[发明专利]一种土壤重金属钝化稳定剂及其制备方法和使用方法

说明书

技术领域

本发明属于土壤重金属污染治理技术领域，更具体地，涉及一种土壤重金属钝化稳定剂及其制备方法和使用方法。

技术背景

近年来，随着我国产业布局的调整和城市化进程的快速发展，采矿、金属冶炼、电镀工业、化工、金属加工、IT行业和废旧电器回收等领域产生和排放的重金属污染物不断增多，这些重金属污染物进入地表水、地下水和大气后，最终造成重金属汇集于土壤。重金属作为持久性的有毒污染物，因不能被生物降解而长期存于土壤中，造成土壤污染，对公众健康及周边环境产生危害。

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，先后探索出了排土法、客土法、深耕法、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。

对于重金属污染土壤的修复治理，钝化稳定技术是一种较为成熟且经济有效的技术。该技术利用钝化剂与土壤及其中的重金属发生水化反应、氧化还原、螯合、沉淀、吸附等物理化学作用，通过改变土壤中重金属的化学形态或降低其迁移性，从而达到修复治理的效果。现有的大量研究集中在使用不同类别的钝化剂或钝化剂组合研究上，在实际施用过程中效果并不尽如人意。施用无机钝化剂在一定程度上能有效降低土壤中重金属的含量，进而有效抑制植物体内的含量，但是大量施用无机钝化剂会对土壤的物理性质产生一定的影响，整体的肥力水平也会降低，造成农作物减产；而有机钝化剂兼具钝化重金属及改善土壤理化性质两种功能，但存在易分解、钝化作用不持久的缺点。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或改进需求，本发明提供了一种以硅酸盐+磷酸盐+粘土矿物为骨干材料的土壤重金属钝化稳定剂，用以解决土壤重金属稳定化能力弱、土壤微量元素失衡以及在使用中造成二次污染的技术问题。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

一种土壤重金属钝化稳定剂，由以下各组分按质量百分比组成：硅酸盐40~50%、粘土矿物25~37%、磷酸盐6~15% 、改良剂5~10%、碱性激发剂8~10%。

优选地，所述粘土矿物为沸石、蛭石、坡缕石、蒙脱石、高岭土的中的一种或几种，按任意比例复合。

优选地，所述磷酸盐为磷酸二氢钾或磷酸二氢钠。

所述磷酸盐材料对重金属的钝化通过吸收、沉淀和共沉淀多种机制起作用，对铅以沉淀机制为主，可以形成氟磷铅矿沉淀；对镉的钝化稳定通过表面络合与共沉淀作用。

优选地，所述硅酸盐为硅酸钙。

所述硅酸盐材料主要与重金属发生化学反应，形成硅酸盐化合物，或硅改变介质中金属形态，Si-O-Pb沉淀、Pb₃SiO₅或Pb₂SiO₄是几种主要沉淀种类，在非常宽的pH范围内(pH2-11)稳定。

优选地，所述改良剂由硫酸铜粉末、硫酸锰粉末、硫酸锌粉末组成，三者质量百分比分别为：20%-30%，10%-18%，55%-75%。

优选地，所述的碱性激发剂为硫酸钙。

本发明的另一个目的在于提供一种土壤重金属钝化稳定剂的制备方法，通过以下技术方案得以实现：

一种土壤重金属钝化稳定剂的制备方法，步骤如下：

步骤一：称量相应质量分数的硅酸盐、粘土矿物、磷酸盐、改良剂和碱性激发剂；

步骤二：将步骤一中所述组分在球磨机中进行破碎混匀，混合后研磨至粒径小于50μm，含水率小于3%；

步骤三：各组分破碎混匀后，去除粒径大于50μm～150μm的颗粒，即得到所述钝化稳定剂。

本发明还提供一种土壤重金属钝化稳定剂在农田土壤修复中的使用方法，操作如下：

S1：翻耕晒田，将大的土壤团块碎化，添加所述钝化稳定剂；

S2：撒播完钝化稳定剂后，对干土进行旋耕处理，纵横旋耕三遍，确保水平和垂直混合均匀；

S3：旋耕完毕后，加水至水面高于土壤表面10~12cm，对土壤进行陈化，陈化期间用旋耕机对土壤进行旋耕作业；