CN104726104A - 重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法 - Google Patents

重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，包括以下步骤：将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎和滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物混合均匀，获得混合矿物，喷洒水至混合矿物，然后挤压成片状矿物组合物；将所述片状矿物组合物堆放，自然晒干；输入回转窑进行焙烧，获得焙烧后的矿物；将所述焙烧后的矿物和粉煤灰、生石灰进行复配、混匀，获得混合物；将所述混合物进行磨粉，即得。本发明提供的改良剂组合物一方面通过对重金属的吸附、沉淀等作用，改变了重金属在土壤中的存在状态，降低了重金属的生物有效性和迁移性；另一方面，通过改善土壤结构，改善了土壤的保水性和透气性，有利于促进植物生长。

Description

重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种污染土壤改良剂组合物的制备方法，具体涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法。
背景技术
土壤是人类生存、兴国安邦的战略资源。随着工业化、城市化、农业集约化的快速发展，大量未经处理的废弃物向土壤***转移，并在自然因素的作用下汇集、残留于土壤环境中。据估计，我国受农药、重金属等污染的土壤面积达上千万公顷，已对我国生态环境质量、食品安全和社会经济持续发展构成严重威胁。污染物质的种类主要有重金属、硝酸盐、农药及持久性有机污染物、放射性核素、病原菌/病毒及异型生物质等。目前，土壤污染退化已表现出多源、复合、量大、面广、持久、毒害的现代环境污染特征，正从常量污染物转向微量持久性毒害污染物，尤其在经济快速发展地区，土壤污染退化的总体现状已从局部蔓延到区域，从城市城郊延伸到乡村，从单一污染扩展到复合污染，从有毒有害污染发展至有毒有害污染与N、P营养污染的交叉，形成点源与面源污染共存，生活污染、农业污染和工业污染叠加，各种新旧污染与二次污染相互复合或混合的态势。
土壤污染带来了极其严重的后果：第一，土壤污染使本来就紧张的耕地资源更加短缺；第二，土壤污染给人民的身体健康带来极大的威胁；第三，土壤污染给农业发展带来很大的不利影响；第四，土壤污染也是造成其他环境污染的重要原因；第五，土壤污染中的污染物具有迁移性和滞留性，有可能继续造成新的土地污染；第六、土壤污染严重危及后代子孙的利益，不利于农村经济的可持续发展。因此，研究污染土壤的改良方法具有重要意义。目前，对于重金属污染土壤的治理，主要通过生物修复、使用石灰、增施有机肥、灌水调节土壤pH值、换客土等措施来降低或消除污染，效果也各有优劣，比如生物修复法除重金属效果较好，但是生物制剂的前期制造成本高，也制约其应用范围。
CN103351870A(公开日2013-10-16)公开了一种土壤改良剂，包括以下重量比的各组分：丙烯酰胺-丙烯酸盐共聚交联物10-15、丙烯酰胺-丙烯酸纳共聚物20-30、蒙脱石55-60，并且通过该各组分螯合而成。本土壤改良剂为淡黄色粉末颗粒，其与土壤混合经团粒反应以及疏水反应后形成具有十分疏松的团粒结构土壤，该团粒结构土壤具有优良的保肥、保水、透气的固液气三相结构，利于植物根系的生长。
虽然上述现有技术公开了一些重金属污染土壤的治理和改良方法，能够满足一定的需要，但这些技术仍存在一定的缺陷：比如重金属的去除效果不理想，成本高，不适宜大规模推广应用。
因此，对于现有技术中重金属污染土壤的治理方法存在进一步的改进和优化需求，这也是该技术领域内的研究热点和重点之一，更是本发明得以完成的动力和出发点所在。
发明内容
为了克服现有技术存在的污染土壤改良成本高和重金属的去除效果不理想的技术问题，本发明人在进行了大量的深入研究之后，从而完成了本发明。
本发明通过以下技术方案实现，具体而言，涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)，将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎和滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物混合均匀，获得混合矿物，喷洒水至混合矿物，然后挤压成片状矿物组合物；
步骤(2)，将所述片状矿物组合物堆放48小时以上，然后自然晒干至水分重量含量小于20％；
步骤(3)，将所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物输入回转窑进行焙烧，获得焙烧后的矿物；
步骤(4)，将所述焙烧后的矿物和粉煤灰、生石灰进行复配、混匀，获得混合物；
步骤(5)，将所述混合物进行磨粉，即得土壤改良用改性矿物组合物。
优选的，步骤(1)中，所述滚筛的孔径为2-5cm，该范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如2cm、3cm、4cm或5cm，最优选3cm，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选3-4cm。
优选的，步骤(1)中，所述五种小颗粒矿物中，凹凸棒石︰蛭石︰海泡石︰沸石︰硅藻土的重量比为(5-8):(1-2):(1-2):(1-2):(1-2)，该范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如5︰1︰1︰1︰1，6︰1︰1︰1︰1，7︰1︰1︰1︰1，8︰1︰1︰1︰1，5︰2︰2︰2︰2，6︰2︰2︰2︰2，7︰2︰2︰2︰2，8︰2︰2︰2︰2，5︰1︰2︰1︰2，6︰2︰1︰2︰2，7︰1︰2︰1︰2或8︰2︰1︰2︰2，最优选6︰1︰1︰1︰1，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选(5-8)︰1︰1︰1︰1。
优选的，步骤(1)中，喷洒地下水至混合矿物。
