一种逐次定向富集尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的方法技术

本发明专利技术涉及尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的富集提取技术，具体是一种利用阳极酸化作用逐次定向富集重金属的方法。具体方法是在重金属污染土壤两端设置阴阳电极，其中阳极为可移动电极，阴极为固定电极，在土壤两端施加直流电，在通电电流达到恒定后，将阳极电极向另一端的固定阴极电极方向移动一段距离，利用阳极酸化作用使得土壤中重金属逐次定向地向阴极迁移并富集，整个过程阴极与阳极之间的电压不改变，电压梯度范围为1.37～6.85V/cm。本发明专利技术方法可快速富集土壤中的重金属，对各形态的重金属均有明显富集效果，与固定电极富集方法相比较可节约40％的能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重金属富集提取技术，具体的说是一种逐次定向富集尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的方法。
技术介绍
土壤重金属污染问题是当今我国主要的环境问题。重金属难降解、易积累、毒性大，对作物的生长、产量和品质都有影响，尤其是它还有被作物吸收进食物链，从而危害人体健康的潜在威胁。环境保护部和国土资源部发布了全国土壤污染状况调查公报，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8％。从污染物超标情况看，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种无机污染物点位超标率分别为7.0％、1.6％、2.7％、2.1％、1.5％、1.1％、0.9％、4.8％。由此造成的粮食重金属污染，直接经济损失巨大。目前针对土壤重金属污染的治理技术及措施主要有以下几个方面：一是对土壤中重金属进行提取，主要是通过化学淋洗等方式，通过药剂的螯合及脱附作用，使土壤中部分重金属溶出；二是对土壤中重金属进行固化/稳定化，是通过固化剂/稳定化药剂，使重金属价态、形态发生变化。减少其在土壤中的迁移性，降低生物毒性。综合比较，从土壤中直接富集提取出来，是解决重金属污染的彻底措施，尤其是对高浓度的重金属污染土壤，更为重要。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种定向富集尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种逐次定向富集尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的方法，在待处理尾矿砂或尾矿污染土壤样品两侧分别设置固定的阴极电极与可移动的阳极电极，接通直流电使待处理样品达到恒定电流，同时电压保持恒定，并向待处理样品中加入电解液，待阳极区土壤pH2-4，在多方面作用使土壤中颗粒解体、氧化物溶解、沉淀形态重金属溶解、吸附态重金属解吸，可迁移性增强，而后将阳极电极向固定阴极电极方向移动5～7cm，利用阳极酸化作用使得待处理样品中重金属逐次定向地向阴极迁移并富集。所述电压梯度范围为1.37～6.85V/cm；恒定电流保持在40-100mA。所述电解液为醋酸-醋酸钠缓冲溶液。装置包括土壤处理室、电极室、电极、电源控制系统和电流电压监测系统，所述土壤处理室与阳极室和阴极室之间分别通过多孔有机玻璃分开，所述阴极室内设有固定阴极电极，阳极室内设有可移动的阳极电极；所述阴、阳极之间通过导线与电源相连。本专利技术作用机理：在被处理土壤两端施加直流电场后，由于阳极不断向阴极方向移动，阴极与阳极之间的电场强度逐渐增大，同时阳极附近电解产生大量的氢离子在电场作用下向阴极方向迁移，而且氢离子在土壤中的移动速度约为氢氧根的2倍，可以导致整个处理土壤处在一个较低的pH环境下。阳极附近的水电解产生的大量氢离子，通过离子交换作用将土壤颗粒表面吸附的大量阳离子解吸出来，增加土壤溶液中的带电粒子数量从而增大土壤的电导率，有利于土壤颗粒表面所吸附的重金属离子的脱附；较低的pH环境利于土壤中以离子或者沉淀形式存在的重金属的溶出；由于阳极与阴极间距逐渐缩小，两极间电场强度逐渐增大，有利于提高金属离子在电场下的迁移速度，从而提高了土壤中重金属的富集水平。本专利技术所具有的优点：1、本专利技术采用阳极不定期向阴极移动的方法逐次定向富集重金属，可作为一种重金属污染土壤其他化学或物理处理方法的简易、廉价的预处理方式，适用于异位尾矿砂或尾矿污染土壤重金属提取；2、本专利技术通过控制阳极移动的时间和方式，有效控制土壤酸化进程，有利于污染土壤中沉淀形式存在的重金属的溶出、解吸及其在土壤溶液中的迁移，进而使土壤中重金属的富集具有可控性。3、本专利技术既可用于重金属污染土壤的异位修复，也可用于原位修复，尤其适用于异质性土壤的修复。4、本专利技术具有普适性，对多数重金属均适宜。附图说明图1为本专利技术实施例所采用的实验装置简图。图2为本专利技术实施例1尾矿砂富集过程中不同位置重金属浓度。图3为本专利技术实施例2富集实验过程中不同位置土样pH-时间变化图。