一种环境岩基矿物材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于土壤改良与修复技术领域，具体涉及一种环境岩基矿物材料及其制备方法和应用。本发明专利技术提供了一种环境岩基矿物材料的制备方法，包括以下步骤，将岩石矿物进行初步粉碎后置于密闭容器中，然后向所述密闭容器中通入饱和水蒸气进行反应，反应结束后再进行二次粉碎，得到所述环境岩基矿物材料；其中，反应过程中，所述密闭容器的压力为1

【技术实现步骤摘要】
一种环境岩基矿物材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于土壤改良与修复
，具体涉及一种环境岩基矿物材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]岩基矿物是一种天然的矿物，广泛的存在于地层中。土壤矿物包括原生矿物和次生矿物，是土壤矿质养分的主要物质来源。土壤中原生矿物主要由成土母岩继承和演变而来，主要有长石、云母、石英等，存在于土壤砂粒与粉粒组分中；土壤中长石、云母等原生矿物通过物理、化学和生物的作用，逐渐形成水化云母、绿泥石、高岭石、蒙脱石、蛭石、水铝石等次生矿物，颗粒较细小，主要存在于土壤的粘粒组分中，也称为粘土矿物。
[0003]环境岩基矿物材料通常是由天然矿物或岩石等原料经提纯、加工、改性等工艺制备而成，是一类与生态环境具有良好协调性或直接具有防治污染和修复环境功能的矿物材料。岩基矿物材料因来源广，储量丰富，价格低廉，具有独特的表面吸附性、离子交换性、自发极化等特点，被认为是绿色高效、环境友好型的重金属钝化材料。目前岩基矿物材料的制备主要包括机械力法、物理法和化学法。机械力法是利用超细粉碎及其他强烈机械力作用有目的地对矿物表面进行激活，在一定程度上改变矿物表面的晶体结构、溶解性能、反应活性等，主要包括球磨超细粉碎和机械挤压。物理加热按照导热方式分为常规干燥法和微波加热法，通过高温可使矿物失去结晶水、结构水，进而改变矿物比表面积和孔隙容积。常用的化学法多为加入无机酸，可增加矿物的比表面积，获得具有多空和活性位点的固体材料。目前，国内外岩基矿物材料的研究和应用的瓶颈依然是如何大规模、低成本、可控地制备。
[0004]当前，随着经济快速发展和农业高度集约化生产，土壤不断遭到各种“有害”物质的污染。污染农田土壤的重金属主要包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素，主要来自采矿废渣、农药、废水、污泥和大气沉降等，过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，在作物籽实中富集系数较高，重金属通过食物链进入人体后，威胁人体健康。原位钝化修复由于成本低廉、操作方便、修复时间短、能显著缓解土壤重金属的植物毒性等特点，能够满足我国大面积中、轻度重金属污染农田的治理需求，因此，原位钝化修复技术在我国重金属污染农田土壤修复中得到广泛推崇。目前，针对重金属原位钝化(稳定化)材料有很多研究，常见的包括不同含磷材料、生物炭、黏土矿物、氧化物、农业副产品(堆肥、有机肥等)等。近20多年来，我国利用原位钝化技术进行重金属污染的农田土壤修复开展了较多的研究，该研究领域目前处于世界领跑地位，但纵观现有的研究成果与现有的专利技术，仍面临一定技术局限性，如：污染土壤修复单项技术性能差，集成技术的组合模式少、协同性差；现有的农田修复阻控剂与钝化剂产品(材料)效果不稳定，性价比高、效果持久的稳定化材料缺乏；钝化剂材料中含有其他有害元素，存在废物增容问题；钝化材料成本高等。基于此，开展具有高性价比和长效的、环境友好的稳定化材料研制，仍然是未来农田重金属稳定化修复技术重要发展方向之一。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种环境岩基矿物材料及其制备方法和应用，其目的是为了解决现有技术中，土壤钝化剂原材料成本高，会对土壤环境造成二次污染的问题。
[0006]针对上述技术缺陷，本专利技术的目的之一是提供一种环境岩基矿物材料的制备方法，本专利技术的目的之二是提供所述制备方法得到的环境岩基矿物材料，本专利技术目的之三是提供所述环境岩基矿物材料的应用。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种环境岩基矿物材料的制备方法，包括以下步骤，
[0008]将岩石矿物进行初步粉碎后置于密闭容器中，然后向所述密闭容器中通入饱和水蒸气进行反应，反应结束后再进行二次粉碎，得到所述环境岩基矿物材料；
[0009]其中，反应过程中，所述密闭容器的压力为1