优选的，步骤(1)中，喷洒水至混合矿物使，混合矿物的水分重量含量为40-50％，该范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％或50％，最优选45％，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选43-48％。
优选的，步骤(1)中，使用三辊机挤压成片状矿物组合物。
优选的，步骤(1)中，所述片状矿物组合物的片层厚度为控制1-5mm，该范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如1mm，2mm，3mm，4mm或5mm，最优选3mm，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选2-4mm。
优选的，步骤(3)中，所述焙烧的温度为540-560℃，该范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如540℃、542℃、545℃、547℃、550℃、553℃、555℃、557℃或560℃，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选545-555℃。
优选的，步骤(3)中，所述焙烧的时间10-20分钟，该范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如11分钟、12分钟、13分钟、14分钟、15分钟、16分钟、17分钟、18分钟、19分钟或20分钟，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选13-18分钟。
优选的，步骤(3)中，所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物用传送带输入回转窑。
优选的，步骤(4)中，焙烧后的矿物、粉煤灰、生石灰的重量比为(1-3):(1-3):(1-2)，该范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如1︰1︰1、1︰2︰2、1︰3︰1、1︰3︰2、3︰1︰1、3︰1︰2、3︰3︰1、2︰2︰1或3︰3︰2，最优选2︰2︰1，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选(1-2):(1-2):(1-2)。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过五种矿物原料的选择以及粉碎、压片、焙烧、复配和磨粉等一系列步骤的综合优化，尤其焙烧环节的作用，使得提供的改良剂组合物一方面通过对重金属的吸附、沉淀等作用，改变了重金属在土壤中的存在状态，降低了重金属的生物有效性和迁移性；另一方面，通过改善土壤结构，改善了土壤的保水性和透气性，有利于促进植物生长。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，由以下步骤组成：
步骤(1)，将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎，孔径5cm滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物(凹凸棒石︰蛭石︰海泡石︰沸石︰硅藻土的重量比为6︰1︰1︰1︰1)混合均匀，获得混合矿物，喷洒地下水至混合矿物，使混合矿物的水分重量含量为48％，然后使用三辊机挤压成片状矿物组合物(控制片层厚度5mm)；
步骤(2)，将所述片状矿物组合堆放48小时以上，然后自然晒干至水分重量含量小于20％；
步骤(3)，将所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物用传送带输入回转窑，控制温度540℃，进行焙烧，停留约13分钟，获得焙烧后的矿物；
步骤(4)，将焙烧后的矿物与粉煤灰、生石灰按照重量比2︰2︰1进行复配、混匀，获得混合物；
步骤(5)，将所述混合物进行磨粉，即得土壤改良用改性矿物组合物。
实施例2
本实施例涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，由以下步骤组成：
步骤(1)，将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎，孔径4cm滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物(凹凸棒石︰蛭石︰海泡石︰沸石︰硅藻土为8︰1︰1︰1︰1)混合均匀，获得混合矿物，喷洒地下水至混合矿物，使混合矿物的水分重量含量为50％，然后使用三辊机挤压成片状矿物组合物(控制片层厚度1mm)；
步骤(2)，将所述片状矿物组合堆放48小时以上，然后自然晒干至水分重量含量小于20％；
步骤(3)，将所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物用传送带输入回转窑，控制温度545℃，进行焙烧，停留约15分钟，获得焙烧后的矿物；
步骤(4)，将焙烧后的矿物与粉煤灰、生石灰按照重量比1︰1︰1进行复配、混匀，获得混合物；
步骤(5)，将所述混合物进行磨粉，即得土壤改良用改性矿物组合物。
实施例3
本实施例涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，由以下步骤组成：
步骤(1)，将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎，孔径3cm滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物(凹凸棒石︰蛭石︰海泡石︰沸石︰硅藻土的重量比为5︰2︰2︰2︰2)混合均匀，获得混合矿物，喷洒地下水至混合矿物，使混合矿物的水分重量含量为40％，然后使用三辊机挤压成片状矿物组合物(控制片层厚度2mm)；
步骤(2)，将所述片状矿物组合堆放48小时以上，然后自然晒干至水分重量含量小于20％；
步骤(3)，将所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物用传送带输入回转窑，控制温度550℃，进行焙烧，停留约18分钟，获得焙烧后的矿物；
步骤(4)，将焙烧后的矿物与粉煤灰、生石灰按照重量比1︰3︰1进行复配、混匀，获得混合物；
步骤(5)，将所述混合物进行磨粉，即得土壤改良用改性矿物组合物。
