CN115213214A - 一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，包括磷石膏、硫铁矿、白云石，其质量比为：磷石膏35~45份，硫铁矿20~31份，白云石8~12份；本发明中，通过降镉减汞材料制备方法制备而成的降镉减汞材料，配合其使用步骤，可有效修复云贵高原受污染耕地，尤其是可固化受污染土壤中以及农作物中存在的镉与汞重金属，在使用本降镉减汞材料后，农作物内镉含量、汞含量最高可分别下降62.5%、59.78%，使受污染耕地土壤中重金属达到环境安全标准，降低磷石膏在资源化利用方面的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料。
背景技术
磷石膏是磷化工行业产生的废弃物，通常生产1吨磷酸可产生4.5-5.0吨磷石膏副产物。因此磷石膏的排放量规模也是十分巨大，磷石膏堆存量已经达到4亿吨，每年仍以大约5000万吨的速度递增。
从全球范围看，磷石膏的综合利用率非常低，还不到10%。在一些天然石膏资源丰富的国家，磷石膏利用率很低。
合理的开发利用起来，可以节约天然石膏资源，也可以改善环境，经济效益和社会效益并存。
在贵州磷化工集中的地区，磷石膏的综合利用已经陆续发展。磷石膏综合利用主要包括以下这些方面。磷石膏在水泥行业可以用作水泥缓凝剂和制硫酸联产水泥。磷石膏建材资源化利用主要集中在生产石膏粉、石膏板、石膏砌块、石膏砖等石膏制品。建设工程基础材料方面用作道路基层材料、填充骨料方面。磷石膏在化肥工业的应用在制硫酸铵、硫酸钾。在农业方面的利用主要是盐碱地改良剂、硫、钙、硅肥。
现有专利CN 202110303852.8提供一种碱性镉污染土壤修复肥料及其制备方法，由以下重量份原料制成：28～36份改性磷石膏、15～21份尿素、12～18份高岭土、5～9份改性聚合硫酸铁、5～8份蛭石、3～6份磷酸钙、3～5份蒙脱土、2～4份氧化钙、1～2份海藻酸钠、0.8～1.5份β-环糊精、0.6～1份羧甲基纤维素钠、0.6～1份硫磺、0.2～0.6份柠檬酸。本发明所述的碱性镉污染土壤修复肥料能够有效降低碱性土壤的pH，从而具有良好的修复效果，同时对金属镉污染的土壤也具有良好的修复效果；本发明制备的改性磷石膏、改性聚合硫酸铁能够有效的降低碱性土壤的pH，从而完成碱性土壤的修复，同时能够有效的修复镉金属污染的土壤。
但是上述专利仅能修复镉金属污染的土壤，不适用于云贵高原受污染耕地，本发明针对磷石膏在资源化利用方面的局限性，研究开发一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，解决现有专利仅能修复镉金属污染的土壤，不适用于云贵高原受污染耕地，使得磷石膏在资源化利用方面存在局限性的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其创新点在于：包括磷石膏、硫铁矿、白云石，其质量比为：磷石膏35~45份，硫铁矿20~31份，白云石8~12份。
进一步的，所述磷石膏的主要成分为硫酸钙。
进一步的，所述降镉减汞材料中含有二硫化铁、三氧化二铁和四氧化三铁，提高重金属吸附效果。
进一步的，所述白云石经过800-1000度高温煅烧、研磨而成的白云石粉末的目数大于120目，氧化钙含量不少于50%、氧化镁含量不少于30%、二氧化硅不少于18%，便于后续搅拌混料。
进一步的，其制备方法包括以下步骤：
步骤1：磷石膏的净化处理：首先利用石灰中和法，使磷石膏中的残留磷酸、可溶性P2O5、F−与石灰反应转化为惰性物质，消除可溶磷和氟的危害，再中温洗涤，将磷石膏投入30-50℃化浆池中漂洗40-50分钟，搅拌速度控制在60-80转/分钟，然后在过滤器中进一步淋洗，并在真空状态下机械脱水、烘干；
步骤2：研磨、混料：将步骤1处理后的磷石膏与硫铁矿分别经过矿石研磨装置研磨至不小于80目，将白云石经过矿石研磨装置研磨至不小于120目，然后将研磨后的磷石膏、硫铁矿和白云石的质量之和:水按照重量比1:2，密封送入混合釜强制混合后，泵入均质釜升温至130-140℃，搅拌5-6小时，得到成核浆液；
步骤3：加热搅拌：将步骤2得到的浆液泵入晶化釜中，保持95-105℃，控制搅拌转速在20-30转/分钟，搅拌3-4小时；
