CN111548089B - 一种具有环境修复功能的阻隔材料及其制备和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程材料技术领域，特别是一种阻隔材料及其制备和使用方法。该阻隔材料以重量份计，包括以下原料制成，软质粘土50‑300份，膨润土50‑200份，水性树脂乳液50‑300份，干粉10‑300份，活性碳粉10‑50份，铁粉10‑40份；所述干粉为普通水泥、快干水泥和粉煤灰中的一种或几种。该材料具有良好的抗渗性能并能够对重金属进行修复。在应用时，能够通过一次施工就获得防渗和重金属修复的双重功能，降低了施工难度和施工成本，并缩短相应施工周期。该材料通过高压旋喷或注浆的施工工艺与周边土体和/或岩体形成固结体，达到固结体内外物质相互隔离的效果。

Description

一种具有环境修复功能的阻隔材料及其制备和使用方法
技术领域
本发明涉及工程材料技术领域，具体涉及一种阻隔材料，特别是一种具有环境修复功能的阻隔材料及其制备和使用方法。
背景技术
注浆技术广泛应用在水利、隧洞、建筑、矿山、道路等各个工程领域中。注浆技术中，注浆材料在一定压力的作用下注入地层、岩石或构筑物的缝隙、孔洞中，与周边的土体和/或岩石一起形成注浆固化体，注浆工程施工对改善裂隙岩体的物理力学性质，增加建筑物和构筑物地基的整体稳定性，提高其抗渗性、强度、耐久性起到不可替代的作用。按照组分不同分为，水泥注浆材料、水泥砂浆注浆材料、粘土注浆材料、水泥粘土注浆材料、水泥-水玻璃注浆材料、有机溶液化学浆注浆材料、高分子溶液-水泥注浆材料等。
这些材料都存在性能不能兼顾的问题，如聚氨酯灌浆材料反应速度受温度影响较大、潮湿基础粘接较差、水玻璃改性聚氨酯灌浆材料韧性较差、环氧改性聚氨酯灌浆材料潮湿基础粘接较差等、另一方面以水泥基为主材的注浆材料形成的固结体渗透系数高(大于10-7cm/s)、脆性大；而高分子溶液化学注浆材料虽然形成的固结体渗透系数低、有一定弹性，但是施工或生产过程中有机溶剂添加量大，易对周边环境造成影响，且使用成本高。且以上注浆材料并无明显的环境修复功能。
随着社会发展和环境保护的日益重视，尤其是矿产资源回收，环境修复和危险废弃物处置等行业发展，急需一种即满足防渗要求又具有环境修复功能的阻隔材料。
在上述领域对待处理物进行处理时，需要在待处置物四周设置防渗层的同时，为减少重金属离子易对周围环境造成影响，还需设置重金属修复层。但是这类物资的体量庞大，达到数千到数百万吨级别，采用地下工程施工的方式，将重金属修复材料置于待处理物四周形成重金属修复层，施工难度和施工成本将大大增加。如果将重金属修复材料与防渗材料一起置入将大大降低施工成本。但是，直接将重金属修复材料直接简单的加入到防渗材料中，会降低防渗材料的抗渗性能。因此，开发一种具有重金属修复功能，且防渗性能又能够满足防渗工程施工要求的阻隔材料，显得尤为重要。这种材料能同时实现防渗和重金属修复的功能，能够降低施工难度和施工成本，并能大大缩减施工时间。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中，防渗层和重金属修复功能层需要单独施工，施工难度大和成本高的问题，提供一种具有环境修复功能的阻隔材料，该阻隔材料能够同时满足抗渗性能要求和具有重金属修复功能，一次性施工，大大降低了施工难度和成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种阻隔材料，以重量份计，包括以下原料制成，粘土50-300份，膨润土50-200份，水性树脂乳液50-300份，干粉10-300份，活性碳粉10-50份，铁粉10-40份；所述干粉为水泥和粉煤灰中的一种或几种。
优选的重量份比例为，粘土50-250份，膨润土100-150份，水性树脂乳液100-200份，干粉20-200份，活性碳粉10-50份，铁粉10-40份。
更优选的重量份比例为，粘土100-150份，膨润土200-250份，水性树脂乳液150-200份，干粉20-50份，活性碳粉10-20份，铁粉10-20份。
上述阻隔材料与水混合，调配为浆料使用。水的使用量采用本领域技术人员常规用量，能够调配为浆料。
所述粘土为软质粘土和半软质粘土中的一种或两种。
所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土中的一种或两种。
粘土是一种直接矿产品，仅通过物理改良得到的产品，起到填料的作用，同时能够富集重金属离子。膨润土是经过化学改性和物理改良等深加工方式获得的间接矿产品。能够提升阻隔材料的润滑性，并利用其在各细微空隙膨胀性能，提高其固结体抗渗性能。水性树脂乳液提供阻隔材料的有机交联高分子，增加隔离材料的粘黏性，并使固结体通过这些有机高分子交联形成具有一定弹性的整体结构，改善常规注浆材料与周边土壤形成固结体的脆性，并提高固结体的物理强度和化学稳定性。增加其对水的阻隔性。活性碳粉能有效吸附Cd2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ba2+等重金属离子以及有机污染源，并且修复材料中的单质铁也能将Cu2+将置换出，减少这些金属离子的生物毒性和降低其迁移性。单质铁和活性碳形成一定数量的原电池得到一定程度的氧化还原性能，能将某些污染因子(有机污染物、Cr6+、CN-)转化成低毒或无毒物质。干粉与水发生反应，释放热量，加速铁元素发生置换和氧化还原反应的速度，生成更稳定的金属单质或其他底毒性的价态，并被修复材料中的活性碳吸附。且水泥发生水化反应过程中，释放的氢氧化钙水解后，能形成大量的氢氧根，这些氢氧根能跟大部分的铜、铅、汞、镉等金属阳离子形成氢氧化物沉淀。
上述组分的阻隔材料，通过各组分的合理配比，使得阻隔材料表现出优异的抗渗性能；同时，单质铁和活性碳粉形成的原电池，增强其他组分在氧化还原条件下的反应活性，大大降低了重金属修复材料的用量，从而保持了阻隔材料良好的抗渗性能。获得一种具有环境修复功能的阻隔材料，在应用时，能够通过一次施工就获得防渗和重金属修复的双重功能，降低了施工难度和施工成本。
作为本发明的优选方案，还包括水200-2000份；优选的，水为400-1000份；更优选的，水为600-800份。
当阻隔材料配以上述比例的水时，调配的浆料浓度适宜，易于发挥各组分的作用。水的用量根据其他材料的用量，能够将其他材料一起调配为浆料。
作为本发明的优选方案，所述软质粘土和所述膨润土的重量比为1:1～3:1，优选比例为1.4:1～2:1。
软质粘土和膨润土为其中两种主要的固态组分，总比例过高时，粘度过大，不能正常使用。在软质粘土和膨润土在总重量一定的情况下，随着粘土比重的增加，其对重金属离子的聚集效果增加，但是渗透性能降低；随着膨润土比例的增加，渗透性能增加。当软质粘土和膨润土的重量比在1:1～3:1时，能够充分发挥粘土的重金属聚集作用，且保持膨润土良好的防渗作用。
作为本发明的优选方案，所述水性树脂乳液和所述干粉的重量比为1:1～9:1，优选比例为7:1～8:1。
水性树脂乳液能够提升阻隔材料形成的固结体的抗渗性能，但是水性树脂对单质铁和活性碳粉包覆作用，部分材料不能与环境接触，也不能完全发挥对重金属的修复效果。干粉起到不完全包裹和提供热源的作用，一方面铁和活性碳与周围环境的接触，能够充分利用材料的总量；另一方面，干粉能够将单质铁和活性碳粉包覆起来，并缓慢释放，延长了这些材料的修复时间，起到了长效修复的作用。通过控制水性树脂乳液和干粉的比例，使得铁粉和活性炭形成的原电池对重金属的修复作用充分发挥并平稳释放。
作为本发明的优选方案，所述活性碳粉和所述铁粉的重量比为1:1～5:1，优选比例为3:1～4:1。
活性碳粉一方面吸附重金属离子，另一方面，部分活性碳粉与铁粉形成原电池，铁粉还起到置换Cu2+的作用。当六价铬经过原电池转化后被活性碳粉吸附。当铁粉和活性碳粉总的重量一定，活性碳粉比例低时，活性碳粉不能完全吸附重金属；随着活性碳粉的增多，吸附能力增强，不但能够将重金属完全吸附，也能在氧化还原的气氛下将六价铬转化成更为安全的三价铬，同时实现吸附和转换；当活性碳粉比例高时，虽然吸附能力增强，但对六价铬的还原能力降低，所以在吸附能力能够满足要求时，应尽可能的增大铁粉的含量。在活性碳粉和铁粉的重量比在1:1～5:1的范围时，既能够保持更多的铁粉，发挥活性碳粉的吸附和原电池的转化作用，降低其对阻隔材料的抗渗性能的影响。
