CN113262422A

CN113262422A - 一种联合脱碱剂、联合脱碱赤泥的方法

Info

Publication number: CN113262422A
Application number: CN202110648936.5A
Authority: CN
Inventors: 万芹莉; 彭道平; 李芹; 赵聪; 黄涛; 赵锐
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2021-08-17

Abstract

本发明公开了一种联合脱碱剂及联合脱碱赤泥的方法，联合脱碱剂包括磷石膏和黄腐酸。联合脱碱赤泥的方法，包括以下步骤：将赤泥粉末与联合脱碱剂粉末混合均匀，加入水进行搅拌脱碱，搅拌结束后分离得到脱碱渣并晾晒干；本发明能大量消耗酸性固体废物磷石膏，快速降低赤泥的碱性，增加赤泥大粒径团聚体的含量，增强团聚体的稳定性，增加赤泥中营养物质的含量，为后续赤泥土壤化提供基础。

Description

一种联合脱碱剂、联合脱碱赤泥的方法

技术领域

本发明涉及工业废渣处理技术领域，具体涉及一种联合脱碱剂、联合脱碱赤泥的方法。

背景技术

赤泥又称铝矿残渣，是氧化铝工业生产的废物之一，由于赤泥的强碱性、小颗粒和存在重金属元素等特性，对周围环境造成了显著威胁。赤泥产量巨大，平均每生产1t氧化铝会附带产生1.5～2.5t赤泥，并以每年1.2亿t的速度增加。

现存处理赤泥的主要方式有堆存、回收有价物质、应用于建材领域或环境保护。但由于赤泥的强碱性，其利用和处理处置受到了严重阻碍，据统计，绝大多数赤泥均以堆存方式处理处置，仅不超过20％的赤泥被利用，而且赤泥堆场需长期占用大量的农田，其他处置方法也存在着成本高、危害大等缺点。为解决赤泥堆存问题，赤泥土壤化被认为是一个较为经济环保的途径。

赤泥碱性强、颗粒小、营养物质贫瘠、土壤结构性质差，植物难以存活。利用改性剂对赤泥进行脱碱改性是赤泥土壤化的前提。

发明内容

基于上述技术背景，本发明提供了解决上述问题的一种联合脱碱剂、联合脱碱赤泥的方法，本发明能大量消耗酸性固体废物磷石膏，快速降低赤泥的碱性，增加赤泥大粒径团聚体的含量，增强团聚体的稳定性，增加赤泥中营养物质的含量，为后续赤泥土壤化提供基础。

本发明通过下述技术方案实现：

一种联合脱碱剂，包括磷石膏和黄腐酸。

本发明利用磷石膏和黄腐酸为脱碱剂，一方面消纳大量的固废磷石膏，另一方面降低赤泥碱性、增加赤泥大粒径团聚体的含量以及营养物质含量。联合脱碱的大粒径团聚体赤泥多于磷石膏脱碱，且颗粒间空隙更大，质地更紧密，黄腐酸加入更有利于赤泥大粒径团聚体的形成，并增加了团聚体的稳定性，增加了赤泥中营养物质的含量，为后续赤泥土壤化提供基础。

黄腐酸不仅呈酸性，含有丰富的营养物质，还能促进植物生长，能提高植物抗逆能力，且对抗旱有重要作用，具有增产和改善品质作用；另外黄腐酸作为有机物料，添加后分解成有机胶结物质，这些有机胶结物质的黏性、胶结性对于大粒径团聚体的形成有促进作用，同时也减少了土壤小粒径团聚体的含量，能改善土壤的物理结构。在实际生产中，黄腐酸作为一种植物生长调节剂，被广泛应用于小麦、玉米、红薯、谷子、水稻、棉花、花生、油菜、烟草、蚕桑、瓜果、蔬菜等农作物生产中。所以利用黄腐酸作为赤泥脱碱剂，不仅能有效降低赤泥的pH值，还能促进土壤质量提升，为植物生长提供营养物质。

进一步优选，所述磷石膏和黄腐酸的质量配比为0.5-3.2:0.5-4.0。

进一步优选，所述磷石膏和黄腐酸的质量配比为1.6:0.5-4.0。

更优选，所述磷石膏和黄腐酸的质量配比为1.6:0.5。

一种联合脱碱赤泥的方法，包括以下步骤：

将赤泥粉末与联合脱碱剂粉末混合均匀，加入水进行搅拌脱碱，搅拌结束后分离得到脱碱渣并晾晒干；

所述联合脱碱剂包括磷石膏和黄腐酸。

进一步优选，所述赤泥、磷石膏和黄腐酸的质量配比为1:0.5-3.2:0.5-4.0。

进一步优选，所述赤泥、磷石膏和黄腐酸的质量配比为1:1.6:0.5-4.0。

更优选，所述赤泥、磷石膏和黄腐酸的质量配比为1:1.6:0.5。

进一步优选，脱碱时间为0.5h-6h。

更优选，脱碱时间为1h。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明利用磷石膏和黄腐酸为脱碱剂，一方面消纳大量的固废磷石膏，另一方面降低赤泥碱性、增加赤泥大粒径团聚体的含量以及营养物质含量。

