一种矿区重金属污染土壤固化/稳定化处理的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿区重金属污染治理技术领域，属于重金属污染土壤修复领域，可以 有效地保护环境。
【背景技术】
[0002] 随着我国采矿业的迅速发展，产生了大量的尾矿废渣。这些废渣的处理与处置一 般采用尾矿库的方式存积，不仅占了大量的土地，还通过酸化、降雨淋滤等作用污染土壤、 地下水及地表水。另外尾矿库的修筑和维护需要投入大量的资金。
[0003] 对于目前金属矿区及周边地区的重金属污染土壤、含重金属的废渣与废弃物，常 用的无害化技术是固化/稳定化。固化/稳定化是加入添加剂改变土壤的理化性质，通过 重金属的吸附或者共沉淀作用改变其在土壤中存在的形态，降低重金属在土壤环境中的浸 出毒性、生物有效性和溶解迀移性，减少由于雨水淋溶或者渗透对动植物造成危害。
[0004] 申请号为201310732102. 8的中国发明专利公开了一种重金属固化剂及使用该重 金属固化稳定化土壤重金属的方法，该重金属固化剂由固化剂A和固化剂B组成，固化剂A 中各组分质量百分比为：粉煤灰40%~80%，水泥5%~20%和电石渣20%~40% ;固化 剂B为模数2. 0的钠水玻璃。该发明的固化剂固化效果好，固化后的重金属污染土壤浸出 率可以达到《危险废物鉴别浸出毒性鉴别》（GB5085. 3-2007)的相关要求。
【发明内容】
[0005] 本发明以磷灰石、粉煤灰和生石灰为原料，制备一种用于固化稳定化土壤重金属 污染的固化/稳定剂。所述磷灰石为有机酸改性磷灰石；所述粉煤灰为高钙粉煤灰，所使用 的原料低廉，既利用一部分工业副产品，以废治污，同时制备的固化剂的固化效果好，处理 后的固化体浸出率符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的规定限值。
[0006] 所述有机酸优选为乙酸和酒石酸，优选为酒石酸。
[0007] 本发明的目的在于提供一种矿区重金属污染土壤固化/稳定化的方法。
[0008] 本发明主要处理针对的处理重金属为As、Pb、Zn、Cd、Cr。
[0009] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0010] 首先对磷灰石进行改性，将〇. 4mol/L的酒石酸按液固比20:1与磷灰石混合，置于 培养室中28 °C中培养7d后将磷灰石取出。
[0011] 生石灰和粉煤灰作为固化剂，固化剂的各组分百分比为：粉煤灰35%~45%，生 石灰55%~65%，固化剂与矿区重金属污染土壤比为0. 25~0. 35 ;磷灰石作为稳定剂，占 矿区重金属污染土壤重量的3%~5%。各物质加入土壤中均混合均匀。
[0012] 本发明的有益效果是：
[0013] 本发明采用粉煤灰、生石灰作为固化剂，磷灰石作为稳定剂，通过不同的固化/稳 定化配方，对土壤进行固化稳定化处理，形成固化/稳定化的最优化配方。通过危险废弃物 毒性浸出实验、微观表征实验（XRD、SEM)来分析它的稳定化效果，通过处理后各项指标的 测定、对比分析，以确定较优的稳定化配方，可更好地防止其他意外的不良反馈情况发生。
[0014] 本发明所采用的固化剂、稳定剂来源比较广泛，价格低廉，且有一部分为工业废 物，把它应用于矿山废渣场的修复中，以废治污，具有良好的经济效益。处理后的固化体的 中重金属浸出浓度符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》中规定的标准限值。
【附图说明】
[0015] 图1为处理前后矿区土壤的XRD图，?表不Si02; □表不K ▽表不K ;A表不PbS ; ?表示磷酸铅盐；?表示C-S-H ;〇表示Ca(OH)2;▽表示（Fe, Mn) 2Si04。
[0016] 图2为处理前矿区土壤SEM图（X3000)
[0017] 图3为处理后固化体SEM图
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明的技术方案便于理解，以下结合具体试验例对本发明中一种矿区污染 重金属污染土壤固化/稳定化处理的方法作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘 述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0019] 实施例1
