一种重金属铅污染土壤稳定剂及制备方法与流程

1.本发明涉及重金属土壤污染修复技术领域，特别涉及一种重金属铅污染土壤稳定剂及制备方法。


背景技术：

2.环境中铅污染主要来源于冶炼、制造和使用铅制品的企业，其次是汽车排出的含铅尾气。铅是重金属土壤污染分布较广泛，具有强蓄积性的环境污染物。铅进入到土壤环境的途径主要有大气铅污染物干湿沉降、含铅废水污灌、含铅固废直接污染、农药和化肥的使用等。铅一种积累性毒性物质，可在人体内不断积累，土壤中铅可通过皮肤接触、口服途径进入人体，进而影响人体健康，严重损害人的神经、消化、免疫和生殖系统。进入土壤中的铅大多存在于表土层，几乎不向下移动，与土壤中的有机物结合，极不易溶解。有学者对我国土壤铅含量进行测量和统计得出，我国土壤铅含量最高可达到1143μg/g，最低为0.68μg/g，平均可以达到26μg/g。
3.目前，铅污染土壤修复主要有以下几种方法：
4.(1)客土法：该方法是将铅污染土壤清挖并转运至填埋场填埋，再在清挖区域换上新鲜土壤，是一个污染物和风险的转移过程，污染物未得到实际的处理。
5.(2)淋洗法：该方法是一种采用表面活性剂、酸、螯合剂等淋洗剂将铅从土壤中淋洗出来，然后处理淋洗废水。该方法可以有效降低土壤中铅的总量，但该方法适用于高浓度的铅污染，且成本较高，同时采用大量的化学淋洗剂可能导致土壤二次污染。
6.(3)植物修复法：该方法是在铅污染区域种植铅超富集植物，植物吸收土壤中的铅并富集在植物体重，到一定的时间，对植物进行收割处理。该方法修复时间长，很难在规定工期内完成修复任务，同时，种植植物占用土地，影响土地的正常使用。
7.(4)电动修复法：该方法是在铅污染土壤中设置电极，铅在电流作用下向阴极板移动并富集在极板上，达到去除土壤中重金属的目的。该方法电流作用距离较小，适用于小面积污染，而实际均为大面积污染，处理成本相对较高。
8.(5)稳定化/钝化法：该方法是在铅污染土壤中添加稳定剂，通过氧化还原、沉淀、吸附、络合等原理将土壤中的铅转化为低迁移能力、低生物有效性的物质，以降低土壤中铅的环境风险。该方法具有成本低、见效快、不影响土地正常使用等特点。
9.综上所述，稳定化/钝化技术仍然是当前最具有前景的铅污染土壤修复技术，而开发有效且切实可行的稳定化/钝化技术是当前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种重金属铅污染土壤稳定剂及制备方法，以解决上述技术中提出的问题。
11.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
12.一种重金属铅污染土壤稳定剂，采用如下比例的质量份数的材料得到：普通硅酸
盐水泥10-20份、磷石膏15-20份、硅酸盐水泥10-20份、硅灰2-5份、石灰15-30份和粉煤灰15-30份，前述材料采用粉体材料共同构成无机材料固化体系，构成无机材料固化体系的前述各材料质量分数总份数配至100份的基础上，再按照和前述材料总份数的质量倍数，加入以下的添加剂：硫酸亚铁0.001-0.01倍份、氧化镁0.005-0.01倍份和羟基磷灰石0.002-0.004倍份。
13.优选的，所述普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的水泥强度等级为32.5。
14.进一步的，本发明采用水泥强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥、磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰组成无机材料固化体系，具体体系表征为无机胶结材料体系，该体系在水化过程中，重金属铅可以通过吸附、化学吸收、沉降、离子交换、钝化等多种方式与无机材料固化体系中的水泥发生反应,最终以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体表面，同时水泥的加入也为重金属铅提供了碱性环境，抑制了重金属的渗滤，配合无机材料固化体系中的磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰的共同作用，调节需要处理的土壤ph，促进重金属铅生成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物沉淀；另外，无机材料固化体系中游离的ca
2+
对pb
2+
有拮抗作用；最后，土壤中的pb
2+
阳离子与硅灰、石灰和粉煤灰水化产生的带负电荷基团加速聚合，有利于使土壤中重金属pb
2+
的形态由有效态向残渣态转化，明显降低了污染土壤中重金属pb
2+
的生物利用率。
15.进一步的，本发明采用的硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石共同组成添加剂，三者在水化体系中与活性态重金属pb
