一种利用矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法

本发明属于污染土壤治理，具体涉及一种利用矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法。

背景技术：

1、土壤重金属污染是指由于人类生产活动将重金属引入到土壤中，导致土壤中重金属含量明显高于背景值。金属矿山开采冶炼、化学工业生产、重金属农药、污水灌溉和化肥施用所排放的含重金属的废气沉降、废水灌溉，以及废渣等固体废料溶蚀扩散进入土壤。从整体而言，重金属污染土壤特征为砷-镉-铅、镉-铜、锑-砷-铅等多种重金属元素复合污染。由于不同重金属的性质差异，相比单一重金属污染，复合重金属污染对环境的危害性和治理难度更大，往往需要多种修复技术结合治理。

2、目前的重金属污染土壤治理技术主要有电动修复法、生物修复法、淋洗法、化学药剂稳定化、固定化等，其中固化/稳定化技术是一种应用十分广泛的技术。在固化材料研究过程中，最常用的固化材料是水泥、石灰等无机材料，专利cn 104479685 a公开了一种利用水泥、钢渣、石膏、激发剂制备的固化剂固定铜、镍、铅、镉复合重金属污染土，降低了土壤中复合重金属的含量，同时产物具有良好的力学性能。然而，在水泥的生产过程中会产生大量的二氧化碳，且生产成本高，目前需要寻找一类能够替代水泥、石灰的新型固化材料。

3、地质聚合物是一种新型无机硅铝聚合物，采用富含硅铝的原料与碱激活剂混合激发形成三维网状结构，合成过程中产生的二氧化碳仅为水泥的10％-20％，同时具有良好的抗压强度、耐热性、耐腐蚀性及稳定性。在地质聚合物合成过程中，重金属能够通过物理包覆、化学键合、离子取代等方式固定在地质聚合物中，cn 113185196 a公开了一种炉渣-粉煤灰地质聚合物的制备方法及应用，利用炉渣、粉煤灰制备地质聚合物，使得原料中的锌、镍、稳定在地质聚合物中，同时能用于铜污染土壤的固定。但该方法仅对重金属阳离子具有固定效果，无法实现重金属阴阳离子的同步固定。重金属阴离子由于其电负性，无法通过取代碱金属阳离子固定在地质聚合物中，因此需要进一步拓宽地质聚合物的合成原料，引入稳定重金属阴离子的元素，以达到重金属阴阳离子同步固定的效果。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种运用矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，通过矿渣和铁铝泥调节地质聚合物的钙铁配比，解决地质聚合物难以固化阴离子重金属的难题，实现污染土中阴阳重金属离子的同步固定，并同时生成具备建材化应用潜力的高强地质聚合物产品。

2、经测试，所开发的矿渣-铁铝泥基地质聚合物对阴离子重金属(锑和砷)和阳离子重金属(镉、铜、汞和铅)均具有良好的固化效果，具体制备步骤如下：

3、步骤(1)：将水玻璃与氢氧化钠混合，制备碱激活剂备用。

4、步骤(2)：将污染土壤风干后除杂，矿渣、铁铝泥和污染土壤研磨并过筛，以一定比例混合均匀，得到合成原料，加入碱激活剂、去离子水得到混合浆料。

5、步骤(3)：将混合浆料倒入搅拌器内，搅拌均匀后将倒入模具，在震实台上震动除去气泡，刮平表面，放入培养箱并在50℃～80℃下养护12h，得到初步固化产品。

6、步骤(4)：将初步固化产品置于室温条件下继续养护3～28天。

7、进一步地，步骤(1)中的碱激活剂的模数为1.5～2。

8、进一步地，步骤(2)中的矿渣、铁铝泥和污染土壤过100～200目筛。

9、进一步地，步骤(2)合成原料中的铁铝泥和污染土分别占固体总质量的5％～10％和40％～50％，同时铁铝泥：污染土的质量比例为10:1～8:1。

10、进一步地，步骤(2)混合浆料中水灰比为10:1～10:2。

11、进一步地，步骤(3)中的搅拌时间为5～10min，震动时间为5～10min。

12、在上述原料比例范围内，获得的地质聚合物同时具有最佳的机械强度和重金属固化效率。

13、本方法的优点及有益效果如下：

14、(1)本方法中的地质聚合物以廉价易得的固废材料为合成原料，解决了固体废弃物处置的问题，实现了固体废弃物的无害化和资源化处置，同时固化后的产物具有优良的力学性能，能够满足作为低成本的绿色建材或用于固体废弃物填埋，具有额外的经济效益；

15、(2)本方法利用矿渣和铁铝泥中大量的铁钙氧化物实现了锑砷的同步固定，有效降低锑砷的迁移性，弥补了地质聚合物对重金属阴离子固化效果差的缺陷，实现了重金属阴阳离子的同步固定，对锑、砷、镉、铜、汞、铅等多种重金属具有良好的固定效果，固化后砷、锑的浸出浓度满足《锡、锑、汞工业污染物排放标准》(gb 30770-2014)；砷、镉、铜、汞、铅浸出浓度满足《污水综合排放标准》(gb 8978-1996)的规定；

16、(3)本方法引入的铁铝泥在地质聚合过程中会存在未反应的颗粒，这些颗粒的适量存在能够填充地质聚合物三维网络结构中的孔隙，有助于提升地质聚合物机械强度，提高固化效果。

技术特征：

1.一种利用矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，通过矿渣和铁铝泥调节地质聚合物的钙铁比例以实现对重金属阴阳离子的同步固定，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述，利用矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，其特征在于，铁铝泥和污染土分别占固体总量的5％～10％和40％～50％，铁铝泥：污染土的比例为10:1～8:1，水灰比为0.2～0.3。

3.根据权利要求1所述矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，其特征在于，合成原料中矿渣的主要元素组成为sio2、al2o3、cao、fe2o3、k2o、mgo，其中cao含量为35％～50％。

4.根据权利要求1所述矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，其特征在于，铁铝泥是给水处理过程中产生的安全的固体废弃物，主要包含al和fe絮凝剂的水解产物，主要元素组成为sio2、al2o3、cao、fe2o3、k2o、mgo，其中fe2o3的含量为40％～60％。

5.根据权利要求1所述，利用矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，其特征在于，复合重金属污染土为锑、砷、镉、铜、汞、铅复合污染土壤。

6.根据权利要求1所述矿渣-铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，其特征在于，碱激活剂为氢氧化钠与水玻璃配制而成，模数为1.5～2。

技术总结
本发明公开了一种利用矿渣‑铁铝泥基地质聚合物固化复合重金属污染土的方法，步骤如下：将污染土风干除杂后，加入研磨过筛的矿渣和铁铝泥，再加入碱激活剂生成地质聚合物浆料，倒入模具养护即可。合成的地质聚合物在固定阳离子重金属(镉、铜、汞、铅等)的同时，通过平衡铁钙元素含量实现砷和锑的固定，实现重金属阴阳离子的同步高效固定，浸出浓度符合《污水综合排放标准》(GB 8978‑1996)，解决了地质聚合物难以固定阴离子重金属的难题。固化后的地质聚合物产品同时具有优良的机械强度，满足路基建材的使用规定。

技术研发人员：裴元生,陈伟彤,张浩,郭栋
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16