，对土壤多种重金属并存的复合污染的同时修复研究较少。而现实中土壤通常是被多种重金属污染，复合污染土壤中不同重金属离子有着独特的移动性能，且不同元素或化合物之间存在拮抗、协同、加和等交互作用，很难找出单一的物质既能降低多种重金属离子的移动性，又能钝化多种污染物。因此，研制能同时钝化多种污染物的修复剂，是修复成功的技术关键，同时可以大大地降低修复成本，现已成为科技人员努力工作的方向。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于，针对现实中土壤通常被多种重金属复合污染的情况，提供一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其能显著降低铅(Pb)、镉(Cd)等重金属在土壤中的可交换态含量，具有钝化修复效果好、修复成本低、使用方便、不会破坏土壤结构等优点。本专利技术采取的技术方案如下：一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂，由以下质量份数的原料制成：粘土矿物6-10份、工业废弃物45-60份、磷酸二氢钙4-6份、铁盐2-5份；其中，所述工业废弃物为粉煤灰、赤泥中的任意一种或两种混合。其中，粘土矿物主要是通过吸附作用来修复土壤中的金属，其吸附作用包括表面吸附与离子交换吸附，表面吸附是因为其具有巨大的表面积，表面能较大，引起系统自由能降低；离子交换吸附则是通过类质同象替换使粘土矿物带永久电荷，从而吸附异电离子来保证电荷平衡，粘土矿物的层间还有大量的负电荷(羟基)，与土壤中的重金属离子发生配合作用后，大大降低重金属的交换态。粉煤灰和赤泥为工业生产过程中所产生的副产物，含有大量的Fe2O3、Al2O3和CaO，它们的比表面积大，因此对土壤中重金属(Cu、Pb、Cd、Zn)有较强的吸附能力。每年我国产生的赤泥、粉煤灰的数量高达数百万吨，以至于大量堆放的工业废弃物严重占用大量土地，对生态环境造成不利影响，而将工业废弃物用作复合污染土壤的钝化剂，可以实现以废治污，变废为宝。磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2)对不同的金属的修复机理不一样，土壤中的Pb与磷酸二氢钙可生成溶解度很小的矿物，发生吸附、共沉淀等多种作用，其中以沉淀机制为主导作用；土壤中的Cd、Zn、Cu主要通过离子交换、表面络合作用进入到磷酸二氢钙的不定型晶格中发生钝化和沉淀，其中Cd更倾向于与磷酸二氢钙中的Ca2+发生离子交换，从而进到磷酸二氢钙的晶格中。铁盐起到活化其他原料的作用，与单一钝化剂相比，磷酸二氢钙与铁盐复配使用能够促进可氧化态Cd向可还原态转化和残渣态Cd的转化，因此可提高钝化剂整体对污染土壤的钝化、修复效果。在治理复合污染土壤时，本专利技术所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂中各组分相互协作、共同作用，使得重金属在土壤中的可交换态含量大大降低，移动性显著下降。通过对钝化前、后土壤进行浸出毒性检测发现，钝化修复后土壤中的铅镉砷等的浸出率很低。而且，所述铅镉复合污染土壤原位钝化剂的主要原料为非金属矿物材料，其本身广泛存在于土壤中，且使用添加量很小，不会破坏土壤结构，对土壤的理化指标、营养指标等均不会有影响。相对于现有技术，本专利技术的钝化剂配方合理，原料廉价易得，且具有制备工艺简单、投入低、修复快速高效等优越性，对于大面积污染土壤的修复有较好的应用前景。进一步地，所述粘土矿物为高岭土、海泡石、膨润土、沸石、硅藻土中的任意一种或多种混合。进一步地，所述粘土矿物由质量比为1:1的海泡石与沸石混合而成。海泡石与沸石是天然的粘土矿物，来源广泛，具有较大的比表面积和良好的机械稳定性，对环境有较好的自净能力。进一步地，所述工业废弃物由质量比为6:1的粉煤灰与赤泥混合而成。进一步地，所述铁盐为硫酸亚铁(FeSO4)、硫酸铁(Fe2(SO4)3)、聚合硫酸铁、六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)中的任意一种或多种混合。进一步地，由以下质量份数的原料制成：粘土矿物8.5份、工业废弃物50份、磷酸二氢钙5份、铁盐2.5份。