CN115921515A - 一种重金属污染土壤的固化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污染土壤处理领域，公开了一种重金属污染土壤的固化处理方法。该方法包括如下步骤：将磷尾矿、水泥和重金属污染土壤混合搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物与水混合搅拌均匀，放入模具中压实成型、养护，得到固化体。本发明实现了快速地、大批量地用磷尾矿固化重金属污染土壤，这样无需建造专门的磷尾矿尾矿库，减少投资，节约成本，同时又治理重金属污染土壤，“以废治废”，减少工业固废和土壤污染的环境风险。
Description
技术领域
本发明属于污染土壤处理领域，更具体地，涉及一种重金属污染土壤的固化处理方法。
背景技术
修复重金属污染土壤一直是国际上的难点和热点研究课题。其中固化/ 稳定化技术是一种比较成熟的废物处置技术，现已应用于土壤重金属修复的工程领域。据EPA的定义，固化和稳定化具有不同的含义。固定化技术是将污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面加上低渗透性材料，通过减少污染物暴露的淋滤面积达到限制污染物迁移的目的；稳定化是指从污染物的有效性出发，通过形态转化，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化，以降低其对生态***的危害风险。固化产物可以方便地进行运输，而无需任何辅助容器；而稳定化不一定改变污染土壤的物理性状。
固化技术具有工艺操作简单、价格低廉、固化剂易得等优点，但常规固化技术也具有以下缺点，如固化反应后土壤体积都有不同程度的增加，固化体的长期稳定性较差等。而稳定化技术则可以克服这一问题，如近年来发展的化学药剂稳定化技术，可以在实现废物无害化的同时，达到废物少增容或不增容，从而提高危险废物处理处置***的总体效率和经济性；还可以通过改进螯合剂的结构和性能使其与废物中的重金属等成分之间的化学螯合作用得到强化，进而提高稳定化产物的长期稳定性，减少最终处置过程中稳定化产物对环境的影响。由此可见，稳定化技术有望成为土壤重金属污染修复技术领域的主力。
我国磷矿以中低品位磷矿为主，可供直接加工利用的磷矿石(富矿) 储量相对较低，磷矿石中P2O5含量平均值为17％左右，绝大部分磷矿不能满足作为原料矿石的质量要求，必须经选矿富集后才能使用。通常每生产 1t磷精矿，将产生0.44t尾矿，含P2O5一般为7％-12％，由于P2O5含量低，受现有技术的限制，磷尾矿综合利用率低，仅为7％，磷矿选矿产生的大量磷尾矿多以建立尾矿库堆存的方式进行处理。通过选矿产生的磷矿尾矿由于含有部分可溶的磷、氟、砷、汞等有害物质，在日常放置过程中会转移，渗透到水体、土壤中造成环境污染，导致水体富营养化、土壤退化。尾矿粉尘扩散也会造成周边生态环境的危害，因此，堆存磷尾矿渣在尾矿库必须进行防渗处理，并对收集的渗滤液进行有效处置。但建设和运营费用较高，且存在一定的安全环境风险。目前虽然有一些对于磷尾矿进行利用的方案，如利用磷尾矿制备成填充体充填矿山采空区、生产含磷肥料、利用磷尾矿制备建筑材料以及利用磷尾矿制备微晶玻璃等，但以上利用方案对磷尾矿的利用量仍较小，远远赶不上磷尾矿的产生速度，使得大量磷尾矿仍然需要采用建立尾矿库的方式进行堆存，并不能从根本上有效解决和减轻当前大量磷尾矿堆积而带来的环境问题。因此从源头对磷尾矿进行处理并利用，是解决当前大量磷尾矿堆存造成环境安全风险的最有效途径，具有重要的环境意义和经济价值。
因此，目前亟待提出一种新的重金属污染土壤的固化处理方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种重金属污染土壤的固化处理方法。本发明实现了快速地、大批量地用磷尾矿固化重金属污染土壤，这样无需建造专门的磷尾矿尾矿库，减少投资，节约成本，同时又治理重金属污染土壤，“以废治废”，减少工业固废和土壤污染的环境风险。
为了实现上述目的，本发明提供了一种重金属污染土壤的固化处理方法，该方法包括如下步骤：
将磷尾矿、水泥和重金属污染土壤混合搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物与水混合搅拌均匀，放入模具中压实成型、养护，得到固化体。
根据本发明，优选地，所述磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为(50-250)：(50-150)：(50-300)。
根据本发明，优选地，所述水与混合物的水固比为0.2-0.4。
根据本发明，优选地，所述模具的规格为(35-45)mm×(35-45)mm ×(155-165)mm。
根据本发明，优选地，所述压实成型的时间为12-48h。
根据本发明，优选地，所述养护在恒温恒湿培养箱中进行。
根据本发明，优选地，所述养护的温度为-25℃到60℃。
根据本发明，优选地，所述养护的湿度为85-95％。
根据本发明，优选地，所述养护的时间为5-15d。
根据本发明，优选地，所述固化体的存放环境pH为7-10。
在本发明中，所述重金属污染土壤为本领域公知的被铅、镉、锌等污染的土壤。
本发明的技术方案的有益效果如下：
本发明实现了快速地、大批量地用磷尾矿固化重金属污染土壤，这样无需建造专门的磷尾矿尾矿库，减少投资，节约成本，同时又治理重金属污染土壤，“以废治废”，减少工业固废和土壤污染的环境风险。
本发明的方法把磷尾矿作为固化剂使用，在固化过程中，磷尾矿、重金属污染土壤起胶凝和骨料的作用。本发明得到的是可以堆放的、对环境友好的固化体，没有新废物的产生。本发明的工艺能量效率高，体现了“低消耗、低排放、高效率”的环境友好特征。本发明以“减量化、再利用、资源化”的原则处理工业固废和污染土壤，实现了节约资源，降低能耗，保护环境的优点。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明实施例1提供的一种重金属污染土壤的固化处理方法的工艺流程示意图。
图2示出了本发明实施例1-15的不同组分配比对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图。
图3(a)-(c)示出了本发明实施例16-30的不同组分配比对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图((a)-磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：200：100；(b)-磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：200：50；(c)-磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：200： 150)。
图4示出了本发明的方法在不同养护时间对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图。
图5示出了本发明的方法在不同养护温度对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1
本实施例提供一种重金属污染土壤的固化处理方法，该方法包括如下步骤：
将磷尾矿、水泥和重金属污染土壤(质量比为150：150：100)混合搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物与水(水固比为0.2)混合搅拌均匀，放入模具中24h压实成型、养护，得到固化体，规格为40mm×40mm× 160mm。
所述养护在恒温恒湿培养箱中进行，所述养护的温度为40℃，所述养护的湿度为90％，所述养护的时间为14d。
所述固化体的存放环境pH为7-10。
实施例2-15
实施例2-15提供一种重金属污染土壤的固化处理方法，实施例2-15与实施例1的区别仅在于：
实施例2：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：50：300；
实施例3：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：50：250；
实施例4：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：50：200；
实施例5：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为200：50：150；
实施例6：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为250：50：100；
实施例7：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为300：50：50；
实施例8：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：100：250；
实施例9：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：100：200；