作为本发明的优选方案，以重量份计，还包括脱硫灰10-30份。
当重金属中Cr(VI)的含量较高时，增加脱硫灰能够降低六价铬的生物毒性和迁移性。但是随着脱硫灰的增加，抗渗性能降低，在脱硫灰在10-30份重量份时，抗渗性能达到渗透系数小于1×10-7cm/s，符合抗渗性能要求。
作为本发明的优选方案，所述活性碳粉和所述脱硫灰的重量比为1:1～4:1。优选2:1～3:1。
作为本发明的优选方案，将铁粉10-40份替换为微生物菌剂10-40份。
即针对重金属和有机物复合污染物治理的项目，本发明还提供一种具有有机物修复功能的阻隔材料。将铁粉10-40份替换为微生物菌剂10-40份。具体如下：
一种具有有机物修复功能的阻隔材料，以重量份计，包括以下成分，软质粘土50-200份，膨润土50-200份，水性树脂乳液100-300份，干粉10-300份，活性碳粉10-50份，微生物菌剂10-40份；所述干粉为水泥和粉煤灰中的一种或几种。
活性碳粉能够有效吸附有机污染物，微生物菌剂是一种复合菌剂产品，其能在有氧或无氧的环境下，对某些有机污染物尤其是垃圾渗滤液有着良好的分解能力，并有一定的生长和繁殖能力。在活性碳粉和微生物菌剂总量一定的情况下，活性碳粉对有机物起到吸附作用，起到将污染液中的有机物聚集的作用，微生物菌剂能够分解有机物，有机物浓度过小时，反应速度慢，有机物的浓度过大时，微生物的活性降低。活性碳粉将有机物聚集到合适浓度，更能发挥微生物菌剂的分解作用。
优选的，所述微生物菌剂为好氧菌剂、厌氧菌剂中的一种或几种。
优选的，所述活性碳粉和所述微生物菌剂的重量比为1:1～5:1，优选比例2:1～3:1。
作为本发明的优选方案，以重量份计，还包括调凝剂1-6份，所述调凝剂包括硫酸铝、碳酸钠、水玻璃、偏铝酸钠、非结晶铝酸钙中的一种或几种。
作为本发明的优选方案，以重量份计，还包括助剂0.2-6份；所述助剂为非离子表面活性剂，包括聚氧乙烯和多元醇中的一种或几种。
一种上述阻隔材料的制备方法，包括以下步骤，
使用过程中包括200-2000重量份的水；
(1)将粘土和活性碳粉加水润湿后，研磨至10-75μm，得到A；
(2)将剩余水作为溶液B；
(3)将步骤(1)中的A和膨润土加入步骤(2)的B中，搅拌，得到C；
(4)将水性树脂乳液加入到步骤(3)的固液混合物中，搅拌，得到D；
(5)将干粉和铁粉与步骤(4)得到的D混合，得到所述阻隔材料；
当组分中含有调结剂和/或助剂时，所述调凝剂和/或所述助剂在步骤(2)中与剩余的水搅拌混合，作为溶液B；
当组分中含有脱硫灰时，所述脱硫灰在步骤(5)中和干粉以及铁粉一起加入到步骤(4)的到的D中；
当组分中含有微生物菌剂时，所述脱硫灰在步骤(5)中和干粉以及铁粉一起加入到步骤(4)的到的D中。
上述各步骤都是在常温、常压下进行的。
当组分中不含水时，步骤(1)之前，先准备能够调配为浆料量的水，若组分中有水，则按照重量配比准备水。
将活性碳粉和粘土一起润湿后进行湿磨的方式，利于增加活性碳粉的表面积并能均匀的与粘土混合，提升对重金属的吸附效果。铁粉在步骤(5)中添加，降低铁粉与水接触的时间，保持铁粉的还原性能，利于与活性碳粉形成原电池。
一种上述阻隔材料的使用方法，所述阻隔材料通过注浆或高压旋喷的施工工艺与土体和/或岩体形成固结体。
作为本发明的优选方案，所述固结体形成的工程结构用于矿产资源回收和/或环境修复和/或危险废弃物治理。
同样的，本发明将环境修复功能和阻隔功能相结合的方式同样适用于其他类型的环境修复功能材料。即如垃圾填埋场渗滤液污染的土壤，这些渗滤液污染土壤通常存在重金属和有机物双重污染的复杂情况，针对现有技术中的注浆材料形成固结体后渗透系数不达标和以及对周边环境无环境修复功能，提供一种具有环境修复功能的阻隔材料。该阻隔材料通过注浆或高压旋喷工艺与周边的土层和/或岩层形成固结体。固结体的渗透系数低于1×10-7cm/s，拥有良好的抗渗性能，同时对周围环境具有修复作用。上述固结体形成的工程结构，能应用矿产资源回收，环境修复以及危险废弃物处置等领域。当需要修复其他环境中的成分时，可采用具有不同功能的具有环境修复功能的调整剂，具体如下：
一种具有环境修复功能的阻隔材料，以重量份计，包括粘土50-200份、膨润土50-200份、水性树脂乳液100-300份、调整剂15-180份、干粉10-300份。
优选的重量份比例为，包括粘土50-200份、膨润土50-150份、水性树脂乳液100-200份、调整剂30-120份、干粉10-250份。
更优选的重量份比例为，包括粘土100-150份、膨润土80-120份、水性树脂乳液150-200份、调整剂60-100份、干粉50-150份。
上述阻隔材料与水混合，调配为浆料使用。
粘土是一种直接矿产品，仅通过物理改良得到的产品，起到填料的作用。粘土能够对重金属离子进行富集，在粘土对重金属离子富集的作用下，加快了无机调整剂和重金属离子的反应速度。粘土矿物和无机调整剂分布的大量微细空腔结构可以有效的吸附污水或土壤中的有机污染物质。上述粘土优选为软质粘土。
粘土的矿物结构间包含着可以自由交换的无机阳离子，并且有一部分氧原子电子露在晶体表面上，从而使得粘土矿物具有了良好的吸附性能和具有自净能力两种截然相反的能力。在粘土矿物其四面体或八面体结构中往往会出现同晶替代，使电荷出现不平衡，并且由于晶体的破损，在其断裂面上会暴露出氧原子，这些特性使粘土矿物晶面上带有永久性的负电荷，从而对金属离子产生吸引，并且可产生配位作用而结合达到移除污染土壤中或地下水中重金属离子的目的。因此粘土能够使污染土壤中或地下水中重金属离子在粘土中富集，这些富集的重金属离子能和修复功能材料中的铁发生置换发应，并且进一步被修复材料中的活性碳吸附。从微观上来看，调整剂和重金属离子发生化学反应速度加快，根据有效碰撞理论中的活化分子及有效碰撞理论，在温度一定时，活化分子百分数一定，但浓度越大，单位体积内的分子总数越多，活化分子数也就越多，则发生有效碰撞的次数也就越多，所以速率越快。
膨润土是经过化学改性和物理改良等深加工方式获得的间接矿产品，起到膨胀的作用。膨润土一方面提高阻隔材料体整体润滑性，并利用其在各细微空隙膨胀性能，提高其固结体抗渗性能。另一方面，其在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。上述膨润土优选钠基膨润土，膨润土的粒径优选为200-400目。
水性树脂乳液提供阻隔材料的有机交联高分子，增加隔离材料的粘黏性，并使固结体通过这些有机高分子交联形成具有一定弹性的整体结构，改善常规注浆材料与周边土壤形成固结体的脆性，并提高固结体的物理强度和化学稳定性。增加其对水的阻隔性，从而提高了灌浆固结体的抗渗性能和耐酸碱性能。
调整剂是指能够吸附、分解或能与重金属离子和有机污染物发生反应的材料，具有环境修复功能。优选的调整剂为粉末状或液体状调整剂。
干粉与水的反应一方面提高了反应温度，加快调整剂与污染土壤中的有害成分反应速度，并固化部分污染物。另一方面，干粉材料中的普通硅酸盐水泥和粉煤灰与水发生水化反应，生成C-S-H凝胶体体系，最后形成微小空间结构，这些结构有效的包裹或半包裹调整剂，使其能长时间稳定的发挥修复作用。因此，干粉材料的添加能把修复功能材料包裹起来，使其发挥长效的修复功能。
水性树脂乳液、粘土、膨润土以及水的混合作用下，树脂乳液提供阻隔材料的有机交联高分子，增加隔离材料的粘黏性，并使固结体通过这些有机高分子交联形成具有一定弹性的整体结构，具有良好的抗渗性能。通过膨润土和干粉材料对调整剂的激发作用、以及干粉材料在水化反应过程中提供的氧化还原电位和包裹作用，粘土、膨润土、干粉和调整剂之间的协同增强了重金属单位体积浓度；充分强化并延长调整剂对重金属离子和/或有机物污染土壤的修复能力和时间。从而提高了调整剂的修复效果。
作为本发明的优选方案，还包括水200-2000份；优选的，水为400-1000份；更优选的，水为600-800份。
当阻隔材料配以上述比例的水时，调配的浆料浓度适宜，易于发挥各组分的作用。