图4为本专利技术实施例3富集实验过程中不同位置土样pH-时间变化图。图5为本专利技术实施例3富集实验结束后不同位置土样Cr(Ⅲ)含量分布图。具体实施方式下面结合具体实施例并配合附图就本专利技术作进一步说明。本专利技术利用阳极酸化逐次定向富集土壤中重金属，实际上是通过电场的作用，土壤中的重金属离子(如Pb，Cd，Cr，Zn等)通过电透渗和电迁移的方式向电极运输，富集后进行集中收集处理。通过在土壤处理室设置阴、阳电极，阳极附近水电解产生的大量氢离子在电场作用下向阴极迁移，使阳极附近土壤酸化，土壤颗粒溶解，重金属从难迁移的吸附态和难溶的结合态转化成易迁移的形态向阴极方向迁移。当阳极区土壤pH低于某一值后，将阳极电极向固定阴极电极方向移动，利用阳极酸化作用使土壤中的重金属逐次定向向阴极富集。如附图1所示为本专利技术实施例所采用的重金属富集装置，装置主要包括土壤提取槽，电极室、电极、电源控制系统和电流电压监测系统。在土壤提取槽两端阴阳电极室分别插入阴极电极和阳极电极，阴极电极为固定电极，阳极电极为可移动电极，两电极间通过导线与电源相连。土壤处理室的具体规格如下：长35cm，宽10cm，高10cm。电极均为硬质石墨板状电极，长10cm，宽1cm，高10cm。实施例1采用该方法对某有色金属矿山铜矿尾矿砂进行重金属富集提取，矿砂样品中Cu、Pb、Zn和Cd的浓度分别为182mg·kg-1，182mg·kg-1，182mg·kg-1，和182mg·kg-1。施加48V直流电压，富集时间为48h，期间不定期向处理样品中加入适量0.1mol·L-1氯化钠溶液作为电解液同时平衡其的水分损失。当系统电流基本达到恒定电流、且阳极区土壤pH低于4后，可移动阳极向阴极方向移动7cm，结果参见图2。由图2可见处理48h后，矿砂中的重金属多数富集到阴极区。实施例2采用该方法对模拟Cd污染土壤(高岭土)进行富集实验，Cd浓度为182mg·kg-1。施加48V直流电压，富集时间为48h，期间不定期向处理土壤中加入适量0.1mol·L-1氯化钠溶液作为电解液同时平衡土壤的水分损失。当系统电流基本达到恒定电流、且阳极区土壤pH低于4后，可移动阳极向阴极方向移动7cm，结果参见图3。由图3可见土壤pH值：分别在通电5h，10h，18h，24h，48h土壤不同位置pH变化如附图3，随着阳极不断向阴极方向移动，被处理土壤逐渐酸化。除阴极土壤外其它区域土壤pH均低于2.68。该方法通过控制阳极移动的时间和方式，能够有效控制土壤酸化进程，使土壤pH处于适宜范围内。土壤各处Cd含量分布：处理48h后，土壤中95％以上的Cd富集到阴极土壤中。与相同操作条件下固定电极处理相比，该方法可节省能耗40％左右。实施例3采用该方法对Cr(Ⅲ)含量为907.11mg·kg-1的污染土壤中铬进行富集实验。施加48V直流电压，富集时间为15天，期间不定期向处理土壤中加入适量0.1mol·L-1氯化钠溶液作为电解液同时平衡土壤的水分损失。当系统电流基本达到恒定电流、且阳极区土壤pH低于4.6后，可移动阳极向阴极方向移动7cm，结果参见图4。由图4可见，土壤pH值：分别在通电3天，6天，9天，12天，15天后，土壤不同位置pH变化如附图4，随着阳极不断向阴极方向移动，被处理土壤逐渐酸化。阳极区土壤pH均降至2.0以下，除阴极土壤外其它区域土壤pH均低于4.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逐次定向富集尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的方法，其特征在于：在待处理尾矿砂或尾矿污染土壤样品两侧分别设置固定的阴极电极与可移动的阳极电极，接通直流电使待处理样品达到恒定电流，同时保持恒定电压，并向待处理样品中加入电解液，待阳极区土壤pH2‑4，在多方面作用使土壤中颗粒解体、氧化物溶解、沉淀形态重金属溶解、吸附态重金属解吸的，可迁移性增强，而后将阳极电极向固定阴极电极方向移动5～7cm，利用阳极酸化作用使得待处理样品中重金属逐次定向地向阴极迁移并富集。

【技术特征摘要】
1.一种逐次定向富集尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的方法，其特征在于：在待处理尾矿砂或尾矿污染土壤样品两侧分别设置固定的阴极电极与可移动的阳极电极，接通直流电使待处理样品达到恒定电流，同时保持恒定电压，并向待处理样品中加入电解液，待阳极区土壤pH2-4，在多方面作用使土壤中颗粒解体、氧化物溶解、沉淀形态重金属溶解、吸附态重金属解吸的，可迁移性增强，而后将阳极电极向固定阴极电极方向移动5～7cm，利用阳极酸化作用使得待处理样品中重金属逐次定向地向阴极迁移并富集。2.按权利要求1所述逐次定向富集尾矿砂或尾矿污染土壤中重金属的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，郭书海，魏小娜，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳应用生态研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21