2+
发生矿化反应生成原生态矿物类化合物，磷基化合物和硫酸亚铁可以与重金属pb
2+
形成惰性沉淀物有效降低重金属pb
2+
活性，氧化镁可以对重金属pb
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同时具有沉淀和吸附作用，与此同时，无机材料固化体系作为无机胶结材料体系，在固化过程中发生水化反应，重金属pb
2+
可能同氢氧根离子反应生成沉淀或硅酸盐络合合成钙盐，利用水化作用形成的具有高比面积的c-s-h吸附重金属，或将重金属包裹与水化作用形成的晶格当中，重金属铅污染土壤稳定剂，可使静电引力、范德华力、离子交换和化学沉淀等反应同时进行，从而吸附固化重金属pb
2+
。
16.一种重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
17.步骤一：将磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰放在加热炉中，升温至60-70℃，然后快速冷却，冷却的混合物过筛后，再加入普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，搅拌均匀后，研磨得到无机材料固化体系；
18.步骤二：将硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石在小型搅拌机中搅拌5-8min，得到添加剂；
19.步骤三：将分散均匀的添加剂和无机材料固化体系投入混合机中，搅拌8-10min，搅拌得到重金属铅污染土壤稳定剂。
20.优选的，所述步骤一中的筛网目数为500-600目。
21.优选的，所述步骤一采用分级研磨的方式，将六种材料分三份研磨，分别研磨10min、20min和30min后混合均匀，得到不同细度的无机材料固化体系。
22.进一步的，本发明采用分级研磨的方式制成不同细度的无机材料固化体系，有利于改善重金属pb
2+
以氢氧化物或络合物的形式停留在水泥水化形成的水化硅酸盐胶体表面的分布情况。
23.本发明的有益效果为：本发明涉及的重金属铅污染土壤稳定剂，能够对土壤中的
重金属pb
2+
进行充分鳌合吸附，将重金属pb
2+
转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在土壤环境中进行迁移、扩散等过程，从而降低重金属pb
2+
的毒害程度。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.实施例1
26.一种重金属铅污染土壤稳定剂，采用如下比例的质量份数的材料得到：普通硅酸盐水泥10份、磷石膏15份、硅酸盐水泥10份、硅灰2份、石灰15份和粉煤灰15份，前述材料采用粉体材料共同构成无机材料固化体系，构成无机材料固化体系的前述各材料质量分数总份数配至100份的基础上，再按照和前述材料总份数的质量倍数，加入以下的添加剂：硫酸亚铁0.001倍份、氧化镁0.005倍份和羟基磷灰石0.002倍份。
27.优选的，所述普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的水泥强度等级为32.5。
28.一种重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
29.步骤一：将磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰放在加热炉中，升温至60-70℃，然后快速冷却，冷却的混合物过筛后，再加入普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，搅拌均匀后，研磨得到无机材料固化体系；
30.步骤二：将硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石在小型搅拌机中搅拌5-8min，得到添加剂；
31.步骤三：将分散均匀的添加剂和无机材料固化体系投入混合机中，搅拌8-10min，搅拌得到重金属铅污染土壤稳定剂。
32.优选的，所述步骤一中的筛网目数为500-600目。
33.优选的，所述步骤一采用分级研磨的方式，将六种材料分三份研磨，分别研磨10min、20min和30min后混合均匀，得到不同细度的无机材料固化体系。
34.实施例2
35.一种重金属铅污染土壤稳定剂，采用如下比例的质量份数的材料得到：普通硅酸盐水泥20份、磷石膏20份、硅酸盐水泥20份、硅灰5份、石灰30份和粉煤灰30份，前述材料采用粉体材料共同构成无机材料固化体系，构成无机材料固化体系的前述各材料质量分数总份数配至100份的基础上，再按照和前述材料总份数的质量倍数，加入以下的添加剂：硫酸亚铁0.01倍份、氧化镁0.01倍份和羟基磷灰石0.004倍份。
