一种使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法
阅读：2发布：2020-11-09
专利汇可以提供一种使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与 污泥 的混合物 土壤 化改良方法，该方法包括制备改性蒙脱土，然后将改性蒙脱土、滇池疏浚底泥、磷 石膏 按一定比例依次混合均匀，再加入电石渣进行酸 碱 中和反应，固定混合物中的氟离子以及Cr、Zn、Cd、As等重 金属离子 ，得到的固体产物堆存陈化3～6个月即得到土壤。所得到的土壤为黑灰色疏松颗粒，该土壤pH值稳定，且富含 植物 生长所需的多种营养成分。该土壤适宜“五采区”及磷石膏、电石渣等工业废渣堆场内的植被恢复。该方法实现了多种固体废弃物协同作用下的无害化处理，具有良好的环保性和经济性。，下面是一种使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法专利的具体信息内容。
1.一种改性蒙脱石，其特征在于，所述的改性蒙脱石由五种原料制备而成；所述的五种原料分别为：乙二胺四乙酸、二乙醇胺、温轮胶、蒙脱土和水；按质量份数取3～5份乙二胺四乙酸、2～6份二乙醇胺、0.2～0.4份温轮胶、38.8～44.6份蒙脱土加入50份水中搅拌，温度控制在40℃～60℃，反应时间1h～2h，得到改性蒙脱土。
2.根据权利要求1所述的改性蒙脱石，其特征在于，所述的五种原料：乙二胺四乙酸、二乙醇胺、温轮胶、蒙脱土、水按照该顺序依次加入。
3.根据权利要求1或2所述的改性蒙脱石，其特征在于，所述的蒙脱土的细度为50～100目。
4.根据权利要求1或2所述的改性蒙脱石，其特征在于，所述的温轮胶的粒度大于95％，过0.28mm筛；粘度为2000～3000mPa.s，1％H2O，25℃。
5.如权利要求1或2所述制备的改性蒙脱土的使用方法，其特征在于，该改性蒙脱土用于将工业固体废弃物进行土壤化改良。
6.使用权利要求1或2所述的改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法，其特征在于，该方法包括以下步骤内容：步骤1)按质量份数分别取5～8份改性蒙脱土、34～48份污泥、38～46份磷石膏、9～12份电石渣；备用；步骤2)在容器中，按照5～8份改性蒙脱土、34～48份污泥、38～46份磷石膏的添加顺序依次将该三种配料混合搅拌均匀，得混合物A；步骤3)在步骤2混合物A的基础上再添加9～12份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至6.8～7.5；得混合物B；步骤4)将步骤3)得到的混合物B在自然条件下堆放陈化3-6个月，即得到土壤。
7.根据权利要求6所述的土壤化改良方法，其特征在于，所述的污泥为滇池疏浚底泥；
滇池疏浚底泥为通过绞吸方式，从滇池中抽上岸且经机械干化的底泥，底泥的水分含量为
20％～30％。
8.根据权利要求6所述的土壤化改良方法，其特征在于，所述的磷石膏是磷化工产业所产生的磷石膏废渣，磷石膏的水分含量为10％～20％。
9.根据权利要求6所述的土壤化改良方法，其特征在于，所述的电石渣为电石水解获取乙炔气后的废渣，电石渣的含水率为10～20％。
一种使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤
化改良方法
技术领域
[0001] 本发明属于固体废弃物无害化处理技术领域，具体涉及一种改性蒙脱石产品及其制备方法；以及使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法技术领域。
背景技术
