一种利用赤泥颗粒材料修复重金属污染土壤的方法技术

本发明专利技术公开了一种赤泥颗粒材料及其应用。该赤泥颗粒土壤修复剂是以赤泥粉、石膏、水泥、粉煤灰为主要原料，并掺入磷酸盐作为活化材料，提高赤泥粉的胶凝能力和稳定固定重金属离子的能力，经过加水混合、成球、常温下干燥固化一系列过程，使得赤泥原矿粉粉状材料复合成型得到球形颗粒土壤修复剂。本发明专利技术实现了赤泥粉末的颗粒化常温下制备，得到的赤泥颗粒土壤修复剂具有一定的机械强度和很好的重金属稳定固化性能，可有效处理重金属污染的土壤或污泥，同时能缓慢释放OH根离子，利用该修复剂修复后土壤的pH基本稳定在7.5以下，能有效克服赤泥粉修复土壤的过程中致使土壤pH升高过快，不利于植物生长的问题，具有较高的应用价值和环境效益。

【技术实现步骤摘要】
一种利用赤泥颗粒材料修复重金属污染土壤的方法
本专利技术属于土壤重金属污染治理
更具体地，涉及一种利用赤泥颗粒材料修复重金属污染土壤的方法，特别是铅污染土壤的修复。
技术介绍
我国重金属污染的土壤已达2000万hm2，占总耕地面积的1/6，因工业“三废”污染的农田达700万hm2，导致每年粮食减产100亿kg。同时采矿、冶炼也造成了矿区及周边地区土壤等表生环境严重的重金属污染。我国西南和中部地区，特别是云南、江西、湖南、贵州和广西等省区，由于采矿与金属冶炼造成矿区及周边地区土地严重的重金属污染，造成大片土地不适于耕种，对当地的生态环境与人民身体健康构成严重威胁，妨碍了农业生产。重金属污染土壤的修复技术主要分为两类:原位修复和异位修复。原位修复方式主要包括物理技术、化学技术和生物修复技术；物理技术包括客土和翻土法、热处理分离、动电修复和隔离包埋等；化学技术包括化学固定、化学淋洗和化学氧化/还原等；生物修复技术包括植物修复、微生物修复和堆肥等。其中，应用最广的物理技术的传统挖掘填埋修复技术，由于成本高和占地大的不足，限制了其在土壤污染场地修复中的广泛应用，逐渐被成本低、对周围环境扰动下、社会可接受程度高的原位化学固定技术所取代。原位化学固定指的是向污染土壤中添加某一类或几类化学添加剂，通过吸附、沉淀或共沉淀、离子交换等机理来改变重金属在土壤中的赋存形态，降低重金属的移动性和生物有效性从而减少重金属对环境和人体危害的一种修复技术。原位固定技术的关键在于针对污染土壤的特性选择合适的固化剂，常用的固化剂一般为经济成本较低的矿物和工业副产物，如生石灰、磷酸盐及其矿物、铝硅酸盐、铁锰氧化物、沸石、污泥、堆肥等，研究发现这些固化剂可以有效固定土壤中的铅、福、铜、锌、砷等重金属。赤泥是氧化铝生产过程中产生的残渣，含有丰富的铁、铝和钙的氧化物，能减少金属的溶度和生物利用度，通过释放OH离子对土壤中重金属起到持续稳定固化作用，促进污染土壤中重金属的化学形态转化，可作为重金属污染土壤的稳定固化剂。但是，目前赤泥应用于污染治理和生态修复时基本还是直接利用赤泥粉，由于其游离碱释放过快，导致土壤pH上升速度很快，对植被和土壤微生物造成严重的危害。因此，如何降低游离碱释放速度，如何抑制治理重金属污染土壤时土壤pH上升速度过快的问题，是当前赤泥应用于重金属污染土壤治理修复方面亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有直接利用赤泥粉修复污染土壤，由于其游离碱释放过快，导致土壤PH很快上升，会对植被和土壤微生物造成危害的问题，提供一种采用颗粒化赤泥稳定固化重金属离子的土壤修复方法，利用石膏、硅酸盐水泥、粉煤灰的胶凝性制备赤泥颗粒土壤修复剂，用于稳定固化重金属离子。该颗粒修复剂修复方法成本低廉，能有效解决土壤pH快速上升的问题，实现受重金属污染的农田土壤原位修复。本专利技术的目的是提供一种赤泥颗粒材料及其制备方法。本专利技术另一目的是提供一种利用上述赤泥颗粒材料修复重金属污染土壤或污泥的方法。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种赤泥颗粒材料，是以废赤泥粉和废石膏为主要原料，添加胶凝材料提高赤泥的凝胶能力，并添加磷酸盐作为活性材料，经过加水混合、成球、常温干燥、固化一系列过程制备得到；所述胶凝材料为硅酸盐水泥和粉煤灰的混合物。所述石膏可以是工业石膏，也可以是工业废渣废石膏。其中，优选地，所述硅酸盐水泥和粉煤灰的用量比为1～4：1。更优选地，所述硅酸盐水泥和粉煤灰的用量比为1：1。优选地，所述赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中所产生的赤泥，其主要成分为氧化铝、氧化铁和氧化钙。优选地，按照占三者的总重量比计，赤泥、石膏和胶凝材料的用量分别为80～90％、3～8％和2～10％；所述磷酸盐的用量占三者总重量的3～8％。优选地。更优选地，按照占三者的总重量的比例计，赤泥、石膏和胶凝材料的用量分别为85％、5％和10％，磷酸盐的用量为2～5％，最优选地，磷酸盐的用量为5％。另外优选地，所述水的用量为：按照重量比计，水：混合料＝0.4～0.6：1，所述混合料为赤泥、石膏和胶凝材料的混合物。更优选地，水：混合料＝0.5：1。优选地，所述赤泥、石膏和胶凝材料均为粉料，并使用前先过50～70目筛。更优选地，过40～60目筛。最优选地，过60目筛。优选地，所述赤泥、石膏和胶凝材料先混合搅拌2～4h后，再加水和磷酸盐混合。优选地，所述的赤泥颗粒材料的制备采用圆盘造粒机。更优选地，圆盘造粒机的使用转速为20～40r/min。上述制备的赤泥颗粒材料为颗粒状，优选地，其形状为粒径1～5mm的球状。更优选地，形状为粒径2～3mm的球状。具体地，上述赤泥颗粒材料的制备方法包括如下步骤：S1.混料：将赤泥、石膏和胶凝材料按比例混合、粉碎，搅拌2～4h，使所有粉料混合均匀；混合料过60目筛，得到混合粉料；S2.造粒：置混合粉料于圆盘造粒机中，控制造粒转速20～40r/min，按0.4～0.6：1的水灰比喷入水，再按比例添加过50～70目筛的磷酸盐，将混合粉料造粒成球；S3.风干：自然风干12～48h；S4.烘干：将S3风干后的生球60～70℃烘干2～6h；S5.自然冷却，得到赤泥颗粒材料。其中，优选地，步骤S1所述搅拌时间为3.5h。优选地，步骤S2所述水灰比为0.5。优选地，步骤S2所述球的粒径为2～3mm。优选地，步骤S2所述磷酸盐过60目筛。优选地，步骤S3所述自然风干的时间为36h。优选地，步骤S4所述烘干的温度为65℃，所述烘干的时间为4h。上述赤泥颗粒材料在重金属污染土壤或污泥的治理修复方面的应用也在本专利技术的保护范围之内。优选地，所述重金属污染土壤或污泥为Pb2+、Zn2+和/或Cu2+等重金属离子污染的土壤或污泥。更优选地，适用的重金属污染土壤或污泥的标准为：重金属的浓度含量为：Pb2+≤500mg/L，Zn2+≤800mg/L，Cu2+≤650mg/L。Pb2+≤300mg/L，Zn2+≤500mg/L，Cu2+≤500mg/L作为一种优选的可实施方案，具体应用的方法，一种利用赤泥颗粒材料修复重金属污染土壤的方法：按照2～8％的用量比，将上述赤泥颗粒材料混入重金属污染土壤或污泥，在自然条件下稳定5～10天，即完成对土壤及污泥中重金属离子的稳定固化。优选地，赤泥颗粒材料的用量比为6％。本专利技术为了克服现有直接利用赤泥粉修复污染土壤，由于其游离碱释放过快，导致土壤pH很快上升，会对植被和土壤微生物造成危害的问题，经过大量研究和探索制备出一种颗粒化的赤泥材料，具体是以废赤泥粉、废石膏为主要原料，并掺加一定量的硅酸盐水泥和粉煤灰等胶凝材料作为骨架材料，再添加活化材料磷酸盐，经过加水混合、成球、自然干风、烘干一系列过程复合成型为颗粒状修复剂。该赤泥颗粒土壤修复剂通过缓释对重金属起到持续稳定化作用，可用于钝化污土中铅锌等重金属离子，有利于促进污染土壤中重金属离子的化学形态转化，更重要的是，能有效解决土壤pH上升过快的问题，实现受重金属污染的农田土壤原位修复。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用水泥和粉煤灰复配使用能够协同增效的改善赤泥的胶凝性能，并进一步结合活化材料磷酸盐的作用，实现了常温下赤泥粉末的颗粒化，具有一定的机械强度和很好的稳定固化重金属离子性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种赤泥颗粒材料，其特征在于，是以废赤泥粉和废石膏为主要原料，添加胶凝材料提高赤泥的凝胶能力，并添加磷酸盐作为活性材料，经过加水混合、成球、常温干燥、固化一系列过程制备得到；所述胶凝材料为硅酸盐水泥和粉煤灰的混合物。