36.优选的，所述普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的水泥强度等级为32.5。
37.一种重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
38.步骤一：将磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰放在加热炉中，升温至60-70℃，然后快速冷却，冷却的混合物过筛后，再加入普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，搅拌均匀后，研磨得到无机材料固化体系；
39.步骤二：将硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石在小型搅拌机中搅拌5-8min，得到添加剂；
40.步骤三：将分散均匀的添加剂和无机材料固化体系投入混合机中，搅拌8-10min，搅拌得到重金属铅污染土壤稳定剂。
41.优选的，所述步骤一中的筛网目数为500-600目。
42.优选的，所述步骤一采用分级研磨的方式，将六种材料分三份研磨，分别研磨10min、20min和30min后混合均匀，得到不同细度的无机材料固化体系。
43.实施例3
44.一种重金属铅污染土壤稳定剂，采用如下比例的质量份数的材料得到：普通硅酸盐水泥12份、磷石膏17份、硅酸盐水泥13份、硅灰3份、石灰20份和粉煤灰18份，前述材料采用粉体材料共同构成无机材料固化体系，构成无机材料固化体系的前述各材料质量分数总份数配至100份的基础上，再按照和前述材料总份数的质量倍数，加入以下的添加剂：硫酸亚铁0.003倍份、氧化镁0.006倍份和羟基磷灰石0.0025倍份。
45.优选的，所述普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的水泥强度等级为32.5。
46.一种重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
47.步骤一：将磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰放在加热炉中，升温至60-70℃，然后快速冷却，冷却的混合物过筛后，再加入普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，搅拌均匀后，研磨得到无机材料固化体系；
48.步骤二：将硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石在小型搅拌机中搅拌5-8min，得到添加剂；
49.步骤三：将分散均匀的添加剂和无机材料固化体系投入混合机中，搅拌8-10min，搅拌得到重金属铅污染土壤稳定剂。
50.优选的，所述步骤一中的筛网目数为500-600目。
51.优选的，所述步骤一采用分级研磨的方式，将六种材料分三份研磨，分别研磨10min、20min和30min后混合均匀，得到不同细度的无机材料固化体系。
52.实施例4
53.一种重金属铅污染土壤稳定剂，采用如下比例的质量份数的材料得到：普通硅酸盐水泥19份、磷石膏18份、硅酸盐水泥18份、硅灰4份、石灰28份和粉煤灰28份，前述材料采用粉体材料共同构成无机材料固化体系，构成无机材料固化体系的前述各材料质量分数总份数配至100份的基础上，再按照和前述材料总份数的质量倍数，加入以下的添加剂：硫酸亚铁0.008倍份、氧化镁0.007倍份和羟基磷灰石0.003倍份。
54.优选的，所述普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥的水泥强度等级为32.5。
55.一种重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法，包括以下步骤：
56.步骤一：将磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰放在加热炉中，升温至60-70℃，然后快速冷却，冷却的混合物过筛后，再加入普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，搅拌均匀后，研磨得到无机材料固化体系；
57.步骤二：将硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石在小型搅拌机中搅拌5-8min，得到添加剂；
58.步骤三：将分散均匀的添加剂和无机材料固化体系投入混合机中，搅拌8-10min，搅拌得到重金属铅污染土壤稳定剂。