作为本发明的优选方案，所述水性树脂乳液包括为聚丙烯酸乳液、水性橡胶乳液和水性聚氨酯乳液中的一种或几种。
采用水性的树脂乳液，能够充分与其他无机材料混合，提升环境修复效果。且避免了使用有机溶剂在生产和使用过程中对周边环境带来不良影响。
作为本发明的优选方案，所述调整剂包括氢氧化铝、活性碳粉、铁粉、脱硫灰、微生物菌剂中的一种或几种。
脱硫灰能够降低六价铬等重金属的生物毒性和迁移性。脱硫灰中含一定程度的钙离子、这些钙离子能提高水泥硅酸盐体系中的含钙量，补充其微细裂缝；且脱硫灰中的硫酸根离子能与钡离子、铅离子形成稳定化的硫酸盐化合物，降低这些重金属的生物毒性和迁移性。脱硫灰中所含的亚硫酸根，是一种很强的还原剂，能与六价铬发生氧化还原反应，使其反应生成三价铬，并在水泥水化反应的同时，生成氢氧化铬沉淀，通过这两种材料的协同作用，大大降低六价铬在环境中的生物毒性。
氢氧化铝为两性化合物，能有效中和各类酸性或碱性物质。氢氧化物可以是含有活性氧化铝的各类铝土矿。优选氢氧化铝为粒度200-400目的氢氧化铝。
活性碳粉能有效吸附Cd2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ba2+等重金属离子以及有机污染源，并且修复材料中的单质铁也能将Cu2+将置换出，减少这些金属离子的生物毒性和降低其迁移性。
单质铁和活性碳形成一定数量的原电池得到一定程度的氧化还原性能，能将某些污染因子(有机污染物、Cr6+、CN-)转化成低毒或无毒物质。
微生物菌剂是一种复合菌剂产品，其能在有氧或无氧的环境下，对某些有机污染物尤其是垃圾渗滤液有着良好的分解能力，并有一定的生长和繁殖能力。
这些调整剂的加入，使的本申请所述的具有环境修复功能的阻隔材料与土体或岩体所形成的固结体能根据不同项目的需求赋予：酸碱中和、有机污染物、Cr6+、Cd2+、Cu2+、Zn2 +、Pb2+、Ba2+等重金属离子和CN-的长效修复。
作为本发明的优选方案，以重量份计，所述调整剂包括氢氧化铝0-30份，活性碳粉0-50份，铁粉0-40份，脱硫灰0-30份，微生物菌剂0-30份。其中，至少一种上述物质的重量份数不为0。
即所述氢氧化铝、活性碳粉、铁粉、脱硫灰、微生物菌剂的重量份配比为：0-30：0-50：0-40：0-30：0-30。
调整剂中各组分的比例，可以根据目标项目中土体和/或者岩体的重金属含量、种类和/或有机污染物含量和/或种类进行调整。
作为本发明的优选方案，所述干粉包括普通水泥、粉煤灰、快干水泥中的一种或几种。
干粉材料中的普通水泥、快干水泥或粉煤灰与水拌和后，均能发生水化反应，生成C-S-H凝胶体系，其中，普通水泥为普通硅酸盐水泥时，与水发生水化反应，能放出210-377KJ/KG的热量，这些热量能使污染土壤中的重金属离子和其他有机物质颗粒的碰撞速度加快，从而加快其中的重金属离子与修复功能材料中的铁元素发生置换或氧化还原反应速度，生成更稳定的金属单质或其他底毒性的价态，并被修复材料中的活性碳吸附。且水泥发生水化反应过程中，释放的氢氧化钙水解后，能形成大量的氢氧根，这些氢氧根能跟大部分的铜、铅、汞、镉等金属阳离子形成氢氧化物沉淀。
作为本发明的优选方案，以重量份计，还包括调凝剂1-6份，所述调凝剂包括硫酸铝、碳酸钠、水玻璃、偏铝酸钠、非结晶铝酸钙中的一种或几种。
上述物质主要起到干粉材料中的加速凝结作用，可以缩短干粉中有效成分与水反应的凝结时间，提高施工效率，缩短施工周期。
作为本发明的优选方案，以重量份计，还包括助剂0.2-6份；所述助剂为非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂包括聚氧乙烯和多元醇中的一种或几种。
助剂主要起到润湿和分散的作用，将上述各组分材料充分润湿、分散，从而使得各组分混合均匀。所述助剂为非离子型表面活性剂，包括分散剂5040、润湿剂137中的一种或几种。
本发明还提供了一种上述具有环境修复功能的阻隔材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将粘土、加水润湿后，研磨至10-75μm，得到A；
(2)将剩余的水作为溶液B；
(3)将步骤(1)中的A和膨润土加入步骤(2)的B中，搅拌，得到C；
(4)将水性树脂乳液加入到步骤(3)的固液混合物中，搅拌，得到D；
(5)将干粉与步骤(4)得到的D混合，得到所述具有环境修复功能的阻隔材料；
所述调整剂在步骤(1)中和粘土一起研磨，
或者，所述调整剂在步骤(5)中和干粉一起加入到步骤(4)得到的D中混合。
上述各步骤都是在常温、常压下进行的。
通过将部分水和粘土以及部分调整剂先进行湿润环境下的研磨，即进行湿磨，步骤(1)中的部分水使得粘土和调整剂足够润湿即可。一方面使得粘度和调整剂充分融合，一方面粒径控制在10-75微米范围内，更能发挥粘土和调整剂的环境修复作用。研磨后得到的A和膨润土再加入到剩余的水B中，使得膨润土和粘土以及调整剂充分混合，使得三者之间的相互作用更强，更易发挥环境修复作用。再加入水性树脂乳液，形成有机交联高分子结构，树脂乳液包覆颗粒中均含有粘土、膨润土和调整剂。最后加入干粉得到具有环境修复功能的阻隔材料。
作为本发明的优选方案，当调整剂中使用氢氧化铝、活性碳粉时，所述氢氧化铝和活性碳粉，在步骤(1)中和粘土一起研磨。
将氢氧化铝和活性碳粉研磨至10-75μm，增加了氢氧化铝和活性碳粉的表面积，利于发挥氢氧化铝和活性碳粉与粘土的结合，也利于发挥环境修复作用。
作为本发明的优选方案，当调整剂中使用铁粉和脱硫灰以及微生物菌剂时，所述铁粉和脱硫灰以及微生物菌剂在步骤(5)中和干粉一起加入到步骤(4)的到的D中。
铁粉和脱硫灰以及微生物菌剂不宜在步骤(1)中加入，是因为这些原料在水或有机物长时间的作用下，会发生系列生化反应，从而降低其修复功能。
作为本发明的优选方案，当组分中含有调结剂和/或助剂时，所述调凝剂和/或所述助剂在步骤(2)中与剩余的水搅拌混合，作为溶液B。
将调凝剂和/或助剂加入到水中，充分分散，利于发挥调凝剂和助剂的作用。
作为本发明的优选方案，步骤(3)中搅拌速度800-3000转/分钟，搅拌时间20-60分钟；步骤(4)中搅拌速度60-210转/分钟，搅拌时间20-40分钟；步骤(5)中搅拌速度80-200转/分钟，搅拌时间10-15分钟。
选择上述搅拌速度和搅拌时间，即能够使得各组分充分混合，又不会因为过度搅拌形成不必要的能耗浪费。
作为本发明的优选方案，当使用调凝结剂和/或助剂时，步骤(2)中搅拌速度900-3000转/分钟，搅拌时间20-30分钟。
本发明还提供了该具有环境修复功能的阻隔材料的使用方法，阻隔材料通过注浆或高压旋喷的施工工艺与周边土体和/或岩体形成固结体。
作为本发明的优选方案，注浆或高压旋喷的压力为1.5-25Mpa。
由于现场工程实施，是利用注浆或高压旋喷施工工艺将材料和土体和/或岩层混合，形成固结体，根据工程实施情况表明施工压力越大，所形成的固结体的密实度就越高，相对来说，其渗透系数就越低。当施工压力低于1.5Mpa时，固结体的密实度较低，且相应阻隔材料不易到达土体或岩石体中不同大小的缝隙。当压力超过25Mpa时，固结体密实度增加不明显，并对机械设备要求高和/或对微生物菌剂的活性有不良影响。
采用注浆或者高压旋喷的施工工艺利于阻隔材料与土体和/或岩体产生物理粘接、结晶和化学结合更充分，形成的固结体阻隔性能更佳。
作为本发明的优选方案，上述固结体形成的工程结构用于矿产资源回收和/或环境修复和/或危险废弃物处理。
固结体形成的工程结构，应用在矿产资源回收，环境修复以及危险废弃物项目中，为这些项目提供阻隔和修复的双重功能，避免其对周边环境造成不良影响。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的阻隔材料，通过各组分的合理配比，使得阻隔材料表现出优异的抗渗性能；同时，单质铁和活性碳粉形成的原电池，其他组分提供适宜原电池反应的环境，增强其他组分在氧化还原条件下的反应活性，大大降低了重金属修复材料的用量，从而保持了阻隔材料良好的抗渗性能。获利一种具有重金属修复功能的阻隔材料，在应用时，能够通过一次施工就获得防渗和重金属修复的双重功能，降低了施工难度和施工成本，并缩短相应施工周期。