【技术特征摘要】
1.一种赤泥颗粒材料，其特征在于，是以废赤泥粉和废石膏为主要原料，添加胶凝材料提高赤泥的凝胶能力，并添加磷酸盐作为活性材料，经过加水混合、成球、常温干燥、固化一系列过程制备得到；所述胶凝材料为硅酸盐水泥和粉煤灰的混合物；其中，按照占三者的总重量比计，赤泥、石膏和胶凝材料的用量分别为80～90%、3～8%和2～10%；所述磷酸盐的用量占三者总重量的3～8%；所述硅酸盐水泥和粉煤灰的用量比为1～4：1；所述水的量为：按照重量比计，水：混合料=0.4～0.6：1，所述混合料为赤泥、石膏和胶凝材料的混合物。2.根据权利要求1所述赤泥颗粒材料，其特征在于，所述赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中所产生的赤泥，其主要成分为氧化铝、氧化铁和氧化钙；所述赤泥、石膏和胶凝材料均为粉料，并过50～70目筛；所述赤泥、石膏和胶凝材料先混合搅拌2～4h后，再加水和磷酸盐混合。3.根据权利要求1所述赤泥颗粒材料，其特征在于，所述赤泥颗粒的形状为粒径1～5mm的颗粒状。4.权利要求1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：石太宏，赵光利，陈惠康，徐源，汤叶涛，王新璋，柴洪云，程乾坤，张红云，黄雄飞，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44