一种修复镉铜污染酸性土壤的钝化材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于重金属污染±壤修复技术领域，具体设及一种用于治理儒铜污染±壤 的W生物质电厂灰为主要原材料的复合纯化材料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 近几十年来，伴随着社会经济的快速发展，我国农田±壤环境面临前所未有的挑 战，尤W重金属儒污染日益凸显，部分区域重金属铜污染严重超标而引起作物绝收。2014年 国家环境保护部和国±资源部发布《全国±壤污染状况调查公报》，指出耕地±壤环境质量 堪忧，儒成为首要污染物（点位超标率7.0%)，铜则位于儀和神之后而位居第四（点位超标 率2.1%)。酸性±壤多分布在我国南方，且其养分元素(憐、钟、巧和儀等）的保蓄能力差导 致±壤肥力较低。此外，南方农田±壤儒铜含量及增幅较高，存在相当面积的儒铜高风险± 壤(儒铜含量临近但未超过±壤环境质量的二级标准)或污染±壤，运不但威胁18亿亩耕地 红线，而且影响人体健康和社会稳定。
[0003] 稳定固定化技术，即通过化学纯化或改良材料固定±壤重金属，实现边修复边生 产的综合效果，成为重金属污染农田修复的重要途径。重金属污染±壤的改良材料主要包 括石灰性物质、憐酸盐类、无机矿物质和有机物料。传统的酸性上壤改良的方法是运用石灰 或石灰石粉，增加±壤pH值，降低有效态重金属的含量。然而，大量或长期施用石灰不但会 造成±壤板结，也会使±壤复酸化程度加强，引起±壤巧、钟、儀巧巾元素的平衡失调。有学 者(易杰祥)建议在施用石灰改良的同时，应与其他碱性肥料(草木灰、火烧±等)配合使用。 生物质电厂灰(指农业生产中产生的賴杆、谷壳等废弃物，通过燃烧将化学能转化为热能后 残留的灰贬)pH 8-12,是一种较理想的碱性材料。随着国家对生物质能发电的提倡，生物质 电厂灰的积压和资源化问题也日益凸显。当前，生物质电厂灰的一条有效的资源化过程中 需用酸度调节剂，不但耗费酸资源和能量，而且使其失去对了酸性±壤改良的作用，运无疑 是一种资源浪费。此外，部分专利也将生物质电厂灰制成上壤调理剂，如专利CN103497771A 和CN102424639B仅设及W生物质电厂灰为主要原材料的±壤调理剂，但未设及重金属污染 上壤修复问题;专利CN 10242 4639 B虽然对调理剂进行造粒(0.1mm~5mm)，但并未证明为 何选择造粒粒径为0.1mm~5mm。到目前为止，有关±壤改良和修复材料粒径选择的研究还 未见报道;专利CN 102329620 B将生物质电厂灰用于重金属污染酸性±壤的修复，但生物 质电厂灰的比例仅占10~20%，而且仅将不同材料过筛混合制得，能否达到克服粉状材料 难W撒施的困难值得令人怀疑;专利CN 104690087 A也存在相似问题。此外，一般酸性±壤 还存在有机质缺乏，氮、憐、钟供应不足，有效态巧、儀含量较少等问题。相反，生物质电厂灰 富含5;[、1(、〔3、]\%^6、]/[]1、？等元素。生物质电厂灰价格低廉(60/吨)仅为石灰和憐灰石(500 元/吨）的12.5%，但单一生物质电厂灰固定重金属的效果相对小于石灰和憐灰石。因此，W 生物质电厂灰为主要原材料与一定比例的石灰和憐灰石混合，并按照一定的生产工艺制成 颗粒材料，能有效克服粉状材料难W撒施问题，同时达到快速提高重金属污染酸性上壤pH， 改善±壤营养，有效固定±壤重金属并达到持久稳定，成为解决W上问题的关键。同时，Ξ 种原材料的比例如何才能达到最佳效果也是解决问题的关键技术。此外，当前关于纯化剂 的批量生产设备和工艺尚不完善，仍缺乏切实有效的生产纯化剂的成套设备。