步骤4：压滤干燥：将步骤3得到的浆液泵入耐高温压滤、闪蒸干燥一体机，制得含水率<10%的降镉减汞材料，改变传统压滤机必须先降温压滤、再升温干燥，浪费大量能源。
进一步的，其使用步骤如下：
（1）选择一地块，采集该地块耕作层土壤并检测分析，确定土壤污染程度，在该地块上种植秧苗或其他农作物，收集水稻籽粒或其他成熟农作物并检测分析；
（2）利用撒施机、无人机或人工撒施，根据污染程度，将上述材料按照100-300Kg/亩撒施在耕地表层并翻耕混匀，一周后移栽秧苗或其他农作物，常规农艺管理；
（3）上一步中水稻或其他农作物收获前，分别采集上述地块耕作层土壤、水稻籽粒或其他成熟农作物，检测分析，对照第一步中的检测分析信息相比，使用本降镉减汞材料后，水稻籽粒或其他成熟农作物中镉含量下降61~70%、汞含量下降55~70%，符合食品卫生标准。
进一步的，所述步骤1中，磷石膏在化浆池中是利用蒸汽加热，并自动控制温度。
进一步的，所述耐高温压滤、闪蒸干燥一体机包括依次连接的耐高温压滤箱和干燥塔；
所述耐高温压滤箱包括一箱体，在所述箱体顶部设有一浆液入口，其底部设有一排液口，排液口下方设有一集水箱，该集水箱与混合釜连接，滤袋设置在箱体内，且其袋口完全笼罩并固定在所述浆液入口处，在箱体内部位于滤袋的两侧分别设有一竖直压板和一竖直滤水板，一压滤电机安装在箱体上，且其输出端穿过所述箱体进入箱体内部并与所述竖直滤水板连接，一压板电机安装在箱体上，且其输出端穿过所述箱体进入箱体内部并与所述竖直压板连接；
通过一输送管将成核浆液自浆液入口送入滤袋内，成核浆液经由竖直压板与竖直滤水板配合压滤形成滤饼，滤除的液体自排液口排出箱体；
一抽料管道通过一支撑座安装在箱体顶部，且所述抽料管的一侧与一送料泵连接，送料泵与干燥塔之间也连接有一送料管道。
进一步的，所述滤袋采用工程塑料制备，保证其耐热性，提高其使用时效。
本发明的优点在于：
1）本发明中，通过降镉减汞材料制备方法制备而成的降镉减汞材料，配合其使用步骤，可有效修复云贵高原受污染耕地，尤其是可固化受污染土壤中以及农作物中存在的镉与汞重金属，在使用本降镉减汞材料后，农作物内镉含量、汞含量最高可分别下降62.5%、59.78%，使受污染耕地土壤中重金属达到环境安全标准，降低磷石膏在资源化利用方面的局限性；
2）本发明中的耐高温压滤、闪蒸干燥一体机，通过输送管将成核浆液自浆液入口送入滤袋内，成核浆液经由竖直压板与竖直滤水板配合压滤形成滤饼，滤除的液体自排液口排出箱体，滤饼经由送料泵与抽料管道配合抽送至干燥塔内进行干燥，改变传统压滤机必须先降温压滤、再升温干燥的过程，避免浪费大量能源，且排液口下方设有集水箱，集水箱与混合釜连接，用于将压滤出的水回用送进混合釜内进行后续混合操作，以节省大量水资源，提升水资源的回收利用率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料的制备步骤流程图。
图2为本发明中的耐高温压滤、闪蒸干燥一体机剖视图。
具体实施方式
一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，包括磷石膏、硫铁矿、白云石，其质量比为：磷石膏35~45份，硫铁矿20~31份，白云石8~12份。
其中磷石膏的主要成分为硫酸钙，降镉减汞材料中含有二硫化铁、三氧化二铁和四氧化三铁，白云石经过800-1000度高温煅烧、研磨而成的白云石粉末的目数大于120目，氧化钙含量不少于50%、氧化镁含量不少于30%、二氧化硅不少于18%。
一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：磷石膏的净化处理S001：首先利用石灰中和法，使磷石膏中的残留磷酸、可溶性 P2O5、F−与石灰反应转化为惰性物质，消除可溶磷和氟的危害，再中温洗涤，将磷石膏投入30-50℃化浆池中漂洗40-50分钟，搅拌速度控制在60-80转/分钟，然后在过滤器中进一步淋洗，并在真空状态下机械脱水、烘干；
磷石膏在化浆池中是利用蒸汽加热，并自动控制温度。
