修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑及制備和應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑，按照重量百分比，由以下組分組成：改性磷礦粉：60%~80%；輕燒氧化鎂：20%~40%。本發(fā)明公開了該固化劑的制備方法：步驟1）制備改性磷礦粉：將該磷礦粉、凹凸棒土和氯化鐵混合均勻，形成混合料；然后，將該混合料與醋酸緩沖液混合，形成第一凝膠狀沉淀物，對該第一凝膠狀沉淀物干燥粉碎，制得改性磷礦粉；步驟2）制備固化劑：將改性磷礦粉和輕燒氧化鎂混合均勻，形成混合粉末，將該混合粉末與磷酸鹽緩沖液，形成第二凝膠狀沉淀物，對第二凝膠狀沉淀物干燥粉碎，得到固化劑。本發(fā)明還公開了固化劑的應(yīng)用方法。該固化劑對高濃度多重金屬污染場地具有良好的固定效果。
【專利說明】修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑及制備和應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于土木工程或者環(huán)境巖土工程中的改良劑，具體來說，涉及一種修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑及制備和應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市建設(shè)的擴(kuò)張以及產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，多數(shù)城市中心區(qū)、郊區(qū)的企業(yè)，例如化工廠、鋼鐵廠、金屬冶煉、電鍍廠等都逐步實(shí)施了退城進(jìn)遠(yuǎn)郊、關(guān)停并轉(zhuǎn)工作。由于這些企業(yè)設(shè)備陳舊、工業(yè)“三廢”排放技術(shù)不完善，導(dǎo)使大量有毒有害重金屬等污染物進(jìn)入了地基土和地下水，致使企業(yè)原址場地成為工業(yè)污染場地，嚴(yán)重影響了周邊生態(tài)環(huán)境。同時，當(dāng)污染物與土壤顆粒結(jié)合后會導(dǎo)致地基強(qiáng)度降低并危害建筑穩(wěn)定，因此，必須采用相應(yīng)的措施修復(fù)此類污染場地，使其達(dá)到再次開發(fā)利用的功能。
[0003]工業(yè)污染場地具有以下特點(diǎn):多為復(fù)合重金屬污染且含量較高，重金屬活動遷移性較強(qiáng)，極易通過降雨和地下水向周邊土壤運(yùn)移，進(jìn)而造成大面積場地和地下水污染，復(fù)合重金屬主要涉及鉛、鋅、銅、鎘、六價鉻和砷污染。
[0004]磷酸鹽材料作為一種低成本修復(fù)材料，被廣泛地應(yīng)用于土壤重金屬的修復(fù)中，其中對鉛的固定作用非常明顯，對其它重金屬銅、鎘、鋅等也有一定的固定作用。主要含磷材料有:磷酸、羥基磷灰石、氟磷灰石、磷酸二氫鈣、磷酸氫鈣、磷酸鈣、磷酸氫二氨、重過磷酸鈣、過磷酸鈣、鈣鎂磷肥及含磷污泥等。磷酸鹽固定重金屬的機(jī)理有吸附、沉淀和共沉淀等形式，主要機(jī)理為沉淀極致。例如，固定鉛以生成氯磷鉛鹽沉淀為主；對銅、鋅的固定以表面吸附或絡(luò)合作用為主；羥基磷灰石固定鎘主要通過表面絡(luò)合和共沉淀作用。然而，針對六價鉻污染的修復(fù)，磷酸鹽系固化劑因?yàn)槿狈€原性，很難固定六價鉻；同樣，由于磷酸鹽作為競爭離子會影響土壤礦物對砷的吸附，如土壤中磷酸鹽和砷酸鹽的物理化學(xué)行為相似，但是磷酸鹽更容易吸附到土壤顆粒和有機(jī)質(zhì)表面，P043_同As043_競爭吸附位點(diǎn)，抑制土壤對砷的吸附，增加可溶態(tài)砷的量，`增加As向土壤深處遷移和污染地下水的風(fēng)險。
[0005]當(dāng)污染場地存在多金屬污染時，使用單一磷酸鹽材料很難滿足場地修復(fù)目標(biāo)。針對該類場地修復(fù)，多進(jìn)行預(yù)處理或采用淋洗等方法進(jìn)行修復(fù)，但成本昂貴，只適用于小面積重金屬污染場地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是:提供一種修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑，該固化劑采用輕燒氧化鎂和改性磷礦粉相混合，對高濃度多重金屬污染場地具有良好的固定效果；同時，還提供了該固化劑的制備方法和應(yīng)用方法，使得該固化劑能夠有效的對高濃度復(fù)合重金屬污染場地進(jìn)行固化修復(fù)。
[0007]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑，該固化劑按照重量百分比，由以下組分組成:改性磷礦粉:60%~80% ；