[0004] 江西省是我国有色金属资源开采及冶炼大省，矿山开采、选矿与冶炼等产生的废 渣、废水、废气造成环境特别是周边±壤重金属严重污染。江西贵溪冶炼厂周边农田W重金 属铜（Cu)和儒（Cd)污染为主，±壤表层Cu含量高达102mg kg-i~2300mg kg-i，Cd含量为 0.39mg kg-i~6.87mg kg-i，导致植物无法生长、农田被迫废弃，已经成为该区域社会不稳 定的因素之一，引起中央和江西省委省政府高度重视。因此，本专利W该区儒铜污染酸性± 壤为对象，进行±壤纯化剂的研发。
【发明内容】
[0005] 解决的技术问题:鉴于W上技术和研究存在的缺点和问题，本发明提供一种修复 儒铜污染酸性±壤的纯化材料及其制备方法和应用。该纯化材料W绿色廉价的生物质电厂 灰为主要原材料，与石灰和憐石灰混合，不添加任何粘合剂或胶体辅料制成粒径^ 3mm的圆 球状颗粒，其利用原材料成粒率为95 % W上，返料率低。既能避免粘合剂等辅料的负面影 响，也不存在原材料浪费现象;纯化材料施用量较少，仅占耕层±壤质量的0.2 %~0.6 %， 重金属纯化效果显著、稳定，并促进植物生长，从而达到廉价、高效、持久的原位修复重金属 儒铜污染酸性±壤的目的，集经济效益、生态效益和修复作用于一体。
[0006] 技术方案:一种修复儒铜污染酸性±壤的纯化材料，pH 10~13,各原材料的质量 百分比为:60% <生物质电厂灰<85%、10% <石灰<25%、5% <憐石灰< 15%种原材 料的儒含量分别为1.96mg/kg、1.92mg/kg、1.18mg/kg，铜含量分别为35.29mg/kg、10. llmg/ kg和9.54mg/kg。
[0007] 生物质电厂灰、石灰和憐灰石Ξ种原材料均含有？、51、0、1(^3、化、1肖少6元素，纯 化材料富含憐和娃，其质量百分比分别为Ρ2化不低于7%和Si化不低于19%，ρΗ 10~13,粒 径 < 3mm。
[000引质量百分比优选方案一为:70% <生物质电厂灰<80%、10% <石灰< 15%、10% <憐石灰< 15%，粒径< 3mm。
[0009] 质量百分比优选方案二为:70%含生物质电厂灰含80%、15%<石灰含20%、5% <憐石灰<10%，粒径< 3mm。
[0010]质量百分比优选方案；为:60%<生物质电厂灰<70%、20%<石灰。5%、10% <憐石灰< 15%，粒径< 3mm。
[0011] 上述纯化材料的制备方法，包括如下步骤：
[0012] 1)配料:将各组份原材料干燥至其含水率不高于Iwt. %，W保持各组分原材料的 固有活性;过40目筛分别称取各材料，放置于揽拌器中，揽拌2min~3min混合均匀；
[001引 2)造粒：利用离屯、造粒机和抛圆机，控制溫度50°C~60°C、转速20r/min、水分 40%，制成粒径^ 3mm，其原材料成粒率为95 % W上；
[0014] 3)干燥:造粒完成后在溫度70°C~150°C的条件下烘干至含水量6wt. %~8wt. % 后包装。
[0015] 上述步骤2)中造粒时不添加任何粘合剂或胶体。
[0016] 上述纯化材料在修复儒铜污染酸性±壤中的应用。经过6个月时间，测定修复±壤 的抑值，不同化学形态儒铜含量，包括可交换态、碳酸盐结合态、铁儘氧化物结合态、有机结 合态和残渣态，验证修复和稳定效果。
[0017] 上述应用的具体方法为:整地撒施，纯化材料施用量占20cm表层±壤质量百分比 的0.2%~0.6%，然后翻耕、揽拌、整平或起垄，栽种植物。
[0018] 优选的，每667m2污染±壤质量按表层20。111的±壤计算，±壤容重为1.3Ig/cm3，在 轻、中和重度污染±壤的用量分别为0.2wt. %、0.4wt. %和0.6wt. %，植物种植方式为平作 或垄作。
[0019] 实验结果表明，粒径<3mm的纯化材料释放养分主要包括Κ2〇 3.2wt.%、P2〇5 7wt. %和Si