本发明专利技术公开了一种污染土壤重金属的复合钝化剂及制备方法。它由电厂炉渣、海泡石矿粉和生石灰三种原料按比例配制，其步骤是：A．电厂炉渣制备；B．海泡石矿粉制备；C．将步骤（Ａ、Ｂ）制备的原料与生石灰混合均匀，为复合钝化剂。降低土壤重金属活性的氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化锰和氧化铁等有效成分的含量（以SiO2＋MgO＋CaO＋MnO2＋Fe2O3之和计）为78.2－90.6%，可广泛用于各种被重金属污染的土壤，尤其是质地粘重的土壤，它使污染农田中的土壤活性态镉、铅含量分别下降了15.9－48.4%与26.2－56.4%，农产品镉、铅含量下降了13.6－43.9%与22.1－53.2%，同时还使土壤pH值提高了0.21－0.46，兼具钝化土壤重金属、修复酸化土壤和改善土壤耕性等多种功能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于农业环境保育与修复
，更具体涉及的是一种污染土壤重金属的复合钝化剂，同时还涉及一种污染土壤重金属的复合钝化剂的制备方法，适用于各种被重金属污染的土壤，尤其是质地粘重的土壤。
技术介绍
随着工业化和城市化的不断推进，我国土壤重金属污染问题越来越受到人们的高度重视。据相关资料报道，上世纪80年代初期我国受镉、铅、汞、砷、铬、镍等重金属污染的耕地面积仅267万hm2，1988年时便增加到667万hm2，到上世纪末已超过1000万hm2，目前已突破2000万hm2、约占全部耕地面积的20%。更为严重的是，我国基本农田的重金属污染也相当严重。据国家环境保护部近年对30万hm2基本农田保护区土壤有害重金属的抽样监测结果，已发现3. 6万hm2的土壤重金属含量超标，超标率高达12. 1 %。土壤重金属的污染，直接导致了农产品重金属含量的超标。根据现已公开的文献资料报道，杭州市近郊蔬菜镉、铜、汞、锌的超标率分别为观％、15%、59%和4% ；长沙市蔬菜重金属的超标率为50% ； 沈阳近郊大白菜铅和镉的超标率分别为100%和58%，黄瓜镉、汞、铅超标率分别为73%、 27%和18% ；天津市郊蔬菜镉的超标率为40% ；南宁市蔬菜镉和汞的超标率分别为92%和 50% ；上海宝山区蔬菜铅和镉的超标率分别高达82%和；温州市蔬菜镉的含量超过国家标准1. 7倍，水果为1. 6倍；成都市9种蔬菜铅和镉的超标率分别为22%和重庆市水稻镉、铅超标率为25-50%，玉米铅含量超标率为22-66%、镉和汞的超标率为11% ；湖南境内湘江流域的大宗蔬菜镉、铅超标率均超过了 10%，珠三角滩涂围垦农区稻米镍、铅、铬、 镉的超标率分别达48. 3%、28. 9%、12. 3%与2. 6%。另据中国农科院茶叶研究所和农业部等单位的测定结果，近年来主要产茶区的茶叶铅超标率呈增加趋势。1999年茶叶样品铅超标率为12.5%，2001年则上升到25%。目前，我国土壤重金属的污染状况已严重影响到了耕地质量、食品安全乃至人类的身体健康。在中国环境与发展国际合作委员会(简称“国合会”)举办的2010年年会上，国合会“中国土壤环境保护政策研究”项目组提交的专题报告特别提醒广大民众和相关部门土壤重金属污染已经达到了一个被国家严重关注的关键点，需要立即采取紧急和长期的治理行动。世界各国均十分重视土壤重金属污染的物理/化学等的修复方法研究，先后探索出了深耕法、排土法、客土法、热解吸法、热处理法、电化学法和化学冲洗法、化学原位钝化法等。鉴于上述方法都有一定的局限性，没能成为理想的修复措施，也未大面积推广应用。 如排土法和客土法，因每亩土壤高达15万kg，运输量巨大，成本太高，且处置不当会引发二次污染，从经济和方法角度来考虑，不可能成为主流修复技术。