[0002] 磷石膏是在磷酸生产过程中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣。每生产一吨磷酸(100％P2O5)产生磷石膏5～6t(干基)。磷石膏除含CaSO4外，还含有不溶性的石英、未分解的磷灰石、不溶性的P2O5，氟、铝、镁的磷酸盐，水溶性的P2O5、氟化物、硫酸盐等杂质，这些杂质影响磷石膏的利用。根据中国磷复肥工业协会的统计数据，2017年我国磷肥总产量1640.7万吨(折100％P2O5)，2018年我国磷肥总产量1696.3万吨。以此保守估计我国每年产生磷石膏不少于8000万吨。累计堆存量超过3亿吨。目前，绝大多数磷石膏做堆存处理。
[0003] 堆存处理的问题是：占用大量土地、堆场投资大、运营费高、存在污染环境的风险。同时，政府层面加大政策压力，全国都在严格控制新建磷石膏堆场，贵州省更是率先提出“以渣定产”，力争实现磷石膏存量的零增长。可以预见能否完成磷石膏的无害化处理、资源化利用直接关系着磷复肥企业的生死存亡。目前，磷石膏综合利用的主要途径有5个方面：
一是作为化工原料进行利用：磷石膏制硫酸联产水泥，磷石膏制硫脲，磷石膏制硫酸铵、硫酸铵钾等复合肥。二是在建材产品方面的利用：磷石膏制水泥缓凝剂，磷石膏与水泥、砂石配合作为加固软路基材料等。三是在农业上的应用：磷石膏是酸性物质，同时含有作物生长所需要的磷、硫、钙、硅、镁等养分，可以作为盐碱地的调理剂，提高土壤的肥力。四是其他方面，如矿山井下的填充剂。
一是作为化工原料进行利用：磷石膏制硫酸联产水泥，磷石膏制硫脲，磷石膏制硫酸铵、硫酸铵钾等复合肥。二是在建材产品方面的利用：磷石膏制水泥缓凝剂，磷石膏与水泥、砂石配合作为加固软路基材料等。三是在农业上的应用：磷石膏是酸性物质，同时含有作物生长所需要的磷、硫、钙、硅、镁等养分，可以作为盐碱地的调理剂，提高土壤的肥力。四是其他方面，如矿山井下的填充剂。
[0004] 然而目前的综合利用方法存在以下问题：用作化工原料时，投资较大，且产品增值较低。在建材方面，由于磷石膏中存在较多的杂质，磷石膏制做砌块、板材或石膏粉时，往往较难达到产品的使用标准。磷石膏做土壤调理剂技术虽较为成熟，然而我国盐碱地主要分布在东部沿海及北方荒漠或草原地带。而我国磷石膏主要产生地在贵州、云南、湖北、四川等地。磷石膏制备的土壤料理剂运输到我国东部沿海或北方使用，运距太长运费较高，从而限制了磷石膏作为土壤调理剂的使用。
[0005] 电石渣是电石水解获取乙炔气后的废渣。根据计算，1t标准电石生产乙炔气大约生成1.5～2t电石渣。电石渣主要成分是氢氧化钙，另外还有含硅、铁、铝、镁等金属氧化物、氢氧化物，少量硫化物、磷化物以及乙炔气，具有强碱性，pH高达12以上。电石渣利用途径主要有以下几方面。一是建材方面，用电石渣生产水泥、生产碳化砖、粉煤灰砖或用作路基材料。二是用于治理污染，主要是利用电石渣的强碱性去吸收废气酸性废气或废水。三是用于做工业原料，生产化工产品，如用电石渣制备碳酸钙、纯碱、氯化钙漂白粉、环氧乙烷等。由于电石渣生产建材运输费用较高、难以大规模生产，而生产化工产品档次较低，市场竞争力弱。总体而言，电石渣的综合利用率较低。
[0006] 污泥治理更是每个湖泊或河流一直存在的问题。滇池是云南省最大的淡水湖，有高原明珠之称。二十世纪中后期，随着经济社会的发展，导致滇池水环境状况日益恶化，大量污染物在湖内沉积，形成了很厚的污染层。据统计，滇池污染底泥总量有22064万立方米。滇池底泥疏浚工程始于1998年，至今共疏浚底泥约2000万立方米。滇池底泥中氮、磷营养盐的含量比较高，滇池底泥中生物有效性氮含量达到453.93～1185.75mg/kg，疏浚底泥中生物有效性磷含量达到64.22～327.65mg/kg；目前，滇池疏浚淤泥主要采用堆场长期堆存的处理方式，且所选堆场均位于滇池岸边。由于滇池淤泥的疏挖量很大，并且滇池淤泥的重金属含量较多，难以将淤泥作为堆肥处理，形成的滇池淤泥作为一个永久的污染物长期堆存于滇池周边，潜在的有害性依然存在。如果滇池淤泥的处置不采用减量化、无害化、资源化的终端处理方式，滇池淤泥的堆存将长期占用大量的土地资源，也将阻碍滇池污染综合治理的顺利进行。