2、本发明的阻隔材料，通过将软质粘土和所述膨润土的重量比为1:1～3:1。既能发挥粘土的重金属聚集作用，且保持膨润土良好的防渗作用。
3、本发明的阻隔材料，通过将水性树脂乳液和干粉的重量比为5:1～10:1。通过水性树脂乳液和干粉的包覆作用，使得铁粉和活性炭对重金属的修复作用充分发挥并平稳释放。
4、本发明的阻隔材料，通过将活性碳粉和铁粉的重量比为1:1～5:1。既能够完全发挥活性碳粉的吸附和原电池的转化作用，也使得总体用量处于一个低的水平，降低对其对阻隔材料抗渗性能的影响。
5、根据本发明的还可以设计一种具有有机物修复功能的阻隔材料，通过使用微生物菌剂，各组分的合理配比，使得阻隔材料表现出优异的抗渗性能的同时，具有良好的有机物修复功能。
6、本发明的一种具有环境修复功能的阻隔材料，通过粘土、膨润土和水性树脂乳液形成有机-无机复合胶粘体系，具有环境修复功能的阻隔材料和土体和/或岩体形成的固结体；并利用粘土、膨润土的吸附性能，以及干粉材料水化过程中释放的热量充分强化调整剂对污染土壤或地下水中重金属离子和有机污染物的修复效果；从而获得一种具有环境修复功能的阻隔材料。
7、本发明的一种具有环境修复功能的阻隔材料，通过选择聚丙烯酸乳液、水性橡胶乳液和水性聚氨酯乳液作为有机组分，改善隔离材料的粘黏性，改良形成固结体的脆性，提高对水的阻隔性，从而提高固结体的抗渗性能；固结体渗透系数基本达到1×10-7cm/s以下。
8、本发明的一种具有环境修复功能的阻隔材料，通过采用脱硫灰、氢氧化铝、活性碳粉、铁粉、微生物菌剂等多种调整剂的筛选以及比例的控制，使得该具有环境修复功能的阻隔材料能够根据不同重金属和/或有机污染源的项目中土体和/或岩体进行组分的调整，从而达到最佳的工程应用效果。
9、本发明的一种具有环境修复功能的阻隔材料，通过选择适用于干粉材料的调凝剂和助剂，能够在不降低环境修复功能和干粉凝结性能的前提下，缩短干粉组分与水反应的凝结时间，以及使得各组分得以充分润湿分散，达到混合均匀的效果。
10、本发明的具有环境修复功能的阻隔材料的制备方法，通过先将粘土和部分调整剂先湿磨，再加入膨润土，再加入树脂乳液，最后加入干粉的步骤，使得树脂乳液中的粘土、膨润土和调整剂均匀分布，更利于发挥三者间的协同修复作用。
11、本发明的具有环境修复功能的阻隔材料的制备方法，针对调整剂中，每一个组分的性质不同。采用将活性碳粉和氢氧化铝和粘土一起研磨的方式加入，以及采用将铁粉和脱硫灰和微生物菌剂与干粉混合的方式加入，使得上述环境修复组分处于最佳的形态，利于发挥环境修复作用。
12、本发明的阻隔材料的使用方法，通过注浆和高压旋喷的施工工艺将阻隔材料具有环境修复功能的阻隔材料与土体和/或岩体形成固结体，使得具有环境修复功能的阻隔材料与土体和/或岩体充分接触并产生粘接、结晶和化学结合更充分，形成的固结体阻隔性能更佳。
13、本发明的具有环境修复功能的阻隔材料的使用方法，通过注浆和高压旋喷的施工工艺将阻隔材料与土体和/或岩体形成固结体，以及这些固结体形成的工程结构，能应用在矿产资源回收，环境修复以及危险废弃物项目中，给这些项目提供阻隔和修复的双重功能，避免其对周边环境造成不良影响。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中使用的设备和原料如下：
研磨机，型号YLM-18.5，上海永延纳米科技有限公司；搅拌机，型号YYXJ-1000，上海永延纳米科技有限公司；康氏震荡器，型号KS苏州江东精密仪器有限公司；小型注浆机，型号JDL-9999，上海房宝建材科技有限公司；粘土，软质粘土，产地：四川成都龙泉；膨润土，钠基膨润土200-400目，产地：四川；快干水泥，普通硅酸盐水泥，产地：四川；活性碳粉，椰壳活性碳，200-400目，产地：海南；凝结剂，为分析纯，产地：成都；分散剂5040，润湿剂137，东莞市睿宁化工有限公司；聚丙烯酸乳液，德阳保立佳科技有限公司；微生物菌剂，广州合昕环境科技有限公司；试验土壤，于成都温江金马河附近采集，主要成分为砂土。
实施例1
本实施例中采用的基础配方(重量比)和施工工艺如下：
(1)首先将部分水(300g)、软质粘土(100g)、调整剂(本实施例为椰壳活性碳(20g)氢氧化铝(15g))加入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余的水(500g)、凝结剂为(本实施例为非结晶铝酸钙(1g))、助剂(本实施例中为分散剂5040(0.3g)，润湿剂137(0.5g))放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度2800转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土(100g)加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2600转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液(本实施例中为水性橡胶乳液(50g)和聚丙烯酸类乳液BLJ-6186A(100g))倒入搅拌桶中，持续搅拌30分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉(本实施例中为普通硅酸盐水泥(5g)，粉煤灰(10g))和修复功能材料(本实施例还有：铁粉(15g)脱硫灰(15g)以及微生物菌剂(15g))加入到搅拌桶中，搅拌时间为15分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与试验土壤按照1:1的重量比，利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.5MPa和养护，得到改性土壤样品。样品编号G3-1。
并委托第三方检测公司检测依据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。对样品G3-1的渗透系数进行测试。得出其渗透系数K20(cm/s)为7.92×10-8cm/s。
实施例2
在常温、常压下，按照表1中的种类和比例准备各原料。本实施例为某有色金属矿 产资源浸出场建设进行模拟实验，对其酸性污染源起到阻隔和修复的双重功效。
(1)首先将部分水(80g)、软质粘土、调整剂(本实施例为氢氧化铝)混合，润湿后，放入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余水、凝结剂(本实施例为硅酸钠、碳酸钠)、助剂(本实施例中为分散剂5040)放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度2000转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2000转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液(本实施例中为聚丙烯酸类乳液BLJ-6186A)倒入搅拌桶中，持续搅拌30分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉(本实施例中为普通硅酸盐水泥、粉煤灰)加入到搅拌桶中，搅拌时间为25分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与试验土壤按照1:1的比例利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.5MPa，自然养护、得到改性土壤样品。样品编号G4-1。
根据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。对样品G4-1的渗透系数进行测试，其渗透系数K20(cm/s)测试结果为6.12×10-8cm/s。
实施例3
在常温、常压下，按照表1中的种类和比例准备各原料。本实施例为某个冶炼厂危 险废弃物堆场项目进行环境风险管控进行模拟实验，对其释放的六价铬起到阻隔和修复的 双重功效。