輕燒氧化鎂:20%~40%。
[0008]進(jìn)一步，所述的改性磷礦粉由以下方法制備而成:首先，將磷礦石磨細(xì)過200目篩，該磷礦石中P2O5占磷礦石的質(zhì)量百分比為20-30%，得到磷礦粉，將該磷礦粉、凹凸棒土和氯化鐵按質(zhì)量比為5m:1的比例混合均勻，形成混合料；然后，將該混合料與摩爾濃度為lmol/L的醋酸緩沖液按質(zhì)量比為1:20-30的比例混合，在溫度2(T30°C下，振蕩攪拌10-15小時，靜置64~80小時后，形成第一凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對該第一凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，制得改性磷礦粉。
[0009]上述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
步驟I)制備改性磷礦粉:首先，將磷礦石磨細(xì)過200目篩，該磷礦石中P2O5占磷礦石的質(zhì)量百分比為20-30%，得到磷礦粉，將該磷礦粉、凹凸棒土和氯化鐵按質(zhì)量比為5~4:3~2:1的比例混合均勻，形成混合料；然后，將該混合料與摩爾濃度為lmol/L的醋酸緩沖液按質(zhì)量比為1:20-30的比例混合，在溫度2(T30°C下，振蕩攪拌10-15小時，靜置64~80小時后，形成第一凝膠狀沉淀物，在溫度8(T10(TC下，對該第一凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，制得改性磷礦粉；
步驟2)制備固化劑:將步驟I)制備的改性磷礦粉和輕燒氧化鎂混合均勻，形成混合粉末，將該混合粉末與摩爾濃度為0.3^0.5 mo I/L的磷酸鹽緩沖液，按質(zhì)量比為1:10-20的比例混合，在溫度2(T30°C下振蕩攪拌20~30小時，靜置36~60小時，形成第二凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對第二凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，得到固化劑。
[0010]進(jìn)一步，所述的步`驟I)中，醋酸緩沖液的pH值為4.88^4.98。
[0011]進(jìn)一步，所述的步驟2)中，磷酸鹽緩沖液的pH值為5.6~6。
[0012]進(jìn)一步，所述的步驟2)中，改性磷礦粉和輕燒氧化鎂組成的混合粉末中，按照重量百分比，改性磷礦粉:60%~80% ;輕燒氧化鎂:20%~40%。
[0013]一種上述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的應(yīng)用方法，該應(yīng)用方法是將固化劑與重金屬污染土壤進(jìn)行原位混合攪拌，固化劑與重金屬污染土壤的重量比為1:12.5~50。
[0014]進(jìn)一步，所述的重金屬污染土壤中，重金屬鉛含量1000(T20000 mg/kg，重金屬鋅含量5000~15000 mg/kg，重金屬銅含量5000~15000 mg/kg，重金屬鎘500~1000 mg/kg，重金屬六價鉻含量1000~2000 mg/kg，金屬砷含量800~1500 mg/kg。
[0015]有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有固化效果佳的有益效果，當(dāng)復(fù)合重金屬污染場地中存在六價鉻和砷污染后，因傳統(tǒng)磷酸鹽系固化劑缺乏還原性，很難處理六價鉻污染，同時，由于磷酸鹽對砷存在競爭吸附，固定效果也欠佳，六價鉻和砷污染的存在亦會影響重金屬鉛、鋅、銅、鎘的固定。使用本發(fā)明的固化劑原位修復(fù)復(fù)合重金屬污染場地，對多金屬固定能力較強(qiáng)，具有較好的吸附和還原性；重金屬離子固定率可達(dá)90%以上，毒性浸出試驗(yàn)指標(biāo)符合國家危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-浸出毒性鑒別GB 5085.3-2007，銅< 100 mg/L,鋅< 100 mg/L,鎘< I mg/L,鉛< 5 mg/L,,六價鉻<5 mg/L,砷<5 mg/L。另外，修復(fù)后的場地酸堿性穩(wěn)定。修復(fù)后土壤pH值穩(wěn)定在7左右(7±0.5),利于植物及微生物生長。強(qiáng)度較高。經(jīng)改性固化劑修復(fù)后的土壤7天強(qiáng)度均高于350kPa且隨著齡期的增長不斷升高。土體強(qiáng)度較高，利于污染場地的二次開發(fā)應(yīng)用，如作為淺層基礎(chǔ)或道路路基填料使用。【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0017]本發(fā)明的一種修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑，該固化劑按照重量百分t匕，由以下組分組成:
改性磷礦粉:60%~80% ；
輕燒氧化鎂:20%-40%。
[0018]上述改性磷礦粉由以下方法制備而成:首先，將磷礦石磨細(xì)過200目篩，該磷礦石中P2O5占磷礦石的質(zhì)量百分比為20-30%，得到磷礦粉，將該磷礦粉、凹凸棒土和氯化鐵按質(zhì)量比為5~4:3~2:1的比例混合均勻，形成混合料；然后，將該混合料與摩爾濃度為Imol/L的醋酸緩沖液按質(zhì)量比為1:20-30的比例混合，在溫度2(T30°C下，振蕩攪拌10-?5小時，靜置64-80小時后，形成第一凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對該第一凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，制得改性磷礦粉。
[0019]上述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的制備方法，包括以下步驟:
步驟I)制備改性磷礦粉:首先，將磷礦石磨細(xì)過200目篩，該磷礦石中P2O5占磷
礦石的質(zhì)量百分比為20-30%，得到磷礦粉，將該磷礦粉、凹凸棒土和氯化鐵按質(zhì)量比為5~4:3~2:1的比例混合均勻，形成混合料；然后，將該混合料與摩爾濃度為lmol/L的醋酸緩沖液按質(zhì)量比為1:20-30的比 例混合，在溫度2(T30°C下，振蕩攪拌10-15小時，靜置64~80小時后，形成第一凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對該第一凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，制得改性磷礦粉。
[0020]步驟2)制備固化劑:將步驟I)制備的改性磷礦粉和輕燒氧化鎂混合均勻，形成混合粉末，將該混合粉末與摩爾濃度為0.3^0.5 mo I/L的磷酸鹽緩沖液，按質(zhì)量比為1:10-20的比例混合，在溫度2(T30°C下振蕩攪拌20-30小時，靜置36飛O小時，形成第二凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對第二凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，得到固化劑。
[0021]步驟I)中的凹凸棒土，在本領(lǐng)域中又稱為坡縷石，是一種具鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂硅酸鹽粘土礦物。例如，市場上有盱眙鑫源科技有限公司生產(chǎn)的凹凸棒土。
[0022]作為優(yōu)選方案，步驟I)中，醋酸緩沖液的pH值為4.88^4.98。磷酸鹽緩沖液的pH值為5.6~6。
[0023]在步驟2)中，改性磷礦粉和輕燒氧化鎂組成的混合粉末中，按照重量百分比，改性磷礦粉:60%~80% ;輕燒氧化鎂:20%-40%。
[0024]上述用于修復(fù)高濃度復(fù)合重金屬污染場地的固化劑的應(yīng)用方法，將固化劑與重金屬污染土壤進(jìn)行原位混合攪拌，固化劑與重金屬污染土壤的重量比為1:12.5飛O。所述的重金屬污染土壤中，重金屬鉛含量10000~20000 mg/kg，重金屬鋅含量5000~15000 mg/kg，重金屬銅含量5000~15000 mg/kg，重金屬鎘500~1000 mg/kg，重金屬六價鉻含量1000~2000mg/kg,金屬砷含量800-1500 mg/kg。固化劑按照重量百分比，由以下組分組成:改性磷礦粉:60%~80% ;輕燒氧化鎂:20%-40%。
[0025]本發(fā)明將固化劑與重金屬污染土壤進(jìn)行原位混合攪拌，固化劑與重金屬污染土壤的重量比為1:12.5飛0，如場地土壤含水率較低，宜在混合攪拌同時加水，使混合土體不結(jié)塊，水不外溢；如場地土壤含水率較低高，宜提高固化劑摻量，固化劑有較好的吸水作用。由于固化劑具有較好的吸附和還原性，六價鉻首先被還原成無毒的三價鉻，同時砷被固定。隨著時間的增長，鉛、鋅、銅、鎘以沉淀、共沉淀、物理吸附等形式固定，該修復(fù)方法可處理的重金屬種類多，濃度高的重金屬污染場地。
[0026]下面通過試驗(yàn)來論證本發(fā)明的固化劑具有優(yōu)良的固化效果。
[0027]試驗(yàn)材料
1)試驗(yàn)黏土:試驗(yàn)黏土取自南京高淳，屬低液限黏土，其主要的物理和化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。
[0028]表1
【權(quán)利要求】
