CN113185980A - 一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂及其制备方法，属于环境岩土工程技术领域，可解决现有水泥固化剂对污染土的修复难以满足要求，并且会对环境造成影响的问题。每100份铅污染土中含普通硅酸盐水泥5~10份、赤泥2.5~5份、电石渣1.25~5份、磷石膏1.25~5份。本发明基于“赤泥+电石渣+磷石膏”三种工业废渣的固化机理，根据三种组分化学成分及酸碱度，从各自发挥的不同作用，使三种组分在性能上充分实现互补和强化，据此设定三者相互之间的比例，研制出同时满足无侧限抗压强度、腐蚀性、放射性、浸出毒性、渗透性等要求的新型固化剂，解决了现有的常规水泥固化剂修复效果不佳等问题。

Description

一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂及其制备 方法

技术领域

本发明属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种在高浓度铅污染情况下使用的新型土壤固化剂及其制备方法。

背景技术

随着我国城市化快速发展及各城镇产业布局的调整，全国土壤总的超标率为16.1%，无机污染物超标点位数占全部超标点位的 82.8%，其中铅污染物点位超标率为1.5%。铅污染具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点，环境危害大、治理成本高。在铅污染土壤的各类修复技术中，固化稳定化技术是最常见的方法。

通常来说，固化剂是固化稳定化技术的关键因素。实践证明，现有的常规水泥固化剂对铅污染土的修复有一定效果，但是工程中需要较高的水泥掺量，单纯使用水泥无疑是提高了成本，并且单纯使用水泥固化污染土的耐久性能也不理想，长期处于复杂的自然环境有可能会降低固化土 pH 值，改变重金属的赋存形态，使得重金属离子溶出量增大，产生劣化作用，导致重金属离子逐渐析出，对环境造成影响。除了水泥还有传统固化剂如粉煤灰、石灰，研究表明，污染土使用这两种材料固化后无侧限抗压强度较低，铅离子浸出浓度较高，达不到工程及环境保护的要求。综上所述，常规固化剂存在生产成本高、固化土耐久性差，难以有效包裹污染场地中重金属离子，不能有效提高污染土地基强度的缺点。

发明内容

本发明针对现有水泥固化剂对污染土的修复难以满足要求，并且会对环境造成影响的问题，提供一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂及其制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂，包括如质量份数的组分：每100份铅污染土中含普通硅酸盐水泥5~10份、赤泥2.5~5份、电石渣1.25~5份、磷石膏1.25~5份。

进一步地，一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂，包括如质量份数的组分：每100份铅污染土中含普通硅酸盐水泥10份、赤泥2.5份、电石渣1.25份、磷石膏1.25份。

一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂的制备方法，包括如下步骤：

第一步，将赤泥、电石渣、磷石膏在105℃条件下烘干，过10目筛；

第二步，按比例称量各组分；

第三步，在常温常压下，将普通硅酸盐水泥、赤泥、电石渣和磷石膏倒入搅拌锅中，搅拌均匀，得到混合料。

本发明的固化机理如下：

赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的固体废物，具有强碱性、比表面积大、颗粒表面带有大量负电荷等基本特征，吸附重金属能力较强，同时具有较高的钙含量，其水化产生的胶凝材料具有较好的孔结构，能够提供一定的固化强度，因此可用作固化剂的主体材料。

电石渣是电石通过水解获取乙炔气体后的废渣，主要成分为氢氧化钙和水，能够提供较多的钙离子，改善土壤结构和力学性能，具有碱激发功能，可以提高赤泥的活性。

磷石膏是硫酸萃取磷矿制磷酸的副产物，其主要成分为硫酸钙，其作用为一是残留的磷酸盐可固化部分重金属离子；二是可发挥填充作用为固化体提供一定的强度；三是具有一定的活性激发作用，提高赤泥的固化性能；四是其自身的酸性可以降低固化土过高的碱性，减少重金属氢氧化物的溶解度。

本发明的有益效果如下：

本发明基于“赤泥+电石渣+磷石膏”三种工业废渣的固化机理，根据三种组分化学成分及酸碱度，从各自发挥的不同作用，使三种组分在性能上充分实现互补和强化，据此设定三者相互之间的比例，研制出同时满足无侧限抗压强度、腐蚀性、放射性、浸出毒性、渗透性等要求的新型固化剂，解决了现有的常规水泥固化剂修复效果不佳等问题。