(1)首先将部分水、软质粘土、调整剂(本实施例为椰壳活性碳)加入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余水、凝结剂为(本实施例为硅酸钠)、助剂(本实施例中润湿剂137)放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度2500转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2000转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液(本实施例中为聚丙烯酸类乳液BLJ-6186A、水性聚氨酯S-339A乳液)倒入搅拌桶中，持续搅拌25分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉(本实施例中为普通硅酸盐水泥和粉煤灰)和调整剂(本实施例为铁粉)加入到搅拌桶中，搅拌时间为15分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与试验土壤按照1:1.2的比例利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.6MPa，养护，得到改性土壤样品。样品编号G4-2。
根据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。对样品G4-2的渗透系数进行测试，其渗透系数K20(cm/s)测试结果为8.64×10-8cm/s。
实施例4
在常温、常压下，按照表1中的种类和比例准备各原料。本实施例为某铜尾矿项目 进行资源回收进行模拟实验，对其释放的铜元素起到阻隔和修复的双重功效。
(1)首先将部分水(150g)、软质粘土、调整剂(本实施例为：椰壳活性碳和氢氧化铝)加入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余水、凝结剂为(本实施例为碳酸钠)、助剂(本实施例中为分散剂5040、润湿剂137)放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度2800转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2200转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液(本实施例中为水性橡胶乳液、水性聚氨酯乳液S-339A和聚丙烯酸类乳液BLJ-6186A)倒入搅拌桶中，持续搅拌30分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉(本实施例中为普通硅酸盐水泥和粉煤灰修复功能材料(本实施例为：铁粉)加入到搅拌桶中，搅拌时间为15分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与试验土壤按照1:0.9的比例利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.6MPa和养护，得到改性土壤样品。样品编号G4-3。
根据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。对样品G4-3的渗透系数进行测试，其渗透系数K20(cm/s)测试结果为4.90×10-8cm/s。
实施例5
在常温、常压下，按照表1中的种类和比例准备各原料。本实施例为某老垃圾填埋 场污染土壤进行生态修复模拟实验，主要对其渗滤液引起的污染进行阻隔和修复的双重功 效。
(1)首先将部分水(200g)、软质粘土、调整剂(本实施例为：椰壳活性碳)加入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余水(含部分垃圾渗滤液)、凝结剂为(本实施例为硫酸铝)、助剂(本实施例中为分散剂5040)放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度3000转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2500转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液(本实施例中为聚丙烯酸类乳液BLJ-6186A)倒入搅拌桶中，持续搅拌30分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉(本实施例中为：普通硅酸水泥、快干水泥和粉煤灰)和调整剂(本实施例为脱硫灰和铁粉以及微生物菌剂)加入到搅拌桶中，搅拌时间为15分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与按照1:1的比例利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.5MPa和养护，得到改性土壤样品。样品编号G5-1。
根据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。对样品G5-1的渗透系数进行测试，其渗透系数K20(cm/s)测试结果为7.13×10-8cm/s。
实施例6
在常温、常压下，按照表1中的种类和比例准备各原料。本实施例为某铅污染场地 进行修复模拟实验，对其主要污染源铅离子起到阻隔和修复的双重功效。
(1)首先将部分水(200g)、软质粘土、调整剂(本实施例为椰壳活性碳)加入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余的水(含部分含铅污染液)、凝结剂为(本实施例为非结晶铝酸钙)、助剂(本实施例中为分散剂5040，润湿剂137)放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度2800转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2600转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液(本实施例中为水性橡胶乳液和聚丙烯酸类乳液BLJ-6186A)倒入搅拌桶中，持续搅拌30分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉(本实施例中为普通硅酸盐水泥、粉煤灰)和修复功能材料(本实施例还有：铁粉)加入到搅拌桶中，搅拌时间为15分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与试验土壤按照1:1的利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.5MPa和养护，得到改性土壤样品。样品编号G5-2。
根据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。对样品G5-2的渗透系数进行测试，其渗透系数K20(cm/s)测试结果为9.32×10-8cm/s。
表1实施例1-6配方和实验样品渗透系数总结
Figure GDA0003500472280000171
Figure GDA0003500472280000181
Figure GDA0003500472280000191
注：实施例5和实施例6的水中含待修复污染液250份；
由实施例1-6以及测试结果可知，采用本申请的种类和配比得到的阻隔材料无论是采用普通的水，或者施工中，污染水体混入到阻隔材料中，得到的固结体的渗透系数均小于1×10-7cm/s；无论是添加了一种还是多种调整剂(包括活性碳粉、氢氧化铝、铁粉、脱硫灰、微生物菌剂等五种调整剂)，当五种组分的比例和总比例位于本申请的保护范围内时，得到的固结体的平均垂直渗透系数低于1×10-7cm/s，具有良好的抗渗性能。
环境修复效果对比
分别考察实施例2-6的阻隔材料的环境修复效果。具体方法如对比例1-5，测试结果汇总在表2中。
对比例1