实施例4
本实施例涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，由以下步骤组成：
步骤(1)，将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎，孔径2cm滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物(凹凸棒石︰蛭石︰海泡石︰沸石︰硅藻土的重量比为5︰1︰2︰1︰2)混合均匀，获得混合矿物，喷洒地下水至混合矿物，使混合矿物的水分重量含量为43％，然后使用三辊机挤压成片状矿物组合物(控制片层厚度3mm)；
步骤(2)，将所述片状矿物组合堆放48小时以上，然后自然晒干至水分重量含量小于20％；
步骤(3)，将所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物用传送带输入回转窑，控制温度555℃，进行焙烧，停留约20分钟，获得焙烧后的矿物；
步骤(4)，将焙烧后的矿物与粉煤灰、生石灰按照重量比1︰3︰2进行复配、混匀，获得混合物；
步骤(5)，将所述混合物进行磨粉，即得土壤改良用改性矿物组合物。
实施例5
本实施例涉及一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，由以下步骤组成：
步骤(1)，将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎，孔径3cm滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物(凹凸棒石︰蛭石︰海泡石︰沸石︰硅藻土的重量比为7︰1︰2︰1︰2)混合均匀，获得混合矿物，喷洒地下水至混合矿物，使混合矿物的水分重量含量为45％，然后使用三辊机挤压成片状矿物组合物(控制片层厚度4mm)；
步骤(2)，将所述片状矿物组合堆放48小时以上，然后自然晒干至水分重量含量小于20％；
步骤(3)，将所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物用传送带输入回转窑，控制温度560℃，进行焙烧，停留约10分钟，获得焙烧后的矿物；
步骤(4)，将焙烧后的矿物与粉煤灰、生石灰按照重量比3︰1︰2进行复配、混匀，获得混合物；
步骤(5)，将所述混合物进行磨粉，即得土壤改良用改性矿物组合物。
对比例1
本对比例与实施例1的区别在于：省略步骤(3)，即不进行高温焙烧。
对比例2
本对比例与实施例2的区别在于：省略步骤(3)，即不进行高温焙烧。
对比例3
本对比例与实施例3的区别在于：省略步骤(3)，即不进行高温焙烧。
对比例4
本对比例与实施例4的区别在于：省略步骤(3)，即不进行高温焙烧。
对比例5
本对比例与实施例5的区别在于：省略步骤(3)，即不进行高温焙烧。
分别实施上述实施例1-5和对比例1-5进而获得改性矿物组合物样品，将重金属污染土壤与上述改性矿物组合物样品按照重量比100:3在常温下进行土壤重金属(镉)的去除改良试验，各个试验所用重金属污染土壤采自相同区域，每个实施例和对比例的样品重复五次改良试验，取其平均值进行计算和统计，所得结果如下表1所示。
表1实施例1-5和对比例1-5的结果
由上表可见，实施例1-5中的镉去除率在93.3-97.2％，而对比例1-5的镉去除率在67.8-71.6％，说明实施例1-5污染土壤中重金属镉的除去幅度显著，进一步说明步骤(3)中的高温焙烧工艺对于最终获得的改性矿物组合物在污染土壤重金属改良去除方面的效果具有至关重要的影响，尤其是焙烧温度为540-560℃，焙烧的时间为10-20分钟时获得的改性矿物组合物在土壤重金属镉的去除效果上更加突出。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种重金属污染土壤改良用改性矿物组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)，将凹凸棒石、蛭石、海泡石、沸石、硅藻土分别粗碎和滚筛，将筛下的五种小颗粒矿物混合均匀，获得混合矿物，喷洒水至混合矿物，然后挤压成片状矿物组合物；
步骤(2)，将所述片状矿物组合物堆放48小时以上，然后自然晒干至水分重量含量小于20％；
步骤(3)，将所述水分重量含量小于20％的片状矿物组合物输入回转窑进行焙烧，获得焙烧后的矿物；
步骤(4)，将所述焙烧后的矿物和粉煤灰、生石灰进行复配、混匀，获得混合物；
步骤(5)，将所述混合物进行磨粉，即得土壤改良用改性矿物组合物。
2.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述滚筛的孔径为2-5cm。
3.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述五种小颗粒矿物中，凹凸棒石︰蛭石︰海泡石︰沸石︰硅藻土的重量比为(5-8):(1-2):(1-2):(1-2):(1-2)。
4.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，喷洒地下水至混合矿物。
5.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，喷洒水至混合矿物使混合矿物的水分重量含量为40-50％。
6.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，使用三辊机挤压成片状矿物组合物。
7.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述片状矿物组合物的片层厚度为控制1-5mm。
8.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述焙烧的温度为540-560℃。
9.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述焙烧的时间10-20分钟。
10.如权利要求所述的的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，焙烧后的矿物、粉煤灰、生石灰的重量比为(1-3):(1-3):(1-2)。
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