CN112090928A - 一种金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法，包括以下步骤：S1、将煤矸石烘干、粉碎，然后过筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；S2、翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量5~10%的煤矸石粉以及5~10%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3~13%的稳定化药剂以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2~0.3的混合体，静置至少1个月，即可。本发明将煤矸石、城市污泥掺入尾矿并混合，以提高尾矿的肥力并起到降低部分重金属迁移性的效果，再添加稳定化药剂，使得混合体中的大部分重金属得到稳定，使得尾矿在土壤化的同时，尾矿重金属稳定化，从而有效保护尾矿周围生态环境。
Description
技术领域
本发明属于环境治理修复技术领域，具体涉及一种金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法。
背景技术
尾矿是矿山选矿过程中排放的粉末状的矿渣，一般是以尾矿矿浆形式排放并自然脱水后所形成的固体废物，主要储放于尾矿库内。而尾矿对周围生态环境污染、安全、资源浪费都有一定的影响，其中生态环境污染因为其影响周期较长、处理难度较大的特点，一直是尾矿处理过程中研究较多的问题之一。由于尾矿矿物组成成分复杂，长期的堆存以及气候影响，使得矿区周围土壤，地下水受到污染。
尾矿土壤化，即尾矿中添加无机、有机物质或直接覆土，改善尾矿的pH值、含水率、酶活性以及孔隙度等性质，使其满足植物种植的要求。
中国专利CN109985891A公布了一种酸性尾矿土壤化处理方法，将生物质废料和酸性尾矿碳化得到碳化物：在强酸性尾矿废弃地表面均匀铺洒上述碳化物并往碳化物上添加一定量的复合肥、有机肥及人造土并混合均匀；筛选抗逆性乔木、灌木、草本植物栽种。
尾矿中的重金属稳定化主要是靠化学稳定剂来实现，如在铅锌尾矿中分别加入适量氧化钙，硫化钠，硫代硫酸钠以及二丁基二硫代磷酸铵，可以实现对Pb、Zn、Hg、Cr多种重金属的协同固化。而某些作为土壤改良剂的药剂同样可以是尾矿中的重金属得到稳定，比如磷酸盐能有效降低多种重金属的水溶解度；将还原铁粉、过磷酸钙加入尾矿后，可释放H2PO4-与尾矿中的重金属生成磷酸盐沉淀，同时磷酸基团还对多种重金属有表面吸附效应。
综上所述，目前国内对于尾矿重金属稳定化、土壤化的技术存在成本高、程序多、处理不完备的缺点，同时对尾矿重金属稳定化及尾矿土壤化的协同研究较少。为此，研发一种对尾矿土壤化的同时将尾矿重金属稳定化，且成本低，处理方便的方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、将煤矸石烘干、粉碎，然后过筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；
S2、翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量5~10%的煤矸石粉以及5~10%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3~13%的稳定化药剂以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2~0.3的混合体，静置至少1个月，即可。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明的煤矸石、城市污泥及稳定化药剂，通过其鳌和、吸附及离子交换等协同作用，在较短时间内使尾矿土壤化以及尾矿重金属稳定化，降低重金属对周围生态环境的影响，从而有效保护尾矿周围生态环境，同时煤矸石、城市污泥可有效提高尾矿中的有机质含量；本发明处理后重金属浸出浓度达到危险废物鉴别标准（GB5085.3-2007）的标准限值，同时土壤性能参数提高，可直接复绿复垦，为植物生长提供了适宜的环境；
2、煤矸石添加后，尾矿中Zn、Pb、Cd和Cu的交换态和碳酸盐结合态重金属逐步向铁锰结合态、有机结合态和残渣态转化，尾矿中有效态Zn、Pb、Cd和Cu浓度不断降低；城市污泥则通过K+与重金属离子发生离子交换作用，同时城市污泥中的有机物与重金属发生鳌和作用，降低重金属有效性；添加稳定化药剂后可进一步降低整体大部分重金属的迁移性；
3、本发明所用的煤矸石、城市污泥均为固体废物，实现了“以废治废”，成本低、处理方便且效率较高，对矿产资源以及环境生态的保护，有着重要的环境价值、经济价值和社会价值；
4、本发明的稳定化药剂由多种药剂组合而成，可弥补单一药剂对某些特定重金属无法稳定的缺点，同时多种药剂可以协同稳定并提高重金属的稳定化效率；稳定化药剂为乙二胺四乙酸二钠以及磷酸二氢钙，通过药剂中的基团、磷酸二氢钾释放的PO4 3-，对Pb、Zn、Cu以及Cr进行稳定；稳定化药剂还可以在乙二胺四乙酸二钠以及磷酸二氢钙基础上进一步添加硫化钠，硫化钠可增强稳定化药剂体系的鳌和、吸附与离子交换作用，提高某些难处理尾矿中重金属的稳定化效率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明包括以下步骤：
S1、将煤矸石烘干、粉碎，然后过筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；其中，煤矸石为具有多种含碳矿质，丰富营养元素（总氮、总磷、总钾）的风化煤矸石，城市污泥是城市生活以及与城市生活活动相关的城市市政设施运行与维护过程中产生的污泥，城市污泥作为一种有机废物，含有丰富的有机质以及氮、磷、钾；
