一种土壤重金属镉的修复剂及其制备方法与流程

本发明属于新材料领域，涉及一种土壤重金属镉的修复剂及其制备方法，具体以磷尾矿、白云石、石英砂、磷酸亚铁和钾长石等为原料，利用电炉高温熔融制备。这种新材料加入到含有重金属镉的农田土壤中，可将其原位固定修复，降低土壤中镉的毒性。

背景技术：

1、农田是人类赖以生存的资源，在工业发展初期，农田受到重金属污染。

2、当农田受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中。慢性镉中毒主要影响是肾脏，慢性镉中毒还可引起贫血，对人体造成极大伤害。

3、农田土壤重金属镉修复技术研究主要包括物理修复、化学修复、生物修复、农艺调控修复技术等。现有农田土壤重金属镉污染修复技术存在的主要问题如下：物理修复技术的工程量大，费用高，也只是污染转移；化学淋洗技术的成本很高，难度大，需要处理和回收大量淋洗废液，还会导致土壤肥力下降。植物修复技术修复成本低、修复时间长、修复效果有限。农艺调控措施修复效果有限，仅适应于农田重金属轻微和轻度污染的修复。原位固定修复技术修复速率快、稳定性好、费用低、操作简单，不影响农业生产，可以实现边修复边生产，适用于大面积中、轻度污染农田的修复。

4、研究表明利用含磷化合物对土壤重金属污染进行修复是重金属污染原位固定修复的有效方法之一。

5、利用磷尾矿中主要成分，加入辅料如白云石、石英砂、磷酸亚铁和钾长石等，生产出经济、高效的农田重金属镉污染修复剂，对于磷尾矿资源化利用、修复镉污染农田、保护环境具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提出一种治理农田镉污染的修复剂的制备方法，该修复剂是含硅钙镁磷钾的可溶性玻璃体；并提供了一种该修复剂在镉污染农田中的应用方案。为此，本发明采用的技术方案为：

2、硅钙镁磷钾修复剂的制备及其修复农田中镉的应用，主要包括以下内容：

3、将磷尾矿、白云石、石英砂、磷酸亚铁和钾长石等破碎至5厘米以下，将所述物料按照一定比例在1200-1500度下用电炉高温煅烧，物料完全熔融，熔料放出后，经水淬、沥水、干燥得到5mm以下的硅钙镁磷钾玻璃体，再粉碎至100-200目得到土壤重金属镉修复剂，取100份的粉状修复剂与浓度为20%-50%的硫酸镁溶液造粒、干燥，得到颗粒状产品，便于施用，其中浓度为20%-50%的硫酸镁溶液是由1-4份的七水硫酸镁配置而成。该修复剂是一种含磷酸根的复合硅铝酸盐玻璃体，配料在熔融状态下，硅酸盐形成ro4四面体（其中，r主要是si4+、其次是al3+以及少量的mg2+、fe2+），以不同的连接方式连接成单链或双链结构，构成玻璃体的网络；钾长石及磷尾矿中的ca5 f（po4）3离解成ca2+ 、 f-、[po4]3-、k+，存在于网络之外，成为玻璃体中的晶子部分。网络的作用在于阻止晶子形成结晶。网络太小不足以阻止晶子的成长，会析出难溶性磷灰石结晶；网络太大，[po4]3-、ca2+、mg2+、fe2+、k+、f-在玻璃网络结构中难以溶出。修复剂配料的原则之一就是控制ro4四面体网络的大小，网络大小取决于配料的o/si比例，当o/si在2-4之间变化时，相应的玻璃网络由无限大变为单独的硅氧四面体。