1.一種修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑，其特征在于，該固化劑按照重量百分t匕，由以下組分組成: 改性磷礦粉:60%~80% ； 輕燒氧化鎂:20%~40%。
2.按照權(quán)利要求1所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑，其特征在于，所述的改性磷礦粉由以下方法制備而成:首先，將磷礦石磨細(xì)過200目篩，該磷礦石中P2O5占磷礦石的質(zhì)量百分比為20-30%，得到磷礦粉，將該磷礦粉、凹凸棒土和氯化鐵按質(zhì)量比為5^4:3^2:1的比例混合均勻，形成混合料；然后，將該混合料與摩爾濃度為lmol/L的醋酸緩沖液按質(zhì)量比為1:20-30的比例混合，在溫度2(T30°C下，振蕩攪拌10-15小時，靜置64~80小時后，形成第一凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對該第一凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，制得改性磷礦粉。
3.—種權(quán)利要求1所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: 步驟I)制備改性磷礦粉:首先，將磷礦石磨細(xì)過200目篩，該磷礦石中P2O5占磷礦石的質(zhì)量百分比為20-30%，得到磷礦粉，將該磷礦粉、凹凸棒土和氯化鐵按質(zhì)量比為5~4:3~2:1的比例混合均勻，形成混合料；然后，將該混合料與摩爾濃度為lmol/L的醋酸緩沖液按質(zhì)量比為1:20-30的比例混合，在溫度2(T30°C下，振蕩攪拌10-15小時，靜置64~80小時后，形成第一凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對該第一凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，制得改性磷礦粉； 步驟2)制備固化劑:將步驟I)制備的改性磷礦粉和輕燒氧化鎂混合均勻，形成混合粉末，將該混合粉末與摩爾濃度為0.3^0.5 mo I/L的磷酸鹽緩沖液，按質(zhì)量比為1:10-20的比例混合，在溫度2(T30°C下振蕩攪拌20~30小時，靜置36~60小時，形成第二凝膠狀沉淀物，在溫度80-100?下，對第二凝膠狀沉淀物干燥粉碎，過200目篩，得到固化劑。
4.按照權(quán)利要求3所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的制備方法，其特征在于，所述的步驟I)中，醋酸緩沖液的PH值為4.88^4.98。
5.按照權(quán)利要求4所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的制備方法，其特征在于，所述的步驟2)中，磷酸鹽緩沖液的pH值為5.6~6。
6.按照權(quán)利要求3、4或5所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的制備方法，其特征在于，所述的步驟2)中，改性磷礦粉和輕燒氧化鎂組成的混合粉末中，按照重量百分比， 改性磷礦粉:60%~80% ； 輕燒氧化鎂:20%~40%。
7.—種權(quán)利要求1所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的應(yīng)用方法，其特征在于，該應(yīng)用方法是將固化劑與重金屬污染土壤進(jìn)行原位混合攪拌，固化劑與重金屬污染土壤的重量比為1:12.5~50。
8.按照權(quán)利要求7所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的應(yīng)用方法，其特征在于，所述的重金屬污染土壤中，重金屬鉛含量1000(T20000 mg/kg,重金屬鋅含量5000^15000 mg/kg，重金屬銅含量5000~15000 mg/kg，重金屬鎘500~1000 mg/kg，重金屬六價鉻含量1000~2000 mg/kg，金屬砷含量800~1500 mg/kg。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的修復(fù)高濃度多重金屬污染場地的固化劑的應(yīng)用方法，其特征在于，所述的固化劑按照重量百分比，由以下組分組成: 改性磷礦粉:60%~80% ； 輕燒氧化鎂:20%~40%。
【文檔編號】B09C1/08GK103756682SQ201410014730
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月13日
【發(fā)明者】杜延軍, 魏明俐, 楊玉玲, 朱晶晶 申請人:東南大學(xué)