2、本发明联合脱碱较短时间内就达到稳定状态，且脱碱后pH值能达到7-9左右，满足植物生长对pH值的要求。联合脱碱的大粒径团聚体赤泥多于磷石膏脱碱，且颗粒间空隙更大，质地更紧密，黄腐酸加入更有利于赤泥大粒径团聚体的形成，并增加了团聚体的稳定性，增加了赤泥中营养物质的含量，为后续赤泥土壤化提供基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

附图1-6为脱碱对赤泥微观结构的影响电镜表征图，具体地：

图1表示放大倍数为5000倍的原赤泥电镜图，

图2表示放大倍数为10000倍的原赤泥电镜图；

图3表示放大倍数为5000倍的磷石膏脱碱赤泥电镜图，

图4表示放大倍数为10000倍的磷石膏脱碱赤泥电镜图；

图5表示放大倍数为5000倍的联合脱碱赤泥电镜图，

图6表示放大倍数为10000倍的联合脱碱赤泥电镜图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种联合脱碱剂，由磷石膏和黄腐酸构成；

磷石膏和黄腐酸的质量配比为0.5-3.2:0.5-4.0；进一步优选，磷石膏和黄腐酸的质量配比为1.6:0.5-4.0；更优选为，磷石膏和黄腐酸的质量配比为1.6:0.5。

实施例2

本实施例提供了一种联合脱碱的方法，具体步骤如下所示：

将1kg赤泥、1.6kg磷石膏、0kg黄腐酸充分捣碎并混合均匀，加入100kg水搅拌脱碱1h，搅拌结束后分离得到脱碱渣并晾晒干。

实施例3

本实施例提供了一种联合脱碱的方法，具体步骤如下所示：

将赤泥、磷石膏、黄腐酸充分捣碎并混合均匀，加入100kg水搅拌脱碱1h，搅拌结束后分离得到脱碱渣并晾晒干。其中，赤泥、磷石膏、黄腐酸的质量配制关系如表1所示：

表1

其中，赤泥、磷石膏、黄腐酸的加入质量单位为kg。

脱碱液的pH值、EC随黄腐酸添加量的变化如表1所示。由表1知，随黄腐酸添加量的增加，脱碱液的pH值稳定在8左右。基于脱碱效果及成本，赤泥：磷石膏：黄腐酸＝1：1.6：0.5，脱碱效果最佳。

对脱碱液的pH和EC的测试方法为：用pH计测定脱碱液的pH；用电导率仪测定脱碱液的EC。

脱碱液的pH和EC、与脱碱渣(赤泥)的pH和EC、脱碱效果三者的关系：呈酸性的磷石膏和黄腐酸与呈碱性的赤泥发生反应，将赤泥中的Na⁺置换出来，从而降低脱碱渣的pH值，同时脱碱液的pH值升高；当反应达到平衡后，脱碱液和脱碱渣的pH值和EC不再发生明显变化，最终的脱碱液pH值越高，则表明赤泥的脱碱效果越好。

实施例4

本实施例提供了一种联合脱碱的方法，具体步骤如下所示：

将1kg赤泥、1.6kg磷石膏、0.5kg黄腐酸充分捣碎并混合均匀，加入100kg水搅拌脱碱，搅拌结束后分离得到脱碱渣并晾晒干。其中，脱碱时间如表2所示：

表2

其中，脱碱时间的单位为h。

脱碱液的pH值、EC随脱碱时间的变化如表2所示，由表2知，随脱碱时间的增加，脱碱液的pH值稳定在8左右，基于脱碱效果及成本，最佳脱碱时间为1h。

实施例5

将1kg赤泥、1.6kg磷石膏、0.5kg黄腐酸充分捣碎并混合均匀，加入100kg水搅拌脱碱1h，搅拌结束后分离得到脱碱渣并晾晒干。进行粒径及赤泥形态分析。

由表3可以看出，赤泥的pH值为11.8，磷石膏脱碱赤泥的pH值为9.01，黄腐酸-磷石膏联合脱碱赤泥的pH值为8.47，这是由于黄腐酸呈酸性，能与呈碱性的赤泥发生中和反应，从而进一步降低赤泥的酸碱性，说明黄腐酸的加入能进一步降低磷石膏脱碱赤泥的酸碱性。

