一种用于处理铬污染土壤的固化剂

摘要

本发明公开了一种用于处理铬污染土壤的固化剂，按重量百分比计，原料包括：磨细矿渣40-65％，磨细钢渣10-20％，偏高岭土10-20％，碱激发剂15-25％，粉煤灰0-10％，氯化亚铁0-3％，各原料自由水含量不高于2％，将各组分按比例配置并在磨机中混合均匀。本发明的产品用于固化铬污染土壤，兼具有还原性和凝胶性，不仅固化体中铬的溶出低，不随时间而反弹，而且固化体强度高，耐水性能好，能用于制砖等建材用途。

权利要求

1.一种用于处理铬污染土壤的固化剂，其特征在于，按重量百分比计，原料包括：磨细矿渣40-65%，磨细钢渣10-20%，偏高岭土10-20%，碱激发剂15-25%，粉煤灰0-10%，氯化亚铁0-3%，各原料自由水含量不高于2%；所述的碱激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、速溶硅酸钠和速溶硅酸钾中的至少一种。

2.根据权利要去1所述的固化剂，其特征在于，所述的磨细矿渣为42-50%。

3.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述的粉煤灰为5-8%。

4.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述的氯化亚铁为1-2%。

5.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述的磨细矿渣符合GB/T18046-2008要求。

6.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述的磨细钢渣符合GB/T20491-2006要求。

7.根据权利要求1所述的固化剂，其特征在于，所述的粉煤灰符合GB1596-2005要求。

说明书

一种用于处理铬污染土壤的固化剂

技术领域

[0001] 本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种用于处理铬污染土壤的固化剂。

背景技术

[0002] 铬及其化合物在工业生产的各个领域广泛应用，是冶金、电镀、制革、印染等行业必不可少的原材料，由此产生了大量的铬污染的土壤。铬的毒性主要来自六价铬，对人体危害极大，是国际公认的三种致癌金属物之一。对铬污染土壤进行处置或修复，是环境保护的重大课题。

[0003] 在铬污染土壤中，六价铬不仅存在于土壤颗粒的表面，同时还存在于颗粒的内部，土壤颗粒内部的六价铬与处理介质间存在一个接触不良的问题，因而铬污染土壤的处置要比铬污染液体的处置困难得多。

[0004] 在铬污染土壤修复和治理方法中，化学还原和化学固化是其中两种常用的方法。

[0005] 化学还原法将六价铬还原为三价铬，降低铬在环境中的迁移性，从而减少铬污染的危害，但土壤内部的六价铬难以与还原剂有效接触发生还原反应，而超量还原剂易于被冲走或被其它物质氧化，使得污染土壤中六价铬的溶出随时间而反弹。因此，单纯的应用化学还原法处置铬污染土壤很难达到理想的效果。

[0006] 化学固化是通过将污染体用胶凝材料包裹，胶凝材料固化后将其固定在固体结构中，从而控制危险污染废弃物发生扩散的技术。化学固化法的关键是固化剂，目前一般为传统的建筑用胶凝材料，如石灰、普通硅酸盐水泥、沥青等，有时也加入部分粉煤灰、矿渣等。胶凝材料固化铬污染土壤，能使土壤获得一定的强度，相应的水化产物具有包裹土壤颗粒、填充孔隙和堵塞渗流通道，以及吸附六价铬等多重作用，从而降低土壤中铬离子的溶出。地质聚合物是一种新型胶凝材料，由于其具有良好的强度和抗渗性等，其固化效果往往比传统的胶凝材料好，也可作为铬污染土壤的固化剂材料，但这方面的研究较少。尽管胶凝材料对许多污染体具有良好的固化作用，但是，对于铬污染土壤，由于六价铬对环境的危害大，对它的控制十分严格，单一用胶凝材料固化，通常难以达到人们对要求的固化效果。

[0007] 在现有铬污染土壤修复或处置方法中，人们目前所关注的主要目标是使处置后的铬污染土壤铬的浸出降低到人们要求的指标，也即使之对环境无害，而对铬污染土壤实现资源化利用方面的研究还很少。

[0008] 申请人在这方面进行了较多的研究，申请号为201110182919.3的发明专利中公开了一种铬污染土壤专用稳定剂，其组成材料及重量比例：硅酸盐水泥熟料30-60％；钢渣30-60％；氯化亚铁2-5％；沸石1-8％；固体水玻璃1-3％；减水剂0-0.5％，原料重量百分比之和为100％，各原料的自由水不高于2％。该稳定剂能有效降低污染土壤中六价铬和总铬的溶出，稳定后的土壤强度高。但该稳定剂采用通过高温煅烧得到的硅酸盐水泥熟料作为主要组分之一，工业废渣用量较低。因此，进一步开发固化与稳定化效果良好，不含硅酸盐水泥熟料，能使用大量工业废渣的固化与稳定化制剂依然具有重要意义。

发明内容

[0009] 本发明提供了一种用于处理铬污染土壤的固化剂，同时达到了对铬污染土壤的无害化处理和资源化利用，该固化剂不仅具有良好的胶凝性，还兼具还原性，固化后的土壤具有一定的强度，而且六价铬和总铬的溶出很低，可以用于路基砖等用途，该固化剂利用大量的工业固体废弃物为原料，如矿渣、钢渣等，因而具有经济环保特点。