59.优选的，所述步骤一中的筛网目数为500-600目。
60.优选的，所述步骤一采用分级研磨的方式，将六种材料分三份研磨，分别研磨10min、20min和30min后混合均匀，得到不同细度的无机材料固化体系。
61.对比例1
62.与实施例1相比，本对比例中重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述，本对比例中的重金属铅污染土壤稳定剂，采用如下比例的质量份数的材料得到：普通硅酸盐水泥8份、磷石膏13份、硅酸盐水泥9份、硅灰1份、石灰14份和粉煤灰14份，前述材料采用粉体材料共同构成无机材料固化体系，构成无机材料固化体系的前述各材料质量分数总份数配至100份的基础上，再按照和前述材料总份数的质量倍数，加入以下的添加剂：硫酸亚铁0.0005倍份、氧化镁0.004倍份和羟基磷灰石0.001倍份。
63.对比例2
64.与实施例1相比，本对比例中重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法与实施例1相同，在此不再赘述，本对比例中的重金属铅污染土壤稳定剂，采用如下比例的质量份数的材料得到：普通硅酸盐水泥21份、磷石膏21份、硅酸盐水泥21份、硅灰6份、石灰31份和粉煤灰31份，前述材料采用粉体材料共同构成无机材料固化体系，构成无机材料固化体系的前述各材料质量分数总份数配至100份的基础上，再按照和前述材料总份数的质量倍数，加入以下的添加剂：硫酸亚铁0.02倍份、氧化镁0.015倍份和羟基磷灰石0.005倍份。
65.对比例3
66.与实施例1相比，本对比例中重金属铅污染土壤稳定剂的配比与实施例1相同，在此不再赘述，本对比例中的重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法，步骤一：将磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰放在加热炉中，升温至60-70℃，然后快速冷却，冷却的混合物中，再加入普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，搅拌均匀后，研磨得到无机材料固化体系；步骤二：将硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石在小型搅拌机中搅拌5-8min，得到添加剂；步骤三：将分散均匀的添加剂和无机材料固化体系投入混合机中，搅拌8-10min，搅拌得到重金属铅污染土壤稳定剂。
67.优选的，所述步骤一采用分级研磨的方式，将六种材料分三份研磨，分别研磨10min、20min和30min后混合均匀，得到不同细度的无机材料固化体系。
68.对比例4
69.与实施例1相比，本对比例中重金属铅污染土壤稳定剂的配比与实施例1相同，在此不再赘述，本对比例中的重金属铅污染土壤稳定剂的制备方法，步骤一：将磷石膏、硅灰、石灰和粉煤灰放在加热炉中，升温至60-70℃，然后快速冷却，冷却的混合物过筛后，再加入普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥，搅拌均匀后，得到无机材料固化体系；步骤二：将硫酸亚铁、氧化镁和羟基磷灰石在小型搅拌机中搅拌5-8min，得到添加剂；步骤三：将分散均匀的添加剂和无机材料固化体系投入混合机中，搅拌8-10min，搅拌得到重金属铅污染土壤稳定剂。
70.优选的，所述步骤一中的筛网目数为500-600目。
71.采用上述步骤制备的土壤稳定剂对重金属铅污染的土壤进行修复，该土壤稳定剂的实验结果如下：
72.(1)取同一污染土壤样本，分别取8组污染土壤样本，样本中的克重：样本一-样本八均为100克；
73.(2)将土壤稳定剂加入土壤样本当中，使得土壤稳定剂和土壤的混合搅拌，反复对土壤堆体进行混合搅拌作业，直至将土壤和土壤稳定剂混合均匀，每个土壤堆体混合搅拌
时间控制在10-15min，其中，按照土壤样本总份数的质量倍数，加入0.01倍份的土壤稳定剂；
74.(3)向所有样本当中分别加入按照无机材料固化体系总份数的质量倍数的纯水，纯水为0.7倍份，充分混匀，并静置10天；
75.(4)通过采用gb/t23739-2009《土壤质量有效态铅和镉的测定原子吸收法》中的检测方式对实验样本当中的有效态铅的含量进行测定，并记录污染土壤样本中的原始值和修复值，检测结果如下表1所示。
76.表1测试结果
[0077][0078]
由表1的测试结果可知，相较于对比例1-4而言，本技术的实施例1-4的土壤稳定剂可以显著对重金属铅进行充分鳌合吸附，大大提高了对重金属铅污染土壤的修复率。
[0079]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。