将实施例2中的改性土壤样品G4-1进行环境修复效果验证试验。试验方法为配置pH约为2.5的酸性废水作为酸性原液①；将改性土壤样品G4-1和酸性原液①充分接触24小时，发生修复作用后，得到酸性修复液②；向实验土壤中加入对应的同等质量比例的无机修复功能材料作为对照土壤样品1，取与G4-1同等重量的对照土壤样品1和酸性原液①充分接触24小时发生修复作用后，得到酸性修复液③。
按照GB6920-1986《水质pH值的测定玻璃电极法》，使用实验室PH计(酸度计)(HF002)分别对酸性原液①、酸性修复液②和酸性修复液③进行pH测试；其中酸性原液①为无色透明溶液，pH＝2.42；酸性修复液②为无色透明溶液，pH＝8.29；酸性修复液③为无色透明溶液，pH＝5.32。
由上述测试结果可知，氢氧化铝能够中和酸性原液中的氢离子，对环境中的酸性物质有一定的中和修复作用。酸性修复液②的pH值(8.29)高于酸性修复液③的pH值(5.32)，而G4-1和对照土壤样品1的差异在于，G4-1还包括粘土、膨润土等成分，说明使用该阻隔材料的配方能够加强氢氧化铝对酸性物质的修复作用。
对比例2
将实施例3中的改性土壤样品G4-2进行含六价铬危险废弃物管控效果验证试验。将含六价铬约为400mg/l的标准溶液作为六价铬原液①；将改性土壤样品G4-2与六价铬原液①充分接触24小时发生氧化还原以及吸附等修复作用，得到六价铬修复液②；向实验土壤中加入对应的同等质量比例的无机修复功能材料作为对照土壤样品，取与G4-2同等重量的对照土壤样品2和六价铬原液①充分接触24小时发生修复作用后，得到六价铬修复液③。
按照NB/T水电工程地质勘察水质分析规程，利用可见分光光度计(HF003)(检出限为0.008mg/L)对六价铬原液①、六价铬修复液②和六价铬修复液③的浓度进行检测。六价铬原液①的浓度为437.00mg/L；六价铬修复液②的浓度为35.60mg/L；六价铬修复液③的浓度为105.00mg/L。
由上述测试结果可知，铁粉和活性碳粉对六价铬离子有一定的修复作用。本实施例中的阻隔材料对六价铬离子的修复率为91.85％，而直接用同样质量的铁粉和活性碳粉的对照土壤样2对六价铬离子的修复率为75.9％。修复率为样品中吸收的六价铬与六价铬原液中六价铬的比值。采用本实施例配比的阻隔材料能够有效提升铁粉和活性碳粉对含六价铬的危废具有一定的修复效果。
对比例3
将实施例4中的改性土壤样品G4-3进行铜尾矿回收项目环境保护效果验证试验。将含铜约为410mg/l的地下水作为铜原液①；将改性土壤样品G4-3与铜原液①充分接触24小时并发生置换以及吸附等修复作用，得到铜修复液②；向实验土壤中加入对应的同等质量比例的无机修复功能材料作为对照土壤样品3，取与G4-2同等重量的对照土壤样品2和铜原液①充分接触24小时发生修复作用后，得到铜修复液③。
按照HJ776-2015《水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》，使用ICP-OES全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，分别对铜原液①、铜修复液②和铜修复液③进行检测。
铜原液①的浓度为418mg/L；铜修复液②浓度为0.08mg/L；铜修复液③浓度为12.8mg/L；
由上述测试结果可知，铁粉和活性碳粉对铜离子有一定的修复作用。本实施例中的阻隔材料对铜离子的修复率为接近100％，而直接用同样质量的铁粉和活性碳粉的对照土壤样3对铜离子的修复率为96.9％。修复率为样品中吸收的铜离子与铜原液中铜离子的比值。采用本实施例配比的阻隔材料能够有效提升铁粉和活性碳粉对铜尾矿资源回收工程能起到一定的环境保护效果。
对比例4
将实施例5中的改性土壤样品G5-1进行渗滤液污染土壤环境修复效果验证试验。将同样重量的垃圾渗透液溶解在水中，得到渗滤液原液①；用同样体积的水通过康氏震荡器浸提该改性土壤G5-1，得渗滤液浸提液②；向实验土壤中加入对应的同等质量比例的无机修复功能材料作为对照土壤样品4，取与G5-1同等重量的对照土壤样品4，加入同样体积的水通过康氏振荡器浸提该对照土壤样品4，得到渗滤液浸提液③。
按照HJ535-2009《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》，用可见光分光光度计对渗滤液原液①、渗滤液浸提液②和渗滤液浸提液③的氨氮含量进行测试。按照GB 11903-89《水质色度的测定》对渗滤液原液①、渗滤液浸提液②和渗滤液浸提液③的色度进行测试。
渗滤液原液①呈褐色浑浊，COD为914mg/L，氨氮含量为509mg/L，色度为512倍；渗滤液浸提液②呈无色透明，COD为24mg/L，氨氮含量为1.08mg/L，色度为8倍；渗滤液浸提液③呈浅褐色透明，COD为247mg/L，氨氮含量为147mg/L，色度为64倍；
由上述测试结果可知，脱硫灰、铁粉和活性碳粉等调整剂对垃圾渗滤液有一定的修复作用。本实施例中的阻隔材料对垃圾渗滤液的修复率分别为COD97.37％，氨氮99.78％；而直接用同样质量的铁粉和活性碳粉的对照土壤样4对垃圾渗滤液的修复率为分别为COD72.97％和氨氮71.11％。采用本实施例配比的阻隔材料能够有效提升调整剂对垃圾渗滤液的修复效果。
对比例5
将实施例6中的改性土壤样品G5-2进行环境修复效果验证试验。将同样重量的铅污染液溶解在水中，得到铅原液①；用同样体积的1％的稀醋酸通过康氏震荡器浸提该改性土壤G5-2，得铅浸提液②；向实验土壤中加入对应的同等质量比例的无机修复功能材料作为对照土壤样品5，取与G5-2同等重量的对照土壤样品5，加入同样体积的1％的稀醋酸通过康氏振荡器浸提该对照土壤样品5，得到铅浸提液③。
按照HJ776-2015《水质32中元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》，使用ICP-OES全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，分别对铅原液①、铅浸提液②和铅浸提液③进行检测。
铅原液①的浓度为446mg/L；铅浸提液②浓度为小于0.1mg/L；铅浸提液③浓度为0.13mg/L；
由上述测试结果可知，本实施例中的调整剂对铅离子有一定的修复作用。本实施例中的阻隔材料对铅离子的修复率为接近100％，而直接用同样质量的调整剂的对照土壤样5对铅离子的修复率相对较低。修复率为样品中吸收的铅离子与铅原液中铅离子的比值。采用本实施例配比的阻隔材料能够有效提升铁粉和活性碳粉等调整剂对铅离子的修复效果。
表2对比例1-5环境修复效果对比
Figure GDA0003500472280000221
由对比例1-5的测试方法和测试结果可知，采用本申请的阻隔材料在环境修复的效果，无论是对重金属离子或者对有机污染物的修复效果上均高于直接使用等量的调整剂所得到的结果。本申请中的各组分能够协同发挥作用，不仅能够提升抗渗性能，且具有良好的环境修复作用。
对比例6
本对比例在实施例4的基础上对树脂乳液的用量进行调整，与实施例3的不同之处在于水性树脂乳液中水性橡胶乳液为200份和聚酸类乳液BLJ-6186A为200份。环境修复效果测试时得到的溶液为铜修复液④。铜修复液④中铜离子的含量为212.00mg/L。高于铜修复液③和铜修复液②，这是因为过量的有机树脂把修复材料包裹，调整剂与铜离子接触不充分造成修复效果不佳。
对比例7
本对比例与实施例1的不同之处在于未加入树脂乳液。测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为6.99×10-6cm/s。
对比例8
本对比例与实施例1的不同之处在膨润土为250份。得到的阻隔材料黏度太大，不能正常进行注浆施工。
对比例9
本对比例与实施例1的不同之处在无机调整剂为150份椰壳活性碳和50份铁粉。测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为2.57×10-6cm/s。
对比例10
本对比例与实施例1的不同之处在于干粉材料为150份普通硅酸盐水泥和200份粉煤灰。测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为4.60×10-6cm/s。