4、上述方案中，所述物料控制n(mgo)/ n(sio2)=0.8-1.1，控制物料碱度：

5、r==0.95～1.2。

6、本发明还提供了上述修复剂在修复模拟重金属镉污染农田领域的应用方案。

7、一种上述制备的修复剂在重金属镉污染农田处理方面的应用，具体为：将所述修复剂按照一定量加入模拟镉污染土壤，将修复剂与模拟镉污染土壤混合均匀，过一段时间，测定土壤毒性浸出（tclp）cd含量。镉修复剂对土壤中cd的修复机理为：①该修复剂玻璃体网络中的的k+、ca2+、mg2+、fe2+可以被土壤中的重金属cd2+取代，并释放出k、ca、mg、fe等植物所需要的营养元素，营养与修复一体化；②修复剂中的[po4]3-与土壤中的cd2+发生一系列反应，生产磷酸镉、磷酸镉盐等不溶物，使土壤中的镉矿质化，降低土壤镉的毒性浸出和对环境的危害。

8、上述方案中，所述的模拟重金属镉污染农田中镉浓度为0.6mg/kg～42mg/kg。

9、上述方案中，所述修复剂的添加量为镉污染农田质量的0.1%-1.5%。

10、上述方案中，所述模拟镉污染农田的ph范围为：4.5～8.5。

11、本发明的有益效果为：

12、（1）本发明创新性地将磷尾矿、白云石、石英砂、磷酸亚铁和钾长石按一定比例加入电炉，采用高温熔融法制备硅钙镁磷钾玻璃体，用于修复土壤重金属镉，该工艺将磷尾矿废物资源实现绿色循环综合利用。

13、（2）硅钙镁磷钾玻璃体主要成分包括ca3（po4)2、casio3、fepo4、k2sio3、mgsio3，可以固化土壤重金属镉，还可以给植物提供所需的营养元素k、ca、mg、si、fe等，营养与修复一体化。

14、（3）产品为颗粒状，施入土壤后崩解，便于机械化施用。

技术特征：

1.一种土壤重金属镉的修复剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为，将磷尾矿、白云石、石英砂、磷酸亚铁和钾长石等破碎至5厘米以下，将所述物料按照一定配比在1200-1500度下用电炉高温煅烧，物料完全熔融，熔料放出后，经水淬、沥水、干燥得到5mm以下的硅钙镁磷钾玻璃体，再粉碎至100-200目得到土壤重金属镉粉状修复剂；取100份所述粉状修复剂与浓度为20%-50%的硫酸镁溶液造粒、干燥，得到颗粒状产品，其中浓度为20%-50%的硫酸镁溶液是由1-4份的七水硫酸镁配置而成；

2.一种利用权利要求1的制备方法生产的修复剂在修复模拟重金属cd污染农田土壤中的应用。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述污染农田中镉含量为0.6mg/kg～42mg/kg。

4.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述污染农田的ph范围为：4.5～8.5。

5.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述硅钙镁磷钾修复剂的添加量为镉污染农田质量的0.1%-1.5%。

6.如权利要求1所述的硅钙镁磷钾修复剂的制备方法，其中，所述物料控制比例为n(mgo)/n(sio2)=1.0，物料碱度r==1.0～1.15。

技术总结
本发明涉及一种用于修复重金属镉污染农田土壤的硅钙镁磷钾修复剂的制备方法。所述硅钙镁磷钾修复剂以磷尾矿、白云石、石英砂、磷酸亚铁和钾长石等为原料，按照一定的配比，利用电炉加热到1200‑1500度，高温熔融制备，该工艺将磷尾矿废物资源实现了绿色循环综合利用。所述硅钙镁磷钾修复剂主要成分包括Ca<subgt;3</subgt;（PO<subgt;4</subgt;)<subgt;2</subgt;、CaSiO<subgt;3</subgt;、FePO<subgt;4</subgt;、K<subgt;2</subgt;SiO<subgt;3</subgt;、MgSiO<subgt;3</subgt;等，可以固化土壤重金属镉，还可以给植物提供所需的营养元素K、Ca、Mg、Si、Fe等，营养与修复一体化。

技术研发人员：张文辉,张秦楠,梅丹丹,茹丹,辛星,孙凯熙,赵璐,裴永明,杨猛磊,吕珍珍,李志华,陈巧平,万亚珍
受保护的技术使用者：河南力浮科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15