一种尾矿负载生物炭土壤修复剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种尾矿负载生物炭土壤修复剂及其制备方法，将尾矿和餐余垃圾混合均匀后进行球磨，向球磨后的混合物中加入碱液进行水浴处理，静置并干燥后，将混合物进行升温煅烧，自然冷却至室温。本发明专利技术实现固废中碳源向贫瘠土壤中的转移，并且解决尾矿中重金属污染以及餐余垃圾难处理的问题，将二者结合制备成尾矿生物碳复合材料，增加土壤碳储备，降低土壤重金属危害。金属危害。金属危害。

【技术实现步骤摘要】
一种尾矿负载生物炭土壤修复剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳转移
，更加具体地说，涉及一种尾矿生物碳复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着经济的飞速发展，我国对资源的利用与开发，工业固废和城市固废也随之增多，固体废弃物由于成分复杂、重金属含量高、酸性碱性过高等会对大气、水体以及土壤造成不同程度的危害。因此如何处理日渐增多的固体废弃物是人类目前亟待解决的问题。
[0003]尾矿作为工业废弃物的主要部分，每年的产出量大约占工业固体废弃物总量的三分之一，超过煤矸石、粉煤灰等其它固体废弃物的产出量。大量尾矿得不到处理堆积在矿区，侵占土地资源，且由于技术等原因，尾矿中残留大量有用金属未被利用，更为重要的一点则是尾矿中含有大量重金属元素，堆积的尾矿容易造成周边环境的污染。对尾矿处理最简单的方法是加入固化剂固化尾矿中的重金属，中国专利(CN101912865A)公开了“一种不设尾矿库的选矿尾矿固化处理干式堆存方法”，该专利使用干式堆存的方法处理尾矿，尽管达到了重金属固化的效果，但是并没用解决尾矿堆积的问题，并且处理过程中需要加入固化剂，增加成本。相对于通过加入固化剂的方法，利用尾矿制成建筑材料和其它材料更具有实际意义，不仅固化尾矿中的重金属，同时利用尾矿取得良好的经济效益。中国专利(CN103274669A)公开了“一种铜钼尾矿干挂空心陶瓷板及其制备方法”将尾矿制成硅酸盐砖，不仅制备出具有经济效益的产品，同时高温过程中将重金属固化。但该方法对尾矿有成分要求，且高温烧制会浪费能源，其它建筑材料也都存在相同的问题。将尾矿重金属固化，改善其理化性质不仅要考虑效果，同时成本问题也是不能忽视的因素。
[0004]餐余垃圾作为城市固废，大量堆积会产生臭气、二氧化碳以及甲烷等，且其内含有大量有机物，极易腐败变质，产生细菌。因此厨余垃圾不仅会造成环境的污染，同时也会影响人体健康。处理餐余垃圾目前主要的方法是填埋，焚烧以及堆肥等。中国专利(CN105478441A)公开了“餐余垃圾处理设备”，该设备包括沉淀池、油水分离池、研磨腔以及干湿分离装置对餐余垃圾进行多步骤处理。尽管对餐余垃圾进行处理后再进行填埋，减少了对环境造成的风险，但仪器复杂，成本过高是该方法的弊端。中国专利(CN211247719U)公开了“一种循环产业园中多种固废的处理系统”，将餐余垃圾与粪便以及其它固废用于发电，尽管可以取得不错的经济效益，且对环境造成污染小，但是餐余垃圾作为低热值的城市固废，燃烧前需对其进行处理。
[0005]对于两种固体废弃物的处理手段目前还停留在对单一固废的解决与利用，且处理方法成本高，经济效益差。利用微波加热可以快速的制备碳含量较高的土壤修复剂，且具有低能耗、制备速度快等优点，对制备该类型材料具有实际意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了实现固废中碳源向贫瘠土壤中的转移，并且解决尾矿中重金属污染以及餐余垃圾难处理的问题，将二者结合制备成尾矿生物碳复合材料，增加土壤碳储备，降低土壤重金属危害。将重金属含量高的尾矿(钼尾矿、铁尾矿、铅尾矿等)与餐余垃圾混合(油水分离，干燥处理)进行加热，成功制备出尾矿
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生物炭有机无机复合体，将废弃的碳源转移到材料中，少量硅酸盐形态的铁被还原成铁氧化物，且生物炭负载其表面，Si原子与碳原子形成共价键。重金属氧化物以硅酸盐的形式固化在尾矿内部，生物炭吸附尾矿中水溶态和可交换态的重金属离子，该材料可以广泛应用于重金属污染的矿区及其相关领域(如作为可供植物生长的新型土壤修复剂)，增加土壤碳含量，降低土壤重金属有效性。
[0007]本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现。
[0008]一种尾矿负载生物炭土壤修复剂及其制备方法，将尾矿和餐余垃圾混合均匀后进行球磨，向球磨后的混合物中加入碱液进行水浴处理，静置并干燥后，将混合物进行升温煅烧，自然冷却至室温，其中：
[0009]尾矿和餐余垃圾的质量比为(3—5)：1，优选5：1；
[0010]进行球磨时，球料质量比为(2—3)：1，优选3：1，球磨转速为500—800rpm，研磨时间为30—60min；