现在最常用的物理/化学修复方法是土壤重金属的原位钝化法，并初步形成了粘土矿物、磷肥类物质、电厂炉渣、硅素类物质、微量元素肥料、电厂炉渣等碱性类物质、有机物料和复合钝化剂等八大类别的土壤重金属钝化剂。其原理是通过改变重金属在土壤中的存在状态，使其由活性态转变为稳定态，从而降低其毒害作用。海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁矿物，它的标准晶体化学式为 Mg ·8 (H2O) 4[Si6016]2 (OH) 4 ·8Η20，其 SiO2 含量一般在 54-60%之间、MgO 含量多在 21-25% 的范围内，硬度为2-2. 5°，密度为1-2. 2g/cm3，具有极强的吸附和分散等性能，其抗热性、造型性、抗盐度等都非常好，在农业上的用途十分广泛。本专利技术申请者自2006年承担中央环保专项基金、国家支撑计划等相关项目以来，系统开展了海泡石对镉的吸附解吸特征及其影响因素等的研究，和添加海泡石对红黄泥、黄泥田和红沙泥三种典型水稻土镉的吸附解吸特性及其形态转化，以及海泡石用于镉污染水稻土的原位修复效应。研究结果表明(1) 海泡石对镉的吸附是一个快速的过程，其最大吸附量可达2290mg/kg，吸附过程以物理吸附和离子交换吸附为主。当溶液PH <4时，pH值降低会明显减少海泡石对镉的吸附量；pH> 4时，pH值对海泡石吸附量的影响较小。陪伴离子强度(Na+和N03_)的增大会抑制海泡石对镉的吸附。( 添加海泡石能有效增强水稻土对镉的吸附容量和强度。在溶液镉浓度相同时，添加海泡石可使红黄泥、黄泥田和红沙泥三种水稻土对镉的吸附量增加17% -60%, 并使吸附镉的解吸率降低(最高达25%)，其效果随海泡石添加量的增大而增强。(3) Freundlich方程可以较好的拟合添加海泡石后三种水稻土对镉的等温吸附过程(决定系数R2 > 0. 95)。在溶液pH值较低的条件下(pH < 4)，pH值降低会减少三种水稻土对镉的吸附量；当溶液PH值较高(pH>4)时，pH值变化对三种水稻土的吸附量影响较小。(4)添加海泡石可有效钝化水稻土中的活性态镉，其效果随海泡石添加量的增大而增强，并受土壤水分条件的影响较大。实验初始阶段(2d)，在45% WHC和110% WHC(淹水)水分条件下，添加海泡石使红黄泥、黄泥田和红沙泥三种水稻土 DTPA提取镉含量分别降低8%-54% 和7% -59% ；随着培养时间的延长，45% WHC水分条件下这一效果逐渐减弱，而在淹水条件下，其降低效果变化不大。在两种水分条件下，添加海泡石使三种水稻土中交换态镉含量显著降低(最大降幅阳％)，碳酸盐结合态和结合态镉含量显著增加(最大增幅分别达到 232%和3 % )，且均以淹水条件下的变化量最大。(5)添加海泡石可显著提高土壤的pH 值、降低其H1值，是引起土壤中镉形态变化的重要原因。(6)施用海泡石可显著降低镉污染水稻土中镉的有效性和农产品中镉的含量。田间试验结果表明，施用海泡石和石灰使土壤 PH值提高0. 3-2. 0，酸提取态镉的比例降低3% -15%，可还原态镉和残渣态的比例相应提高。土壤镉形态的变化有效抑制了作物对镉的吸收水稻地上各部分镉的含量显著降低，糙米降低了 28. 7-51. 7%、稻壳降低了 25% -60%、稻草降低了 19% -53%。不同钝化剂的效果依次为海泡石+电厂炉渣>海泡石>电厂炉渣，其效果均随用量的增加而增强。施海泡石和电厂炉渣对水稻的产量、生物量以及镉在水稻体内的分布规律没有显著影响。近年来，硅素类物质在降低镉的生物毒性和抑制植物对镉的吸收方面的作用受到广泛关注。杨超光等O005)通过盆栽试验发现，添加妝典03可以显著降低土壤中交换态和铁锰氧化物结合态镉含量，增加碳酸盐结合态和残渣态镉含量，进而使玉米对镉的吸收量显著减少。