本发明把以上三种工业废渣的资源化利用与铅污染土的修复紧密结合，为工程应用提供重要的理论依据，最终达到“以废治污”的目的。以上废渣均属于国家急需大量消纳的工业固废，没有材料成本，具有很高的经济效益；研究成果具有广泛的应用前景，具有很好的社会效益；在严格的环境影响评价下，具有良好的环境效益。

通过室内试验，从新型固化剂的渗透性、无侧限抗压强度、腐蚀性和浸出毒性等主要性能方面展开研究。

本发明固化剂具有良好的力学性能。固化污染土的无侧限抗压强度q_u（7d）最高为2.42MPa，相对应的固化未污染土的无侧限抗压强度q_u.0（7d）为3.88MPa，q_u/q_u.0=0.62；当渗透压强为50kPa时，渗透系数（7d）可以最低可达到10^-7cm/s。

固化污染土pH（7d）为11.71＜12.5，符合《危险废物鉴别标准 腐蚀性鉴别》标准。

固化污染土浸出毒性Pb²⁺浓度（7d）为0.403mg/L＜1mg/L，符合《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》和《污水综合排放标准》。

本发明固化剂的各组分都不具有放射性，符合《建筑材料放射性核素限量》标准。

附图说明

图1为室内试验试块尺寸图；

图2为本发明实施例抗压强度对比图；

图3为本发明实施例渗透系数对比图；

图4为本发明实施例pH对比图；

图5为本发明实施例Pb²⁺浸出浓度对比图；

图6为本发明制备方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例中赤泥、电石渣、磷石膏的主要元素组成如下表所示：

实施例1

铅污染土100份，其中Pb²⁺含量为1.25%，水12份，养护龄期为7d，按如下配比制备新型固化剂：

方案一：普通硅酸盐水泥10份，赤泥5份，电石渣2.5份，磷石膏2.5份。方案二：普通硅酸盐水泥10份，赤泥2.5份，电石渣5份，磷石膏2.5份。方案三：普通硅酸盐水泥10份，赤泥2.5份，电石渣2.5份，磷石膏5份。

方案四：普通硅酸盐水泥10份，赤泥2.5份，电石渣1.25份，磷石膏1.25份。

方案五：普通硅酸盐水泥5份，赤泥2.5份，电石渣1.25份，磷石膏1.25份。

方案六：普通硅酸盐水泥5份，赤泥5份，电石渣2.5份，磷石膏2.5份。

方案七：普通硅酸盐水泥8份，赤泥3.5份，电石渣1.75份，磷石膏1.75份。

试验结果分析：

根据实施例1的实验结果可以看出方案四在无侧限抗压强度、渗透性和浸出毒性等修复效果方面要优于其他方案。

实施例2

铅污染土100份，其中Pb²⁺含量为1.25%，水12份，养护龄期为7d，按如下配比制备新型固化剂：

方案四：普通硅酸盐水泥10份，赤泥2.5份，电石渣1.25份，磷石膏1.25份。

方案八：普通硅酸盐水泥10份。

方案九：普通硅酸盐水泥15份。

试验结果分析：

根据实施例2的实验结果可看出：当水泥用量相同时，赤泥+电石渣+磷石膏可以明显提高固化土的力学性能，并且可以降低固化土的pH和Pb²⁺浸出毒性；当水泥用量和新型固化剂总掺量相同时，固化土的力学性能没有明显区别，但新型固化剂可以降低固化土的pH和Pb²⁺浸出毒性，并且达到节约水泥的目的。

Claims (3)

1.一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂，其特征在于：包括如质量份数的组分：每100份铅污染土中含普通硅酸盐水泥5~10份、赤泥2.5~5份、电石渣1.25~5份、磷石膏1.25~5份。

2.根据权利要求1所述的一种联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂，其特征在于：包括如质量份数的组分：每100份铅污染土中含普通硅酸盐水泥10份、赤泥2.5份、电石渣1.25份、磷石膏1.25份。

3.一种如权利要求1或2所述的联合赤泥+电石渣+磷石膏的铅污染土固化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，将赤泥、电石渣、磷石膏在105℃条件下烘干，过10目筛；

第二步，按比例称量各组分；

第三步，在常温常压下，将普通硅酸盐水泥、赤泥、电石渣和磷石膏倒入搅拌锅中，搅拌均匀，得到混合料。

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