一种铝和铁复合污染土壤的治理方法与流程

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种铝和铁复合污染土壤的治理方法。

技术背景：

随着我国城市化的快速发展，工厂关闭和搬迁产生大量污染场地，这些场地大多具有重金属复合污染特征，对人体健康和生态环境构成严重威胁，亟需进行有效地修复。

随着工农业的迅速发展，化学污染物质源源不断地向生态系统释放，生态系统中正在趋向于同时存在一个以上的化学污染物质。由此，工农业生产和人类健康面临着“复合污染”的严重挑战。如何修复这些复合污染土壤成为人们关注的焦点。铝和铁复合污染是土壤重金属复合污染的典型代表之一。铝和铁污染是指含铝和铁污染物中带有铝和铁元素的尘粒会造成环境中的大气铝和铁污染，含铝和铁的污水或固体物会造成江河水以及土壤的污染。铝污染会对动、植物造成危害，影响它们的健康成长，甚至使它们无法生存。

现有的土壤修复技术主要包括土壤生物修复技术、物理修复技术和化学修复技术等。其中，固化稳定化技术是将重金属污染物在污染介质中固定，使其处于长期稳定状态，是应用较普遍的土壤重金属污染的快速控制修复方法，有研究报道的稳定剂还包括石灰、粉煤灰、明矾浆、钙矾石、沥青、钢渣、稻壳灰、沸石等，多为碱性物质，能提高系统的ph值，可与重金属反应产生氢氧化物沉淀。

中国发明专利201711315378.0公开一种重金属污染土壤钝化剂及其制备方法，将钝化剂施入土壤后通过提高土壤ph，增强土壤中的有机物质、铁/铝氧化物、粘土矿物的螯合能力，使土壤的吸附能力增强，重金属的解吸能力降低，至终降低土壤中可溶性金属的含量，促进土壤中的重金属离子转化成氢氧化物或碳酸盐沉淀如生成溶解度很小的沉淀，进而降低重金属的生物可利用性，且以木醋液浸润草木灰，溶解活化营养成分，同时通过木醋液与改性凹凸棒土中碱性氧化物反应，将营养成分有效包裹吸附进入活化生物质炭中缓慢释放。

中国发明专利201810148809.7公开了一种利用纳米材料生物修复含铁和铝混合污染土壤的方法，包括以下操作步骤：包括以下操作步骤：1)在待移入植物的含铁和铝土壤根际周围喷洒微生物复合菌剂；2)将待移入植物浸泡于微生物复合菌剂中23-25小时；经上述1)、2)任意一个操作步骤后，3)将植物移入种植坑中，在植物的种植坑中加入含铁、铝污染的土壤和纳米羟基磷灰石的混合土壤，待植物长势旺盛后，刈割植物地上部分植叶，去除土壤中过量的铁和铝。

目前土壤污染修复技术本身都有明显的局限性，物理修复技术存在能耗高、处理成本高、对设备要求高、工作量大等问题；化学修复技术处理成本高、存在二次污染的风险；生物修复存在修复过程缓慢、污染物降解不完全导致二次污染等。为克服这些土壤修复技术的缺点，发挥不同修复技术的优点，需要加强对土壤污染防控修复技术的研发。

针对铝和铁复合污染土壤治理，有必要将铝和铁的化合物从污染土壤中分离，实现土壤修复效果的彻底稳定。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种铝和铁复合污染土壤的治理方法，实现土壤中铝和铁的分离。

一种铝和铁复合污染土壤的治理方法，具体采用下述步骤实现：

(1)、将铝和铁复合污染地块的土壤挖出，通过破碎机处理成2～5mm的土壤颗粒；

(2)、将土壤颗粒送入马弗炉中进行高温焙烧,土壤中的硫酸铝、硫酸铁等硫酸盐分解为氧化铝、氧化铁等氧化物，研磨得到土壤粉末；

(3)、将稀盐酸加入土壤粉末中，使土壤粉末浸没在稀盐酸溶液中；再按一定比例向土壤中加入活性炭粉末，充分混合，土壤中的铝化合物转化为氯化铝，铁化合物转化为氯化铁；过滤，得到脱水后的土壤；