实施例10：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：100：150；
实施例11：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为200：100：100；
实施例12：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为250：100：50；
实施例13：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：150：200；
实施例14：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：150：150；
实施例15：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为200：150：50。
实施例16-30
实施例16-30提供一种重金属污染土壤的固化处理方法，实施例16-30 与实施例1的区别仅在于：
实施例16-30的养护的时间为7d，而且，其中：
实施例16：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：200：100；水固比为0.2；
实施例17：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：200：100；水固比为0.25；
实施例18：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：200：100；水固比为0.3；
实施例19：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：200：100；水固比为0.35；
实施例20：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为100：200：100；水固比为0.4；
实施例21：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：200：50；水固比为0.2；
实施例22：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：200：50；水固比为0.25；
实施例23：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：200：50；水固比为0.3；
实施例24：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：200：50；水固比为0.35；
实施例25：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：200：50；水固比为0.4；
实施例26：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：200：150；水固比为0.2；
实施例27：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：200：150；水固比为0.25；
实施例28：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：200：150；水固比为0.3；
实施例29：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：200：150；水固比为0.35；
实施例30：磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为50：200：150；水固比为0.4。
测试例1
本测试例用抗压抗折一体化试验机，按照《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ/T70-2009)中的要求，测试实施例1-30得到固化体的抗压、抗折强度，以及固化体的稳定性。
如图2所示，为实施例1-15的不同组分配比对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图，由图2可知，实施例1的磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：150：100时，固化体的抗压、抗折强度最大。
如图3(a)-(b)所示，为实施例16-30的不同组分配比对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图，由图3(a)-(b)可知，水固比为0.2时，固化体的抗压、抗折强度最佳。
如图4所示，为不同养护时间对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图，由图4可知，随着养护时间的增加，固化体的抗压、抗折强度增加，14 天固化体养护成熟。(磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：150： 100，水固比为0.2)。
如图5所示，为不同养护温度对固化体的抗压、抗折强度的影响的示意图，考虑固化体后期的使用，抗压强度是主要考虑因素，养护温度以40℃为宜。(磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：150：100，水固比为0.2)。
如表1所示，为不同存放环境pH对固化体的稳定性的影响结果(磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：150：100，水固比为0.2)，由表1 可知，环境pH显著影响固化体中铅浸出。14天后，除了pH＝1、4的环境，均未发现铅浸出；铅在强酸性环境下浸出率明显增大。由此可知，高pH环境有利于水泥和磷尾矿固化去除土壤中的铅，最佳pH值范围是7-10，pH值过高或过低都会影响固化效果。
表1环境pH对重金属的浸出率的影响(以铅为例)(单位：g·d-1·m-2)
如表2所示，为不同存放环境温度对固化体的稳定性的影响结果(磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为150：150：100，水固比为0.2)，由表2可知，温度对固化体中铅浸出影响不显著；随着温度升高，铅浸出浓度略微增大；温度过高或过低都会增加铅的浸出。只有在3天，-20℃，20℃和50℃时发现有铅浸出。
由固化体稳定性测试可知：水泥与磷尾矿固化重金属污染土pH范围是 7-10，成中性或低碱性；温度则对稳定性能影响不显著。
表2环境温度对重金属的浸出率的影响(以铅为例)(单位：g·d-1·m-2)
综上所述，固化体的稳定性能良好，可适应极端酸碱环境和自然界常见温度环境。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种重金属污染土壤的固化处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
将磷尾矿、水泥和重金属污染土壤混合搅拌均匀，得到混合物；将所述混合物与水混合搅拌均匀，放入模具中压实成型、养护，得到固化体。
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述磷尾矿、水泥和重金属污染土壤的质量比为(50-250)：(50-150)：(50-300)。
3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述水与混合物的水固比为0.2-0.4。
4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述模具的规格为(35-45)mm×(35-45)mm×(155-165)mm。
5.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述压实成型的时间为12-48h。
6.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述养护在恒温恒湿培养箱中进行。
7.根据权利要求6所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述养护的温度为-25℃到60℃。
8.根据权利要求6所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述养护的湿度为85-95％。
9.根据权利要求6所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述养护的时间为5-15d。
10.根据权利要求1所述的重金属污染土壤的固化处理方法，其中，所述固化体的存放环境pH为7-10。
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