[0020] 重金属污染土壤取自某矿区铅锌渣场，重金属Pb含量为15167. 63mg/kg、Zn含量 为 948L 93mg/kg、Cu 含量为 3273. 62mg/kg、Cr 含量为 83L 39mg/kg、有机质含量为 2. 83g/ kg。固化/稳定化材料：生石灰、磷灰石从市场购买，粉煤灰取自长沙某燃煤电厂。本实施例 中最优选为固化剂中粉煤灰45%，生石灰55%，固化剂与矿区重金属污染土壤比为0. 35， 磷灰石占矿区重金属污染土壤重量5%。
[0021] 将固化剂、稳定剂与矿区污染土壤混合均，按水灰比0. 2加入一定量的水，再次搅 拌均匀，置于室内自然条件下养护28d。
[0022] 采用《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》（HJ/T300-2007)对固化体进 行毒性浸出，浸出浓度符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》中规定的标准限值。
[0023] 毒性浸出结果见表1，表中重金属污染土壤处理前后的浸出浓度（mg/L)
[0025] 上述测定数据说明，固化剂粉煤灰、生石灰和稳定剂磷灰石的结合使用可以大幅 降低矿区污染土壤重金属的浸出浓度。
[0026] 微观表征分析
[0027] 从图1可知，原矿区污染土壤中主要的晶像物质是石英相和高岭石（K)，主要成分 是Si0 2和铝硅酸盐类，固化/稳定化后，固化体中晶体相主要有SiO 2、C一S- H、铁锰硅化 物、0&0)3、0&(011) 2、？匕5。形成这些物质是粉煤灰中的510231203及生石灰中的活性氧化物 与废渣混合过程中发生水化发应，生成Ca(OH)2、水化硅酸钙凝胶（C一S-H)、水化铝酸钙、 钙矾石及硫化物等物质。加入磷灰石后，磷灰石中的磷酸盐能够和重金属元素形成溶解性 很低的、稳定性很高的化合物，对二价的重金属离子具有高效的去除效果，且固化体胶体体 系的碱性环境更加稳定，进一步促使水化硅酸钙等胶体的生成。Ca(OH) 2、水化硅酸钙凝胶 (C一S - H)、磷酸盐沉淀和重金属矿物质等物质通过吸附、沉淀、络合等作用将重金属离子 包裹在凝胶颗粒中，形成低移动性和低溶解性的物质。
[0028] 从图2、图3可知，废渣固化前晶体状和团状颗粒较少且很小，并杂乱无序，因此颗 粒流动性大，不易填埋。当添加固化剂和稳定剂后，呈现出有一定规则的晶状体和团状颗 粒，且结构密实，这是水化作用形成的C一S-H、碳酸盐和磷酸铅盐的表面形态特征。这些 胶体物质将重金属离子包裹起来，在固化体中形成稳定的胶体体系，重金属离子难以浸出。
[0029] 上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依 本
【发明内容】
所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
【主权项】
1. 一种矿区重金属污染土壤固化/稳定化处理的方法，其特征在于，固化剂和稳定剂 的配比：粉煤灰和生石灰作为固化剂，固化剂的各组分百分比为：粉煤灰35%~45%，生石 灰55%~65%，固化剂与矿区重金属污染土壤比为0. 25~0. 35 ;磷灰石作为稳定剂，占矿 区重金属污染土壤重量的3%~5%。2. 根据权利要求1所述的稳定剂磷灰石，其特征在于，有机酸改性磷灰石，所述有机酸 为乙酸或酒石酸。3. 根据权利要求2所述的有机酸，其特征在于，所述有机酸为酒石酸。4. 根据权利要求1所述的固化剂粉煤灰，其特征在于，所述粉煤灰为高钙粉煤灰。5. 根据权利要求1所述的矿区重金属污染土壤固化/稳定化处理的方法，其特征在于， 所述重金属污染土壤的重金属为As、Pb、Zn、Cd和Cr中的至少一种。
【专利摘要】本发明公开了一种矿区重金属污染土壤固化/稳定化处理的方法，涉及矿区重金属污染治理技术领域。本发明采用粉煤灰、生石灰作为固化剂，磷灰石作为稳定剂，先将磷灰石进行改性处理，然后通过不同的固化/稳定化配方，对土壤进行固化稳定化处理，形成固化/稳定化的最优化配方。本发明所采用的固化剂、稳定剂来源比较广泛，价格低廉，且有一部分为工业废物，把它应用于矿山废渣场的修复中，以废治污，具有良好的经济效益。处理后的固化体的中重金属浸出浓度符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》中规定的标准限值，且从微观表征分析，处理后形成的物质为低移动性和低溶解性的物质。
【IPC分类】B09C1/08
【公开号】CN104907329
【申请号】CN201510412337
【发明人】谢伟强, 李小明, 杨麒, 陈洪波, 钟宇, 王琰, 陈寻峰, 徐秋翔, 曾光明
【申请人】湖南大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年7月14日