[0011]碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾的水溶液，浓度为3—5mol/L，水浴处理的温度为80—90摄氏度，水浴处理的时间为1—2小时，在室温20—30摄氏度下静置20—24小时；
[0012]在进行升温煅烧过程中，采用管式炉或者微波加热器，并通入惰性保护气体以确保反应在无氧条件下进行，保温煅烧温度为450—750摄氏度，时间为1—3小时。
[0013]在本专利技术的技术方案中，尾矿为钼尾矿、铁尾矿或者铅尾矿，主要矿物相是石英、绿泥石、堇青石、闪石等，主要物相绿泥石、闪石等物相含量之和超过20％，石英含量超过70％。
[0014]在本专利技术的技术方案中，尾矿过200—300目筛。
[0015]在本专利技术的技术方案中，将餐余垃圾进行油水分离，并取经过油水分离的餐余垃圾60—质量份，与15—20质量份的水和15—20质量份的氢氧化物(如氢氧化钾、氢氧化钠)进行混合搅拌并静置，备用，搅拌时间为1—2小时，搅拌速度为每分钟100—200转，静置时间为10—12小时，静置温度为20—30摄氏度。
[0016]在本专利技术的技术方案中，待静置后，将混合物置于烘箱中进行干燥，温度50—60摄氏度，时间40—48小时。
[0017]在本专利技术的技术方案中，自室温20—25摄氏度升温，速率为5—10℃/min。
[0018]在本专利技术的技术方案中，保温煅烧温度为450—650摄氏度，时间为2—3小时。
[0019]在本专利技术的技术方案中，惰性保护气体为氮气、氦气或者氩气。
[0020]在本专利技术的技术方案中，微波加热器功率为1600w。
[0021]本专利技术利用固体废弃物制备的新型土壤修复剂，应用于酸性矿区土壤，为土壤提供可供植物生长的有机碳，降低表层土壤重金属毒性，将其作为土壤覆盖在受污染土壤表面以确保植物的存活，从成分上说，目前餐余垃圾和尾矿作为固体废弃物的主要来源，对周边环境造成很大的危害，餐余垃圾和尾矿可以引入丰富的微量元素，可以为植物微生物提供所需元素。同时石英和硅酸盐作为尾矿的主要成分可以成为土壤的母质。餐余垃圾形成
的生物质炭可以修复尾矿中的重金属，将重金属元素固化。本专利技术制备新型土壤修复剂，通过控制反应时间、温度和配比，使得加热后的材料形成有机无机复合体，修复后的土壤具有较低的土壤容重，较高的保水保肥能力。尾矿和生物炭结合修复重金属，改善土壤环境，提高受到改良土壤的整体理化性质。
[0022]本专利技术首次将固废中的两大源头制备成对环境有益、实用价值高、具有经济效益的新型土壤修复剂，解决了尾矿和餐余垃圾的“处理难、利用难”等问题。本专利技术所制备的新型土壤修复剂，尾矿与生物质炭形成有机无机复合体，降低土壤容重，增强土壤的保水保肥能力、改善土壤环境、调节土壤pH值。本专利技术在低温无氧条件下制备出生物质炭材料，生物炭表现出较本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种尾矿负载生物炭土壤修复剂，其特征在于，将尾矿和餐余垃圾混合均匀后进行球磨，向球磨后的混合物中加入碱液进行水浴处理，静置并干燥后，将混合物进行升温煅烧，自然冷却至室温，其中：尾矿和餐余垃圾的质量比为(3—5)：1，尾矿为钼尾矿、铁尾矿或者铅尾矿，主要物相绿泥石、闪石等物相含量之和超过20％，石英含量超过70％；进行球磨时，球料质量比为(2—3)：1；碱液为氢氧化钠或者氢氧化钾的水溶液，浓度为3—5mol/L，水浴处理的温度为80—90摄氏度，水浴处理的时间为1—2小时，在室温20—30摄氏度下静置20—24小时；在进行升温煅烧过程中，采用管式炉或者微波加热器，并通入惰性保护气体以确保反应在无氧条件下进行，保温煅烧温度为450—750摄氏度，时间为1—3小时。2.根据权利要求1所述的一种尾矿负载生物炭土壤修复剂，其特征在于，尾矿和餐余垃圾的质量比为5：1。3.根据权利要求1所述的一种尾矿负载生物炭土壤修复剂，其特征在于，球料质量比为3：1，球磨转速为500—800rpm，研磨时间为30—60min。4.根据权利要求1所述的一种尾矿负载生物炭土壤修复剂，其特征在于，将餐余垃圾进行油水分离，并取经过油水分离的餐余垃圾60—质量份，与15—20质量份的水和15—20质量份的氢氧化物(如氢氧化钾、氢氧化钠)进行混合搅拌并静置，备用，搅拌时间为1—2小时，搅拌速度为每分钟100—200转，静置时间为10—12小时，静置温度为20—30摄氏度。5.根据权利要求1所述的一种尾矿负载生物炭土壤修复剂，其特征在于，自室温20—25摄氏度升温，速率为5—10℃/min，保温煅烧温度为450—650摄氏度，时间为2—3小时，惰性保护气体为氮气、氦气或者氩气。6.一种尾矿负载生物炭土壤修复剂的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛刚，武晓东，张晗，王亚平，王丽，段昕辉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：