(4)、将步骤(3)得到的土壤加入真空反应器中，加热至185-200℃恒温30min，将土壤中的氯化铝加热挥发，从反应器中分离；再将温度上升至500℃，恒温30-60min,土壤中的氯化铁和活性炭发生氧化还原反应，氯化铁转化为铁单质；

(5)、将步骤(4)得到的土壤进行破碎解离处理，然后采用将土壤送入磁选机，分离土壤中的铁，得到修复后的土壤。

一种铝和铁复合污染土壤的治理方法，所述土壤中铁和铝的含量均不低于500mg/kg。

一种铝和铁复合污染土壤的治理方法，所述步骤(2)中，马弗炉高温焙烧的温度为700-800℃。

一种铝和铁复合污染土壤的治理方法，所述步骤(3)中，所述加入稀盐酸溶液的浓度为0.1-1mol/l，所述活性炭粉末加入的质量为土壤粉末质量的5-10％。

一种铝和铁复合污染土壤的治理方法，所述步骤(4)中，所述真空反应器的体系压力为10kpa。

一种铝和铁复合污染土壤的治理方法，所述步骤(5)中，所述磁力分选机为永磁滚筒式磁选机。

技术原理：

首先将土壤进行破碎处理，将土壤进行充分解离，得到颗粒物；然后采用马弗炉高温焙烧，将硫酸盐热分解得到金属氧化物，然后将土壤浸没在土壤中，充分溶解，土壤中的铁离子和铝离子释放出来，与盐酸结合生产氯化铝和氯化铁，在活性炭的吸附作用下，大部分的氯化铝和氯化铁都吸附进入活性炭粉末中。在加热作用下，由于氯化铝的沸点很低，仅为181℃，很容易从土壤中挥发，特别是在真空条件下加热，挥发的进程更加快速；挥发氯化铝后，将温度上升至500℃，土壤中的氯化铁和活性炭发生氧化还原反应，主要是氯化铁与一氧化碳反应生成单质铁。

2fecl3+3co+3h2o＝2fe+3co2+6hcl

最后采用磁选机将铁分离出来，由于大部分的氯化铁是吸附在活性炭中，在磁选过程中，大量的活性炭粉被分选出来，最终实现金属铁和铝的分离，得到洁净的土壤。

本发明优点：

本发明充分利用土壤中铝和铁的形态，将主要成分硫酸铁和硫酸铝高温焙烧后形成氧化物，然后将氧化物转为氯化物，最后利用热分离和物理分选的方式实现清洁分离。

与现有技术相比，本发明能充分利用金属铁和铝的各自的物理化学性质，分步转化分离，具有针对性强，处理方法简单，工艺流程短，修复方法采用常用设备，无需研发专门的技术设备，能有效分离铝和铁，还能实现金属的资源回收利用，实现土壤重金属污染的稳定修复。

附图说明：

图1为一种铝和铁复合污染土壤的治理方法的工艺流程图。

具体实施方式：

将铝和铁复合污染地块的土壤挖出，通过破碎机处理成2～5mm的土壤颗粒；将土壤颗粒送入马弗炉中进行高温焙烧,温度为750℃,土壤中的硫酸铝、硫酸铁等硫酸盐分解为氧化铝、氧化铁等氧化物，研磨得到土壤粉末；将0.1mol/l稀盐酸加入1kg土壤粉末中，使土壤粉末浸没在稀盐酸溶液中；再加入50g活性炭粉末，充分混合，土壤中的铝化合物转化为氯化铝，铁化合物转化为氯化铁；过滤，得到脱水后的土壤；将得到的土壤加入真空反应器中，体系压力为10kpa,加热至185-200℃恒温30min，将土壤中的氯化铝加热挥发，从反应器中分离；再将温度上升至500℃，恒温30-60min,土壤中的氯化铁和活性炭发生氧化还原反应，氯化铁转化为铁单质；将得到的土壤进行破碎解离处理，然后采用将土壤送入永磁滚筒式磁选机，分离土壤中的铁，得到修复后的土壤。

试验结果:处理前，复合污染地块的土壤中铝的含量为621.11mg/kg，铁的含量为543.37mg/kg；处理后，修复后的土壤中铝的含量为3.82mg/kg，铁的含量为11.90mg/kg。