[0010] 一种用于处理铬污染土壤的固化剂，按重量百分比计，原料包括：磨细矿渣40-65％，磨细钢渣10-20％，偏高岭土10-20％，碱激发剂15-25％，粉煤灰0-10％，氯化亚铁0-3％，总量为100％，各原料自由水含量不高于2％。

[0011] 优选地，所述的磨细矿渣为42-50％；所述的粉煤灰为5-8％；所述的氯化亚铁为1-2％。

[0012] 所述的碱激发剂为氢氧化钠、氢氧化钾、速溶硅酸钠和速溶硅酸钾中的至少一种。

[0013] 所述的磨细矿渣为炼铁厂在高炉冶炼生铁时产生副产品磨细而成，符合GB/T18046-2008要求，所述的磨细钢渣为转炉钢渣或电炉冶炼钢铁时产生的副产品磨细而成，符合GB/T 20491-2006要求。两者的主要化学成分均为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、FeO、MnO和一些硫化物等。磨细矿渣、磨细钢渣均可采用市售产品。，

[0014] 所述的偏高岭土为高岭土经适宜温度煅烧脱水和磨细而成，其主要成分为无水硅酸铝。

[0015] 所述的粉煤灰是煤在锅炉燃烧后形成的被烟气带出炉膛的细灰，其主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2，所述的粉煤灰符合GB1596-2005要求。

[0016] 偏高岭土、磨细矿渣、磨细钢渣与碱激发剂发生反应形成地质聚合物是一种新型的胶凝材料，使土壤形成有强度的胶结体，填充土壤颗粒间空隙，对土壤颗粒进行包裹，封堵离子渗出通道，赋予其强度，而地质聚合物为牢笼型结构还能有效固定铬等重金属离子；磨细钢渣和磨细矿渣中含亚铁，硫化物等还原性物质，起持续的还原作用，在土壤中不易流失；氯化亚铁在碱性条件下也具有较强的还原能力，对土壤中的六价铬具有较好的还原作用；固化剂中各组分共同作用，有效降低了土壤中六价铬和总铬的溶出，同时赋予它较高的力学强度。

[0017] 本发明所述的铬污染土壤固化剂的原料为市售产品或工业废渣，制备方法为将各组分按比例配置并在磨机中混合均匀。

[0018] 本发明的固化剂应用于铬污染土壤处置时，可直接在土壤中掺加40％(重量百分比)左右，搅拌均匀后，进行铺摊压实，使之在短期内固结，或加压制成砖块。

[0019] 本发明的有益效果：

[0020] 本发明的固化剂的各组分均为市售商品或工业废渣，制作成本相对较低；用于铬污染土壤处理时，不需要对铬污染土壤预先进行还原处理，处理工艺简单；固化剂兼具还原性和胶凝性，不仅固化体中铬的溶出低，不随时间而反弹，而且固化体强度高，耐水性能好，能用于制砖等建材用途，同时达到了对铬污染土壤的无害化处理和资源化利用。

具体实施方式

[0021] 表1为本发明的一组(8个)实施例。表1中列出了各实施例的组成原料及其重量百分比。组成原料均为磨细矿渣、磨细钢渣、偏高岭土、粉煤灰、氯化亚铁、碱激发剂，各组成原料自由水含量不高于2％，重量百分比之和为100％。磨细矿渣、磨细钢渣、粉煤灰、碱激发剂均为市售产品，磨细矿渣符合GB/T 18046-2008要求，磨细钢渣符合GB/T 20491-2006要求，粉煤灰符合GB1596-2005要求，各原料按配比计量并在磨机中混合均匀。

[0022] 表1中各实施各组分均为市售商品或工业废渣，而且工业废渣用量较大，因而制作成本相对较低，具有经济环保特点。

[0023] 表1固化剂的制备实施例

[0024]

[0025] 将上述各实施例制备的固化剂用于固化铬污染土壤，所用的铬污染土壤中总铬含量为15306mg/kg，固化剂掺量均为40％，搅拌均匀后，参照T0843-2009《无机结合料稳定材料试件制作方法》压制试样，按T0805-1994《无机结合料稳定材料无侧限抗压强度试验方法》进行强度检验，参照HJT 300-2007《固体废物-浸出毒性浸出方法-醋酸缓冲溶液法》对稳定后的土壤进行毒性(总铬和六价铬)浸出试验，结果如表2所示，表2中土壤Cr-VI浸出浓度按GB 7467-87《固体废物六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》测定，总铬浸出浓度按标准GB/T 7466-1987《高锰酸钾-二苯碳酰二肼分光光法》测定。

[0026] 从表2可见，本发明的固化剂的应用效果良好，各实施例的7天和28天六价铬浸出浓度分别不大于0.2mg/l和0.03mg/l，总铬浸出浓度均小于0.50mg/l。以上样品28天六价铬浸出浓度均远低于GB5085.3-2007危险废弃物鉴别标准-浸出毒性鉴别中规定的5mg/L，低于GB8978-1996污水综合排放标准规定的0.5mg/L，小于GB/T14848-1993地下水质量V类水标准0.1mg/L。而固化后的土壤无侧限抗压强度7天高达13.2MPa以上，28天高达22.0MPa以上，其力学性能满足路基建设等建材用途的要求。

[0027] 表2表1中各实施例的固化剂的应用效果

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