本专利技术的另一目的在于，提供上述任一项所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)按质量比1:1称取海泡石和沸石，混合后进行破碎、粉磨、过筛，得到混合料，再将混合料煅烧，冷却后粉碎、过筛，得到粘土矿物；(2)按质量比6:1称取粉煤灰和赤泥，混合后得到复合料，再将复合料投入混合酸中进行活化，活化后进行过滤、洗涤、烘干、过筛，得到工业废弃物；(3)按配比将步骤(1)所得粘土矿物、步骤(2)所得工业废弃物、磷酸二氢钙和铁盐混合均匀，得到所述铅镉复合污染土壤原位钝化剂。本专利技术的制备方法步骤简单、易于实现。步骤(1)对海泡石和沸石进行热改性，能进一步增大比表面积和提高机械稳定性，提高其净化效果。步骤(2)对粉煤灰和赤泥进行活化处理，能大幅度增加其比表面积，提高对土壤中重金属的吸附能力。进一步地，步骤(1)中，煅烧温度为400-450℃，煅烧时间为2小时。进一步地，步骤(2)中，所述混合酸是由浓度为1mol/L的盐酸和浓度为1mol/L的硫酸按体积比1:3混合而成，复合料与混合酸的固液比为1g:8mL，活化温度为80℃，活化时间为90分钟。本专利技术的另一目的在于，提供上述任一项所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂的使用方法，该使用方法包括以下步骤：对松土后的每亩污染农田施撒500-700kg钝化剂，然后翻挖3-5次，并在土壤表面喷洒水使土壤含水量维持在田间持水量的35～50％范围内，施撒钝化剂10-20天后完成土壤修复。所述铅镉复合污染土壤原位钝化剂的使用方法简便，使用添加量很小，且修复效率高。具体实施方式本专利技术提供的铅镉复合污染土壤原位钝化剂，由以下质量份数的原料制成：粘土矿物6-10份、工业废弃物45-60份、磷酸二氢钙4-6份、铁盐2-5份。其中，所述工业废弃物为粉煤灰、赤泥中的任意一种或两种混合；所述粘土矿物为高岭土、海泡石、膨润土、沸石、硅藻土中的任意一种或多种混合；所述铁盐为硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、六水合氯化铁中的任意一种或多种混合。具体地，所述铅镉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其特征在于：由以下质量份数的原料制成：粘土矿物6‑10份、工业废弃物45‑60份、磷酸二氢钙4‑6份、铁盐2‑5份；其中，所述工业废弃物为粉煤灰、赤泥中的任意一种或两种混合。

【技术特征摘要】
1.一种铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其特征在于：由以下质量份数的原料制成：粘土矿物6-10份、工业废弃物45-60份、磷酸二氢钙4-6份、铁盐2-5份；其中，所述工业废弃物为粉煤灰、赤泥中的任意一种或两种混合。2.根据权利要求1所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其特征在于：所述粘土矿物为高岭土、海泡石、膨润土、沸石、硅藻土中的任意一种或多种混合。3.根据权利要求2所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其特征在于：所述粘土矿物由质量比为1:1的海泡石与沸石混合而成。4.根据权利要求1所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其特征在于：所述工业废弃物由质量比为6:1的粉煤灰与赤泥混合而成。5.根据权利要求1所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其特征在于：所述铁盐为硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、六水合氯化铁中的任意一种或多种混合。6.根据权利要求1-5任一项所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂，其特征在于：由以下质量份数的原料制成：粘土矿物8.5份、工业废弃物50份、磷酸二氢钙5份、铁盐2.5份。7.权利要求1-6任一项所述的铅镉复合污染土壤原位钝化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)按质量比1:1称取海泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟新，黄雯孝，许正繁，解原，李立，晏晟，成景特，刘海明，姜小嵎，梁冠杰，
申请(专利权)人：广东省矿产应用研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44