‑
3MPa(比如：2MPa)，温度为200
‑
350℃(比如：210℃、220℃、230℃、240℃、310℃、330℃)。
[0010]本专利技术的制备工艺可以保证得到的岩基矿物材料的粒径达到微米级，比表面积大，阳离子交换量大，进而可以增加对重金属的吸附性能。
[0011]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，反应过程中，保持所述压力和温度的时间为60
‑
180min(比如：80min、100min、120min、140min、160min)。
[0012]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述密闭容器的压力为1.2
‑
2.4MPa(比如：1.6MPa、1.8MPa、2.0MPa、2.2MPa)，温度为250
‑
300℃(比如：260℃、270℃、280℃、290℃)。
[0013]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述岩石矿物在所述初步粉碎后粒径为≥30mm，更优选为30
‑
60mm(比如：40mm、50mm)。
[0014]本专利技术的方法可以采用低能耗对大尺寸岩石矿物进行处理以获得纳米级岩基矿物材料粉末，即本专利技术采用临界态水对大尺寸岩石矿物进行处理后只要经过简单的研磨即可获得微米级岩基矿物材料粉末，无需像直接采用机械力法对岩石矿物粉碎那样耗费大量的能源。
[0015]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述二次粉碎的时间为10s
‑
1min(比如：20s、40s、50s)；
[0016]所述二次粉碎的方式为干法研磨，优选地，粉碎机的稳定功率为1.1kW。
[0017]本专利技术中进行二次粉碎的设备可以是干磨机、破碎机或粉碎机。
[0018]在上述制备方法中，作为一种优选实施方式，所述岩石矿物包括钠长石、钾长石、中长石、拉长石、角闪石、培长石、钙长石中的一种或多种。
[0019]第二方面，本专利技术还提供了一种上述制备方法得到环境岩基矿物材料。
[0020]在上述环境岩基矿物材料中，作为一种优选实施方式，所述环境岩基矿物材料的粒径小于1mm，优选地，所述环境岩基矿物材料的粒径为10
‑
40μm，比如14.59
‑
28.43μm。
[0021]在上述环境岩基矿物材料中，作为一种优选实施方式，所述环境岩基矿物材料的比表面积为35m2/g以上，优选为35
‑
80m2/g，比如42.36
‑
58.70m2/g。
[0022]在上述环境岩基矿物材料中，作为一种优选实施方式，所述土壤阳离子交换量为80cmol/kg以上，优选为80
‑
140cmol/kg，比如96.43
‑
126.4cmol/kg。
[0023]第三方面，本专利技术还提供了一种环境岩基矿物材料在治理土壤重金属污染中的应用。
[0024]在上述应用中，作为一种优选实施方式，所述应用是将上述环境岩基矿物材料与重金属污染土壤混合；更优选地，所述环境岩基矿物材料与重金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境岩基矿物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，将岩石矿物进行初步粉碎后置于密闭容器中，然后向所述密闭容器中通入饱和水蒸气进行反应，反应结束后再进行二次粉碎，得到所述环境岩基矿物材料；其中，反应过程中，所述密闭容器的压力为1
‑
3MPa，温度为200
‑
350℃。2.根据权利要求1所述的环境岩基矿物材料的制备方法，其特征在于，反应过程中，保持所述压力和温度的时间为60
‑
180min。3.根据权利要求1所述的环境岩基矿物材料的制备方法，其特征在于，所述密闭容器的压力为1.2
‑
2.4MPa，温度为250
‑
300℃。4.根据权利要求1所述的环境岩基矿物材料的制备方法，其特征在于，所述岩石矿物在所述初步粉碎后粒径为≥30mm，更优选为30
‑
60mm。5.根据权利要求1所述的环境岩基矿物材料的制备方法，其特征在于，所述二次粉碎的时间为10s
‑
1min；所述二次粉碎的方式为干法研磨，优选地，粉碎机的稳定功率为1.1kW。6.根据权利要求1所述的环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：王萌，陈世宝，韩昀，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，
类型：发明
国别省市：