张云龙和李军Q007)研究钢渣(含硅)和Na2SiO3对土壤-水稻系统中镉行为的影响时也得出了类似的结论。陈翠芳等O007)发现，添加Na2SiO3可以促进镉污染土壤上种植的小白菜的生长，抑制其对镉的吸收。佟倩等O008)研究发现，施用硅肥可以显著增强水稻土对镉的吸附能力，增加其对镉的吸附量。可见，施用硅素物质对土壤中的镉有一定的钝化作用。而1^等Q009)在镉污染土壤上种植水稻时，发现叶面喷施含硅悬液可以促进水稻的生长，降低稻谷镉含量和累积量，但对水稻营养器官中本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种污染土壤重金属的复合钝化剂，它由以下原料的质量分数制成：原 料 质量分数％电厂炉渣 ３３．０－５４．０海泡石矿粉 ２５．０－３９．０生 石 灰 ２１．０－２８．０所述的电厂炉渣，是火力发电厂燃煤完全燃烧后的废弃物，成分为硅、钙、镁、锰、铁的氧化物，具有改良土壤耕性和钝化土壤重金属等的功能，其ＳｉＯ２的含量在６０－７０％之间，ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ２和Ｆｅ２Ｏ３氧化物的含量在１５－２０％的范围内；所述的海泡石矿粉，由其原矿经球磨过筛制得，是一种比表面积相当大的含水硅酸镁矿物，化学式为Ｍｇ·８（Ｈ２Ｏ）４［Ｓｉ６Ｏ１６］２（ＯＨ）４·８Ｈ２Ｏ，其ＳｉＯ２与ＭｇＯ含量分别为５４－６０％与２１－２５％，对镉、铅、铜、锌、铬、镍重金属元素具有很强的吸附能力；所述的生石灰，是由碳酸钙经酸解、加入碳酸氢钠反应和煅烧工序生产出的一种强碱性物质，成分为氧化钙，其ＣａＯ的含量为９０－９９％。
【技术特征摘要】
1.一种污染土壤重金属的复合钝化剂，它由以下原料的质量分数制成 原料质量分数％电厂炉渣33. 0 - 54. 0海泡石矿粉 25. 0 - 39. 0 生石灰 21.0 —沘.0所述的电厂炉渣，是火力发电厂燃煤完全燃烧后的废弃物，成分为硅、钙、镁、锰、铁的氧化物，具有改良土壤耕性和钝化土壤重金属等的功能，其S^2的含量在60 - 70%之间， CaO, MgO, MnO2和Fii2O3氧化物的含量在15 — 20%的范围内；所述的海泡石矿粉，由其原矿经球磨过筛制得，是一种比表面积相当大的含水硅酸镁矿物，化学式为 Mg*8 (H2O) 4 [Si6O16] 2 (OH) 4·8Η20，其 SW2 与 MgO 含量分别为 M — 60% 与 21 — 25%，对镉、铅、铜、锌、铬、镍重金属元素具有很强的吸附能力；所述的生石灰，是由碳酸钙经酸解、加入碳酸氢钠反应和煅烧工序生产出的一种强碱性物质，成分为氧化钙，其CaO的含量为90 - 99%。2.根据权利要求1所述的一种污染土壤重金属的复合钝化剂，其特征在于 原料质量分数％电厂炉渣34. 5 - 40. 5海泡石矿粉 34. 0 - 38. 0 生石灰 25. 5 — 27.5。3.根据权利要求1所述的一种污染土壤重金属的复合钝化剂，其特征在于 原料质量分数％电厂炉渣37. 5海泡石矿粉36. 0生石灰26.5。4.根据权利要求1所述的一种污染土壤重金属的复合钝化剂，其特征在于 原料质量分数％电厂炉渣54. 0海泡石矿粉25. 0生石灰21.0。5.根据权利要求1所述的一种污染土壤重金属的复合钝化剂，其特征在于 原料质量分数％电厂炉渣51. 0海泡石矿粉27. 0生石...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄道友，刘守龙，朱奇宏，罗尊长，孙楠，饶中秀，雷敏，曹晓玲，朱昌宇，周斌，
申请(专利权)人：中国科学院亚热带农业生态研究所，
类型：发明
国别省市：43
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