表3组分和比例对渗透系数的影响
Figure GDA0003500472280000231
Figure GDA0003500472280000241
注，表3中未列出数值的组分，其种类和重量与实施例1相同。
由实施例1和对比例7-10的测试结果表明，阻隔材料的组分和配比超出本申请保护的范围时，渗透系数大于1×10-7cm/s，抗渗性能明显降低。
具有重金属修复功能的阻隔材料的实施例和试验例如下：
实施例7
本实施例中采用表4的组分重量配比和如下方法制备和并与土样混合制作成固结体：
(1)首先将部分水(300g)、软质粘土、活性碳粉加入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余的水(500g)、凝结剂、助剂放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度2800转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土(100g)加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2600转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液倒入搅拌桶中，持续搅拌30分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉和铁粉加入到搅拌桶中，搅拌时间为15分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与试验土壤按照1:1的重量比，利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.5MPa和养护，得到改性土壤样品。样品编号R-1。
并委托第三方检测公司检测依据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。分类依据《岩土工程勘察规范》(2009年版)GB50021-2001测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为4.78×10-8cm/s。
将100g上述改性土壤样品，浸入到含六价铬的1#污染溶液中24小时，将土壤样品取出，得到修复溶液。分别测试1#污染液和1#修复溶液中六价铬的浓度。
实施例8
按照实施例7的方式，按照表4中的组分，制备固结体，得到改性土样样品，样品编号R-2。测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为6.74×10-8cm/s。
将100g上述改性土壤样品，浸入到含铜离子的2#污染溶液中24小时，将土壤样品取出，得到修复溶液。分别测试2#污染液和2#修复溶液中铜离子的浓度。
实施例9
按照实施例7的方式，按照表4中的组分，制备固结体，得到改性土样样品，样品编号R-3。测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为7.88×10-8cm/s。
将100g上述改性土壤样品，浸入到含铅离子的3#污染溶液中24小时，将土壤样品取出，得到修复溶液。分别测试3#污染液和3#修复溶液中铜离子的浓度。
实施例10
按照实施例7的方式，按照表4中的组分，制备固结体，得到改性土样样品，样品编号R-4。测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为8.43×10-8cm/s。
将100g上述改性土壤样品，浸入到含钡离子的4#污染溶液中24小时，将土壤样品取出，得到修复溶液。分别测试4#污染液和4#修复溶液中钡离子的浓度。
实施例11
本实施例与实施例7的不同之处在于增加了脱硫灰。按照实施例7的方式，按照表4中的组分，制备固结体，得到改性土样样品，样品编号R-5。测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为7.58×10-8cm/s。
将100g上述改性土壤样品，浸入到含Cu2+、Pb2+、Ba2+和Cr(VI)的5#污染溶液中24小时，将土壤样品取出，得到修复溶液。分别测试5#污染液和5#修复溶液中Cu2+、Pb2+、Ba2+和Cr6+的浓度。
表4实施例7-11组分
Figure GDA0003500472280000261
Figure GDA0003500472280000271
表5实施例7-11测试结果
Figure GDA0003500472280000272
由实施例7-11的测试结果可知，采用本申请的组分和配比，以及制备方法得到的固结体的渗透系数(cm/s)分别为4.78×10-8、6.74×10-8、7.88×10-8、8.43×10-8、7.58×10-8，拥有良好的抗渗性能。同时能够有效的还原并吸附Cr6+，同时吸附Cu2+、Pb2+、Ba2+等重金属离子，实现了一种具有环境修复功能的材料，尤其是一种重金属修复功能的阻隔材料，能够通过一次施工就获得防渗和重金属修复的双重功能，降低了施工难度和施工成本。
试验例1
软质粘土和膨润土比例的影响
在实施例7的基础上，在软质粘土和膨润土总量不变的情况下，调整软质粘土和膨润土比例。按照实施例7的方法制备土壤样品，测试其渗透系数，并测试其对含六价铬的1#污染液和含铜离子的2#污染液的吸附效果。
其中软质粘土100g，钠基膨润土200g，聚丙烯酸乳液BLJ-6186A100g，水性橡胶乳液100g，非结晶铝酸钙1g，分散剂0.3g，润湿剂0.5g，水800g，粉煤灰20g，活性碳粉20g，铁粉10g。软质粘土和钠基膨润土总共300g，分别用量如下表，软质粘土和膨润土的用量比例和测试结果如下：
表6软质粘土和膨润土比例的影响
Figure GDA0003500472280000281
粘土和膨润土为其中两种主要的固态组分，总比例过高时，粘度过大，不能正常使用。在软质粘土和膨润土在总重量一定的情况下，随着粘土比重的增加，其对重金属离子的聚集效果增加，但是抗渗性能降低；随着膨润土比例的增加，抗渗性能增加。如表6的测试结果，随着软质粘土和膨润土的比例从1:2逐步增加至5:1时，渗透系数逐步增加，抗渗性能降低，当比例超过3:1，渗透系数接近1×10-7cm/s；比例超过3:1后，抗渗性能无法满足要求。在对Cr6+和Cu2+的修复作用中，随着粘土比例的增加修复液中重金属含量降低，当比例在1:1以上时，修复液中重金属离子的浓度变化较小，趋于平缓。故当软质粘土和膨润土的重量比在1:1～3:1时，能够充分发挥粘土的重金属聚集作用，且能发挥膨润土良好的防渗作用。比例为1.4:1～2:1时，综合效果更佳。
试验例2
水性树脂乳液和干粉比例的影响
在实施例7的基础上，在水性树脂乳液和干粉总量不变的情况下，调整水性树脂乳液和干粉比例。按照实施例7的方法制备土壤样品，测试其渗透系数，并测试其对含铜离子的2#污染液和含铅离子的3#污染液和的吸附效果。
其中软质粘土100g，钠基膨润土200g，聚丙烯酸乳液BLJ-6186A100g，非结晶铝酸钙1g，分散剂0.3g，润湿剂0.5g，水800g，活性碳粉20g，铁粉10g。水性树脂乳液和粉煤灰的总量为150g。水性树脂乳液和干粉比例和测试结果如下：
表7水性树脂乳液和干粉比例的影响
Figure GDA0003500472280000291
由上表测试结果可知，随着水性树脂乳液比例的增大，渗透系数逐渐变小，比例大于1:1以后，渗透系数均小于1×10-7cm/s，能够满足抗渗性能要求。随着水性树脂乳液比例增大，修复液中重金属离子的浓度呈现了一致的水平，后逐步升高，这是因为在比例为1:1至9:1的范围内，在24小时的时间内，活性碳粉和铁能够与污染液中的离子充分反应和吸附。当水性树脂的比例为11:1以上时，水性树脂将部分的活性碳粉包覆，无法充分发挥碳粉的吸附作用。水性树脂乳液和干粉的比例在1:1～9:1时，使得铁粉和活性炭对重金属的修复作用充分发挥并平稳释放。综合考虑抗渗性能和对重金属的修复作用，比例在7:1～8:1时，综合效果更佳。