S2、翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量5~10%的煤矸石粉以及5~10%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3~13%的稳定化药剂以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2~0.3的混合体，静置至少1个月，即可；其中，待处理尾矿的主要重金属为Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg。
优选地，所述的稳定化药剂为尾矿质量1~3%的乙二胺四乙酸二钠、2~5%磷酸二氢钙。
优选地，所述的稳定化药剂为尾矿质量1~3%的乙二胺四乙酸二钠、3~5%硫化钠以及2~5%磷酸二氢钙。
优选地，S1步骤过筛是过80~120目筛。
优选地，S2步骤的待处理尾矿为原位尾矿。
下面结合实施例1~实施例12对本发明作进一步说明。
实施例1
将煤矸石烘干、粉碎，然后过筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量5%的煤矸石粉以及5%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3%的稳定化药剂以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2的混合体，静置1个月，即可。
实施例2
将煤矸石烘干、粉碎，然后过筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量10%的煤矸石粉以及10%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量13%的稳定化药剂以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.3的混合体，静置2个月，即可。
实施例3
将煤矸石烘干、粉碎，然后过筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量7.5%的煤矸石粉以及7.5%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量8%的稳定化药剂以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.25的混合体，静置1.5个月，即可。
实施例4
将煤矸石烘干、粉碎，然后过80目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量5%的煤矸石粉以及5%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量1%的乙二胺四乙酸二钠、2%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2的混合体，静置1个月，即可。
实施例5
将煤矸石烘干、粉碎，然后过120目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量10%的煤矸石粉以及10%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3%的乙二胺四乙酸二钠、5%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.3的混合体，静置2个月，即可。
实施例6
将煤矸石烘干、粉碎，然后过100目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量7.5%的煤矸石粉以及7.5%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量2%的乙二胺四乙酸二钠、3.5%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.25的混合体，静置1.5个月，即可。
实施例7
将煤矸石烘干、粉碎，然后过80目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量5%的煤矸石粉以及5%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量1%的乙二胺四乙酸二钠、3%硫化钠、2%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2的混合体，静置1个月，即可。
实施例8
将煤矸石烘干、粉碎，然后过120目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量10%的煤矸石粉以及10%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3%的乙二胺四乙酸二钠、5%硫化钠、5%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.3的混合体，静置2个月，即可。
实施例9
将煤矸石烘干、粉碎，然后过100目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量7.5%的煤矸石粉以及7.5%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量2%的乙二胺四乙酸二钠、4%硫化钠、3.5%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.25的混合体，静置1.5个月，即可。
实施例10