步骤2：研磨、混料S002：将步骤1处理后的磷石膏与硫铁矿分别经过矿石研磨装置研磨至不小于80目，将白云石经过矿石研磨装置研磨至不小于120目，然后将研磨后的磷石膏、硫铁矿和白云石的质量之和:水按照重量比1:2，密封送入混合釜强制混合后，泵入均质釜升温至130-140℃，搅拌5-6小时，得到成核浆液；
步骤3：加热搅拌S003：将步骤2得到的浆液泵入晶化釜中，保持95-105℃，控制搅拌转速在20-30转/分钟，搅拌3-4小时；
步骤4：压滤干燥S004：将步骤3得到的浆液泵入耐高温压滤、闪蒸干燥一体机，制得含水率<10%的降镉减汞材料，改变传统压滤机必须先降温压滤、再升温干燥，浪费大量能源。
耐高温压滤、闪蒸干燥一体机包括依次连接的耐高温压滤箱1和干燥塔2。
耐高温压滤箱1包括一箱体11，在箱体11顶部设有一浆液入口，其底部设有一排液口13。
滤袋12设置在箱体11内，滤袋12采用工程塑料制备，保证其耐热性，提高其使用时效，且其袋口完全笼罩并固定在浆液入口处。
在箱体11内部位于滤袋12的两侧分别设有一竖直压板14和一竖直滤水板15。
箱体11内还设有一支撑板16，且支撑板16与浆液入口之间的距离小于滤袋的高度，且支撑板16上也设有若干滤孔，用于承托滤袋12的底端，防止其掉落。
一压滤电机安装在箱体11上，且其输出端穿过箱体11进入箱体11内部并与竖直滤水板15连接，竖直滤水板15上设有倾斜设置的滤孔。
一压板电机安装在箱体11上，且其输出端穿过箱体11进入箱体11内部并与竖直压板14连接。
一抽料管道4通过一支撑座安装在箱体11顶部，且抽料管道4的一侧与一送料泵3连接，送料泵3与干燥塔2之间也连接有一送料管道。
通过一输送管将成核浆液自浆液入口送入滤袋12内，成核浆液经由竖直压板14与竖直滤水板15配合压滤形成滤饼，滤除的液体自排液口13排出箱体11，然后将抽料管道4放入滤袋12内，启动送料泵3，将滤袋12内滤饼抽送至干燥塔2内干燥。
排液口13下方设有集水箱，集水箱与混合釜连接，用于将压滤出的水回用送进混合釜内进行后续混合操作，以节省大量水资源，提升水资源的回收利用率。
实施例1：
一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料的使用步骤如下：
（1）选择一地块，采集该地块耕作层土壤并检测分析，在该地块上种植秧苗或其他农作物，收集水稻籽粒并检测分析；
（2）利用撒施机、无人机或人工撒施，根据污染程度，将上述材料按照100Kg/亩撒施在耕地表层并翻耕混匀，一周后移栽秧苗，常规农艺管理；
（3）上一步中水稻或其他农作物收获前，分别采集上述地块耕作层土壤、水稻籽粒，检测分析，对照第一步中的检测分析信息相比，
实施例2：
一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料的使用步骤如下：
（1）选择一地块，采集该地块耕作层土壤并检测分析，在该地块上种植秧苗或其他农作物，收集水稻籽粒并检测分析；
（2）利用撒施机、无人机或人工撒施，根据污染程度，将上述材料按照200Kg/亩撒施在耕地表层并翻耕混匀，一周后移栽秧苗，常规农艺管理；
（3）上一步中水稻或其他农作物收获前，分别采集上述地块耕作层土壤、水稻籽粒，检测分析，对照第一步中的检测分析信息相比，得到下表：
实施例3：
一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料的使用步骤如下：
（1）选择一地块，采集该地块耕作层土壤并检测分析，在该地块上种植秧苗或其他农作物，收集水稻籽粒并检测分析；
（2）利用撒施机、无人机或人工撒施，根据污染程度，将上述材料按照300Kg/亩撒施在耕地表层并翻耕混匀，一周后移栽秧苗，常规农艺管理；
（3）上一步中水稻或其他农作物收获前，分别采集上述地块耕作层土壤、水稻籽粒，检测分析，对照第一步中的检测分析信息相比，得到下表：
综上，材料使用量100Kg/亩、200Kg/亩、300Kg/亩的处理对比情况如下表：
可得：针对同一待修复土壤，降镉减汞材料使用量越大，土壤以及农作物的重金属修复效果越好，尤其是农作物中的镉含量、汞含量分别最高下降62.5%、59.7%，同时也使受污染耕地土壤中重金属达到环境安全标准。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：包括磷石膏、硫铁矿、白云石，其质量比为：磷石膏35~45份，硫铁矿20~31份，白云石8~12份。