试验例3
活性碳粉和铁粉比例的影响
在实施例7的基础上，在活性碳粉和铁粉总量不变的情况下，调整活性碳粉和铁粉比例。按照实施例7的方法制备土壤样品，测试其渗透系数，并测试其对含六价铬离子的3#污染液和含钡离子的4#污染液和和的吸附效果。其中软质粘土100g，钠基膨润土200g，聚丙烯酸乳液BLJ-6186A100g，水性橡胶乳液100g，非结晶铝酸钙1g，分散剂0.3g，润湿剂0.5g，水800g，粉煤灰20g，活性碳粉和铁粉共30g。
活性碳粉和铁粉比例和测试结果如下：
表8活性碳粉和铁粉比例的影响
Figure GDA0003500472280000301
由上表数据结果可知，在活性碳粉和铁粉的总重量不变的情况下，随着活性碳粉比例的增加，渗透系数逐步增大，当比例超过5:1以后，渗透系数上升趋势明显，至9:1时，渗透系数接近1×10-7cm/s，故控制比例小于5:1，渗透系数能够满足抗渗要求，且具有一定的安全边界。重量比在1:1～5:1范围内，抗渗性能均能满足要求，且保留了更多的铁粉，形成更多的原电池。考虑到铁粉的密度较大，以及计算碳粉和铁粉的理论原子数量比，控制比例在3:1～4:1时，综合效果更佳。
具有有机物修复功能的阻隔材料的实施例和试验例如下：
实施例12
本实施例中采用表9的组分重量配比和如下方法制备和并与土样混合制作成固结体：
(1)首先将部分水(300g)、软质粘土加入研磨机中进行研磨，混合物中的研磨细度为10-75μm；
(2)其次将剩余的水(500g)、凝结剂、助剂放入调速搅拌桶混合搅拌，搅拌速度2800转/分钟，搅拌时间30分钟。
(3)然后将(1)步产物、钠基膨润土(100g)加入(2)搅拌桶中，继续搅拌，搅拌速度2600转/分钟，搅拌时间40分钟；
(4)最后将调速搅拌通的搅拌速度调整到140转/分钟，并将水性树脂乳液倒入搅拌桶中，持续搅拌30分钟。
(5)将(4)的产物置于搅拌桶中，开启搅拌机，搅拌速度140转/分钟，将干粉和微生物菌剂加入到搅拌桶中，搅拌时间为15分钟。
将(5)得到的产物(不含水)与试验土壤按照1:1的重量比，利用小型注浆机和专用模具进行注浆施工，施工压力1.5MPa和养护，得到改性土壤样品。样品编号W-1。
并委托第三方检测公司检测依据《土工试验方法标准》GB/T50123-2019。分类依据《岩土工程勘察规范》(2009年版)GB50021-2001测量该样品渗透系数。得出其平均垂直渗透系数K20(cm/s)为7.74×10-8cm/s。
将100g上述改性土壤样品，浸入到含垃圾渗滤液的6#污染溶液中72小时，将土壤样品取出，得到6#修复溶液。分别测试6#污染液和6#修复液的COD值、氨氮含量。
实施例13
本实施例与实施例12的不同之处在于，比例略有改变，采用的微生物菌剂的种类和比例不同。
实施例14
本实施例与实施例12的不同之处在于，比例略有改变，采用的微生物菌剂的种类不同。
实施例15
本实施例与实施例12的不同之处在于，比例略有改变，采用的微生物菌剂的比列不同。
表9实施例12-15组分
Figure GDA0003500472280000321
Figure GDA0003500472280000331
表10实施例12-15测试结果
Figure GDA0003500472280000332
由表9和表10的组分和测试结果可知，采用表9中的组分和配比，得到的固结体的渗透系数(cm/s)分别为7.74×10-8、7.69×10-8、7.56×10-8、7.88×10-8，拥有良好的抗渗性能。同时6#修复液中的COD降低到35-75，氨氮含量降低到1.8-11.6。实现了一种具有有机物修复功能的阻隔材料，能够通过一次施工就获得防渗和有机物修复的双重功能，降低了施工难度和施工成本。
试验例4
活性碳粉和微生物菌剂比例的影响。
在实施例12的基础上，在活性碳粉和微生物菌剂总量不变的情况下，调整活性碳粉和微生物菌剂的比例。按照实施例12的方法制备土壤样品，测试其渗透系数，并测试其对垃圾渗透液的修复效果，本试验例中重点考察不同比例对COD和氨氮的影响。
表11活性碳粉和微生物菌剂比例的影响
Figure GDA0003500472280000341
由上表结果可知，在活性碳粉和微生物菌体总量一定的情况下，随着活性碳粉比例的增加，修复液中的COD和氨氮含量呈现，先降低后增加的趋势，这是因为当活性碳粉比例较低时，对有机物的聚集作用不明显，微生物菌剂不能完全发挥分解作用。当活性碳粉的比例超过5:1以后，聚集的有机物浓度过高，影响微生物菌剂的生长繁殖，修复液中COD和氨氮含量明显上升。故活性碳粉和微生物菌剂的比例在1:2～6.5:1时，对渗透液起到有较好的修复作用，且渗透系数小于1×10-7cm/s。当活性碳粉和所述微生物菌剂的比例在2:1～3:1时效果更佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种阻隔材料，其特征在于，以重量份计，包括以下原料制成，粘土50-300份，膨润土50-200份，水性树脂乳液50-300份，干粉10-300份，活性碳粉10-50份，铁粉10-40份；所述干粉为普通水泥、快干水泥和粉煤灰中的一种或几种；
所述粘土和所述膨润土的重量比为1:1～3:1；所述水性树脂乳液和所述干粉的重量比为1:1～9:1；所述活性碳粉和所述铁粉的重量比为1:1～5:1；
所述阻隔材料通过注浆或高压旋喷的施工工艺与土体和/或岩体形成固结体；
所述固结体形成的工程结构用于矿产资源回收和/或环境修复和/或危险废弃物治理。
2.根据权利要求1所述的阻隔材料，其特征在于，以重量份计，还包括脱硫灰10-30份。
3.根据权利要求2所述的阻隔材料，其特征在于，所述活性碳粉与所述脱硫灰的重量比为1:1～4:1。
4.一种阻隔材料，其特征在于，以重量份计，包括以下成分，软质粘土50-200份，膨润土50-200份，水性树脂乳液100-300份，干粉10-300份，活性碳粉10-50份，微生物菌剂10-40份；所述干粉为水泥和粉煤灰中的一种或几种；
所述活性碳粉和微生物菌剂的比例为1:2～6.5:1；
所述阻隔材料通过注浆或高压旋喷的施工工艺与土体和/或岩体形成固结体；
所述固结体形成的工程结构用于矿产资源回收和/或环境修复和/或危险废弃物治理。
5.一种如权利要求1所述的阻隔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
使用过程中包括200-2000重量份的水；
（1）将粘土和活性碳粉加水润湿后，研磨至10-75μm，得到A；
（2）将剩余水作为溶液B；
（3）将步骤（1）中的A和膨润土加入步骤（2）的B中，搅拌，得到C；
（4）将水性树脂乳液加入到步骤（3）的固液混合物中，搅拌，得到D；
（5）将干粉和铁粉与步骤（4）得到的D混合，得到所述阻隔材料。
6.一种如权利要求2所述的阻隔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
使用过程中包括200-2000重量份的水；
（1）将粘土和活性碳粉加水润湿后，研磨至10-75μm，得到A；
（2）将剩余水作为溶液B；
（3）将步骤（1）中的A和膨润土加入步骤（2）的B中，搅拌，得到C；
（4）将水性树脂乳液加入到步骤（3）的固液混合物中，搅拌，得到D；
（5）将脱硫灰、干粉和铁粉与步骤（4）得到的D混合；得到所述阻隔材料。
7.一种如权利要求4所述的阻隔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
使用过程中包括200-2000重量份的水；
（1）将粘土和活性碳粉加水润湿后，研磨至10-75μm，得到A；
（2）将剩余水作为溶液B；
（3）将步骤（1）中的A和膨润土加入步骤（2）的B中，搅拌，得到C；
（4）将水性树脂乳液加入到步骤（3）的固液混合物中，搅拌，得到D；
（5）将微生物菌剂、干粉与步骤（4）得到的D混合；得到所述阻隔材料。
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