表3脱碱前后赤泥pH值变化

备注：此处的磷石膏脱碱采用实施例2的方案。

对赤泥的pH和EC的测试方法为：用pH计测定脱碱液的pH；用电导率仪测定脱碱液的EC。

土壤团聚体影响广泛的土壤性质，包括碳稳定、土壤孔隙度、入渗、通气、压实性、保水、导水能力和抗水蚀能力。改善赤泥物理结构、增加大粒径团聚体含量是赤泥基质改良的重要环节。赤泥中大粒径团聚体结构的形成，是促进赤泥土壤演化的重要因素。该试验通过利用激光粒度仪对赤泥粒径进行分析，测定原赤泥、磷石膏脱碱赤泥和联合脱碱赤泥的粒径分布情况，研究脱碱前后团聚体大小变化情况，粒径测定结果见表4。由表4中可以看出，相对于原赤泥，磷石膏脱碱赤泥粒径在0.01～0.1μm范围的团聚体占比由44.6％降低至0％；粒径在0.1～1μm范围的团聚体占比由15.1％降低至4.69％；粒径在1～10μm范围的团聚体占比由14.0％上升至24.82％；粒径在10～100μm范围的团聚体占比由19.2％上升至37.57％；粒径在100～1000μm范围内的团聚体占比由7.1％上升至32.92％。由此可见，磷石膏的加入能促进赤泥大粒径团聚体的形成。相对于磷石膏脱碱赤泥，联合脱碱赤泥粒径在0.01～0.1μm范围的团聚体占比未发生变化；粒径在0.1～1μm范围的团聚体占比由4.69％降低至1.24％；粒径在1～10μm范围的团聚体占比由24.82％降低至17.68％；粒径在10～100μm范围的团聚体占比由37.57％上升至41.26％；粒径在100～1000μm范围内的团聚体占比由32.92％上升至39.82％，表明黄腐酸的加入能进一步促进磷石膏脱碱赤泥形成更大粒径的团聚体。

磷石膏溶解产生Ca²⁺在替换碱化土壤胶体吸附的Na⁺和Mg²⁺同时，直接参与了粘粒与土壤有机质之间阳离子桥的构建，促进由粘粒(C)、多价阳离子(P)和有机分子(OM)构成有机无机复合体(C-P-OM)形成，这些复合体又进一步结合形成大粒径团聚体，从而提高了团聚体的数量和稳定性。联合脱碱赤泥的大粒径团聚体多于磷石膏脱碱赤泥，说明黄腐酸的加入能进一步促进颗粒间的团聚。土壤微团聚体由土壤原生颗粒胶结团聚组成，有机物料添加后分解成有机胶结物质，这些有机胶结物质的粘性、胶结性对于大粒径团聚体的形成有促进作用，同时也减少了土壤小粒径团聚体的含量。试验所用的黄腐酸为有机物料，添加后分解为具有粘性和胶结性的有机胶结物质促进了大粒径的团聚体形成。

表4原赤泥、磷石膏脱碱赤泥和联合脱碱赤泥的粒径分布

为进一步研究黄腐酸对赤泥团聚体大小及稳定性的影响，试验利用扫描电子显微镜对原赤泥、磷石膏脱碱赤泥和联合脱碱赤泥进行了形貌分析，并分析脱碱前后赤泥微观结构的变化，不同倍率(5000倍、10000倍)下拍摄的扫描电子显微镜图如图1所示。

由图1可以看出，相对于原赤泥或磷石膏脱碱赤泥，经磷石膏-黄腐酸联合脱碱后的赤泥颗粒尺寸增加，颗粒间空隙变大，颗粒质地变得更致密。说明黄腐酸作为有机质的一部分，其加入不仅促进了赤泥大粒径团聚体的形成，而且有助于促进团聚体的稳定性。这种现象的产生可能是因为改性时赤泥的细小颗粒产生絮凝作用，或发生了有机质的包裹。有机质和Ca²⁺的添加可促进赤泥中大团聚体颗粒的形成与其结构的稳定性。联合脱碱后的赤泥团聚体颗粒明显大于原赤泥和磷石膏脱碱赤泥，说明黄腐酸的加入进一步促进了团聚体的形成和稳定，联合脱碱赤泥更有利于后续的土壤修复利用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种联合脱碱剂，其特征在于，包括磷石膏和黄腐酸。

2.根据权利要求1所述的一种联合脱碱剂，其特征在于，所述磷石膏和黄腐酸的质量配比为0.5-3.2:0.5-4.0。

3.根据权利要求2所述的一种联合脱碱剂，其特征在于，所述磷石膏和黄腐酸的质量配比为1.6:0.5-4.0。

4.根据权利要求3所述的一种联合脱碱剂，其特征在于，所述磷石膏和黄腐酸的质量配比为1.6:0.5。

5.根据权利要求1所述的一种联合脱碱赤泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述联合脱碱剂包括磷石膏和黄腐酸。

6.根据权利要求5所述的一种联合脱碱赤泥的方法，其特征在于，所述赤泥、磷石膏和黄腐酸的质量配比为1:0.5-3.2:0.5-4.0。

7.根据权利要求6所述的一种联合脱碱赤泥的方法，其特征在于，所述赤泥、磷石膏和黄腐酸的质量配比为1:1.6:0.5-4.0。

8.根据权利要求7所述的一种联合脱碱赤泥的方法，其特征在于，所述赤泥、磷石膏和黄腐酸的质量配比为1:1.6:0.5。

9.根据权利要求5至8任一项所述的一种联合脱碱赤泥的方法，其特征在于，脱碱时间为0.5h-6h。

10.根据权利要求9所述的一种联合脱碱赤泥的方法，其特征在于，脱碱时间为1h。