2.根据权利要求1所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：所述磷石膏的主要成分为硫酸钙。
3.根据权利要求1所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：所述降镉减汞材料中含有二硫化铁、三氧化二铁和四氧化三铁。
4.根据权利要求1所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：所述白云石经过800-1000度高温煅烧、研磨而成的白云石粉末的目数大于120目，氧化钙含量不少于50%、氧化镁含量不少于30%、二氧化硅不少于18%。
5.根据权利要求1~4任一项所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：其制备方法包括以下步骤：
步骤1：磷石膏的净化处理：首先利用石灰中和法，使磷石膏中的残留磷酸、可溶性P2O5、F− 与石灰反应转化为惰性物质，消除可溶磷和氟的危害，再中温洗涤，将磷石膏投入30-50℃化浆池中漂洗40-50分钟，搅拌速度控制在60-80转/分钟，然后在过滤器中进一步淋洗，并在真空状态下机械脱水、烘干；
步骤2：研磨、混料：将步骤1处理后的磷石膏与硫铁矿分别经过矿石研磨装置研磨至不小于80目，将白云石经过矿石研磨装置研磨至不小于120目，然后将研磨后的磷石膏、硫铁矿和白云石的质量之和:水按照重量比1:2，密封送入混合釜强制混合后，泵入均质釜升温至130-140℃，搅拌5-6小时，得到成核浆液；
步骤3：加热搅拌：将步骤2得到的浆液泵入晶化釜中，保持95-105℃，控制搅拌转速在20-30转/分钟，搅拌3-4小时；
步骤4：压滤干燥：将步骤3得到的浆液泵入耐高温压滤、闪蒸干燥一体机，制得含水率<10%的降镉减汞材料。
6.根据权利要求1~5所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：其使用步骤如下：
（1）选择一地块，采集该地块耕作层土壤并检测分析，确定土壤污染程度，在该地块上种植秧苗或其他农作物，收集水稻籽粒或其他成熟农作物并检测分析；
（2）利用撒施机、无人机或人工撒施，根据污染程度，将上述材料按照100-300Kg/亩撒施在耕地表层并翻耕混匀，一周后移栽秧苗或其他农作物，常规农艺管理；
（3）上一步中水稻或其他农作物收获前，分别采集上述地块耕作层土壤、水稻籽粒或其他成熟农作物，检测分析，对照第一步中的检测分析信息相比，使用本降镉减汞材料后，水稻籽粒或其他成熟农作物中镉含量下降61~70%、汞含量下降55~70%，且符合食品卫生标准。
7.根据权利要求5所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：所述步骤1中，磷石膏在化浆池中是利用蒸汽加热，并自动控制温度。
8.根据权利要求5所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：所述耐高温压滤、闪蒸干燥一体机包括依次连接的耐高温压滤箱和干燥塔；
所述耐高温压滤箱包括一箱体，在所述箱体顶部设有一浆液入口，其底部设有一排液口，排液口下方设有一集水箱，该集水箱与混合釜连接，滤袋设置在箱体内，且其袋口完全笼罩并固定在所述浆液入口处，在箱体内部位于滤袋的两侧分别设有一竖直压板和一竖直滤水板，一压滤电机安装在箱体上，且其输出端穿过所述箱体进入箱体内部并与所述竖直滤水板连接，一压板电机安装在箱体上，且其输出端穿过所述箱体进入箱体内部并与所述竖直压板连接；
通过一输送管将成核浆液自浆液入口送入滤袋内，成核浆液经由竖直压板与竖直滤水板配合压滤形成滤饼，滤除的液体自排液口排出箱体；
一抽料管道通过一支撑座安装在箱体顶部，且所述抽料管的一侧与一送料泵连接，送料泵与干燥塔之间也连接有一送料管道。
9.根据权利要求8所述的一种资源利用磷石膏、硫铁矿生产云贵高原受污染耕地的降镉减汞材料，其特征在于：所述滤袋采用工程塑料制备。
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