[发明专利]一种具有自修复功能的钝化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有自修复功能的钝化剂及其制备方法和应用。本发明以混合有机硅烷为主体钝化剂，负载修复剂的改性纳米容器为纳米填充剂，海藻酸钠为助交联剂，实现对黄铁矿表面包膜钝化。本发明能大幅提高钝化膜的物理性能和稳定性，并赋予钝化膜自修复功能，可自修复钝化膜出现的微孔或微裂纹，有效减缓黄铁矿的氧化速率。同时，也减少了有机硅烷的用量和钝化剂使用频率，降低了尾矿污染治理成本。

技术领域

本发明属于环境重金属污染处理技术领域，具体涉及一种具有自修复功能的钝化剂及其制备方法和在尾矿污染治理中的应用。

背景技术

随着工业社会的快速发展，人们对矿产资源开发利用的规模越来越大，大量的尾矿废渣堆砌在环境中。这些尾矿废渣(特别是金属硫化物矿物)在降雨淋溶、自然风化以及微生物等的共同作用下释放出大量有毒的重金属离子以及SO₄^2-等，严重污染生态环境，威胁人类生存空间。因此对尾矿废渣污染的防控和治理已经成为国内外环境治理亟需解决的问题。目前，为了遏制尾矿废渣对环境持续造成危害，许多方法和技术已被用于尾矿污染治理。如中和法、湿地法、覆盖法和表面钝化法等，其中表面钝化法是利用有机或无机钝化剂与黄铁矿等金属矿物反应使其表面形成一层致密的抗氧化膜，从微观(单个颗粒)角度来保护尾矿，使其不被氧化。具有效率高、成本低、易操作等优点，是尾矿处理最有发展前景的技术之一。

有机硅烷因具有无毒、无污染、且耐氧化等优点，被广泛应用在尾矿钝化和金属防腐的研究中。然而，由于钝化剂自身的缺陷和钝化条件的限制，尾矿表面形成的钝化膜往往存在一些微孔和微裂纹，氧化介质经这些瑕疵渗入到矿物表面并逐渐侵蚀矿物，导致钝化膜稳定性大大降低。通过在钝化膜中引入纳米颗粒可有效改善钝化膜的物理性能。专利CN106086392A公开了一种制备有机硅烷/纳米二氧化硅复合膜的方法，通过掺杂纳米二氧化硅颗粒，在一定程度上弥补了单一硅烷钝化黄铁矿存在微孔和微裂纹的不足，减少了有机硅烷的用量。然而在尾矿钝化后的长期储存过程中，钝化膜容易被外界因素破坏且无法进行自修复，钝化膜的稳定性和长效性还远远不能满足要求，而反复添加钝化剂必然导致操作难度和修复治理成本增加。

自修复机理主要是通过在主体涂层中掺杂负载客体修复剂的纳米填充剂，实现涂层局部损伤后的自我修复，从而提高涂层的稳定性以及长效性。迄今为止，这种机理被广泛应用在智能防腐涂料领域，而在尾矿污染治理领域却还未见相关报道。在更加复杂多变的矿山环境中，金属硫化矿物氧化产生大量pH低且氧化性强的酸性矿山废水(AMD)，使得钝化膜主动修复裂纹的难度急剧增加；同时，一旦钝化膜出现局部破损，大量的微生物群落更会加剧尾矿的氧化，影响钝化膜整体的稳定性，这也对钝化膜实现局部裂纹的快速自修复提出了更加苛刻的要求；此外，大量的尾矿废渣堆积在环境中增加了尾矿钝化的难度。因此，设计适用于矿山环境且具有自修复功能的钝化剂对尾矿污染治理具有重要的意义。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有自修复功能的钝化剂的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种具有自修复功能的钝化剂，以有机硅烷为主体钝化剂；经酸-碱联合改性后的天然纳米容器为载体，负载修复剂制备纳米填充剂；海藻酸钠为助交联剂，在尾矿表面形成具有自修复功能的钝化膜。该钝化剂对尾矿具有很好的钝化效果，且表现出良好的自修复功能，特别适用于尾矿的长期钝化。

本发明的再一目的在于提供上述一种具有自修复功能的钝化剂在金属尾矿污染治理中的应用。该钝化剂不仅可以在尾矿表面形成物理性能良好的钝化膜，当钝化膜局部出现微裂纹时，膜层中引入的纳米填充剂还可以主动释放修复剂，在微裂纹局部形成新的钝化膜(客体钝化膜)，使得尾矿表面的膜层结构继续稳定地保护矿物，延长对矿物的保护时间，减少钝化剂使用次数，降低治理成本。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有自修复功能的钝化剂的制备方法，包括以下步骤：