将煤矸石烘干、粉碎，然后过100目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；选取某铜尾矿某一3mX3m的区域，其表面30cm的尾矿作为待处理尾矿进行翻动，翻动期间加入尾矿质量5%的煤矸石粉以及8%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量2%的乙二胺四乙酸二钠、3%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2的混合体，静置1个月，即可；取表层20cm处尾矿进行分析，分析结果见表1~表2。
表1 铜尾矿处理前后重金属浸出浓度
由表1可知，通过本方法即尾矿重金属稳定化及土壤化处理后，尾矿中重金属浸出浓度GB5085.3-2007的标准限值。
表2 铜尾矿处理前后土壤性能参数
由表2可知，通过本方法即尾矿重金属稳定化及土壤化处理后，铜尾矿的pH值变化不大；EC（ms/cm）值降低至1.18即处理后的铜尾矿的板结程度降低；EH（mv）值降低至268即处理后的铜尾矿氧化还原性能降低，趋于稳定。NAG-pH值升高至3.58即处理后的铜尾矿产酸性能降低；CEC（cmol/kg）由3.5提高到9.6，表明处理后的尾矿保肥性较高；有机质含量由0.4%提高到1.6%，表明固体废物添加后效果良好，达到四级土壤有机质标准。
实施例11
将煤矸石烘干、粉碎，然后过100目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；选取某铅锌尾矿某一3mX3m的区域，其表面30cm的尾矿作为待处理尾矿进行翻动，翻动期间加入尾矿质量5%的煤矸石粉以及6%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量1%的乙二胺四乙酸二钠、2%硫化钠、3%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.25的混合体，静置1个月，即可；取表层20cm处尾矿进行分析，分析结果见表3~表4。
表3 铅锌尾矿处理前后重金属浸出浓度
由表3可知，通过本方法即尾矿重金属稳定化及土壤化处理后，尾矿中重金属浸出浓度GB5085.3-2007的标准限值。
表4 铅锌尾矿处理前后土壤性能参数
由表4可知，通过本方法即尾矿重金属稳定化及土壤化处理后，铅锌尾矿的pH值升高至7.85；EC（ms/cm）值降低至1.26即处理后的铅锌尾矿的板结程度降低；EH（mv）值降低至317即处理后的铅锌尾矿氧化还原性能降低，趋于稳定；NAG-pH值升高至3.15即处理后的铅锌尾矿产酸性能降低。CEC（cmol/kg）由2.7提高到8.9，表明处理后的尾矿保肥性较高；有机质含量由0.3%提高到1.2%，表明固体废物添加后效果良好，达到四级土壤有机质标准。
实施例12
将煤矸石烘干、粉碎，然后过100目筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；选取某汞尾矿某一3mX3m的区域，其表面30cm的尾矿作为待处理尾矿进行翻动，翻动期间加入尾矿质量6%的煤矸石粉以及8%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3%的乙二胺四乙酸二钠、3%硫化钠、2%磷酸二氢钙以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2的混合体，静置1个月，即可；取表层20cm处尾矿进行分析，分析结果见表5~表6。
表5 汞尾矿处理前后重金属浸出浓度
由表5可知，通过本方法即尾矿重金属稳定化及土壤化处理后，尾矿中重金属浸出浓度GB5085.3-2007的标准限值。
表6 汞尾矿处理前后土壤性能参数
由表6可知，通过本方法即尾矿重金属稳定化及土壤化处理后，汞尾矿的pH值降低至8.4；EC（ms/cm）值降低至1.47即处理后的铅锌尾矿的板结程度降低；EH（mv）值降低至380即处理后的铅锌尾矿氧化还原性能降低，趋于稳定；NAG-pH值升高至2.76即处理后的铅锌尾矿产酸性能降低。CEC（cmol/kg）由2.4提高到10.2，表明处理后的尾矿保肥性较高。有机质含量由0.3%提高到1.6%，表明固体废物添加后效果良好，达到四级土壤有机质标准。
Claims (5)
1.一种金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将煤矸石烘干、粉碎，然后过筛，得煤矸石粉，将城市污泥风干，得风干城市污泥；
S2、翻动待处理尾矿，翻动期间加入尾矿质量5~10%的煤矸石粉以及5~10%的风干城市污泥，混合均匀后再加入尾矿质量3~13%的稳定化药剂以及水，继续混合均匀，得固液比为1:0.2~0.3的混合体，静置至少1个月，即可。
2.根据权利要求1所述的金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法，其特征在于所述的稳定化药剂为尾矿质量1~3%的乙二胺四乙酸二钠、2~5%磷酸二氢钙。
3.根据权利要求1所述的金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法，其特征在于所述的稳定化药剂为尾矿质量1~3%的乙二胺四乙酸二钠、3~5%硫化钠以及2~5%磷酸二氢钙。
4.根据权利要求1所述的金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法，其特征在于S1步骤过筛是过80~120目筛。
5.根据权利要求1所述的金属尾矿土壤化及重金属稳定化的方法，其特征在于S2步骤的待处理尾矿为原位尾矿。
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