发明内容
[0007] 本发明针对磷石膏、电石渣、滇池疏浚底泥综合利用率不高、无害化处理难度大的问题，提供一种使用改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法。
[0008] 本发明采用如下技术方案实现。
[0009] 一种改性蒙脱石，本发明所述的改性蒙脱石由五种原料制备而成；所述的五种原料分别为：乙二胺四乙酸、二乙醇胺、温轮胶、蒙脱土和水；按质量份数取3～5份乙二胺四乙酸、2～6份二乙醇胺、0.2～0.4份温轮胶、38.8～44.6份蒙脱土加入50份水中搅拌，温度控制在40℃～60℃，反应时间1h～2h，得到改性蒙脱土。蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成。具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换性特性，从而赋予蒙脱土诸多改性的可能和应用领域的扩大。给予上述蒙脱土的理化性质，选择蒙脱土作为本发明技术方案的重要原料之一是十分重要的，但更为重要的是，需要按照上述方法将蒙脱土制备成改性蒙脱土，由此对后续的制备才会产生更有效的化学反应，制得的土壤品质才更好。
[0010] 进一步为，本发明所述的五种原料：乙二胺四乙酸、二乙醇胺、温轮胶、蒙脱土、水按照该顺序依次加入。
[0011] 进一步为，本发明所述的蒙脱土的细度为50～100目。
[0012] 进一步为，本发明所述的温轮胶的粒度大于95％，过0.28mm筛；粘度为2000～3000mPa.s，1％H2O，25℃。
[0013] 本发明改性蒙脱土的使用方法，该改性蒙脱土用于将工业固体废弃物进行土壤化改良。
[0014] 使用本发明所述的改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法，本发明该方法包括以下步骤内容：步骤1)按质量份数分别取5～8份改性蒙脱土、34～48份污泥、38～46份磷石膏、9～12份电石渣；备用；步骤2)在容器中，按照5～8份改性蒙脱土、34～48份污泥、38～46份磷石膏的添加顺序依次将该三种配料混合搅拌均匀，得混合物A；
步骤3)在步骤2混合物A的基础上再添加9～12份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至
6.8～7.5；得混合物B；步骤4)将步骤3)得到的混合物B在自然条件下堆放陈化3-6个月，即得到土壤。
步骤3)在步骤2混合物A的基础上再添加9～12份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至
6.8～7.5；得混合物B；步骤4)将步骤3)得到的混合物B在自然条件下堆放陈化3-6个月，即得到土壤。
[0015] 进一步为，本发明所述的污泥为滇池疏浚底泥；滇池疏浚底泥为通过绞吸方式，从滇池中抽上岸且经机械干化的底泥，底泥的水分含量为20％～30％。绞吸方式与抽吸方式相比，对污泥的取得更加均匀彻底。滇池污泥
[0016] 进一步为，本发明所述的磷石膏是磷化工产业所产生的磷石膏废渣，磷石膏的水分含量为10％～20％。
[0017] 进一步为，本发明所述的电石渣为电石水解获取乙炔气后的废渣，电石渣的含水率为10～20％。
[0018] 本发明的有益效果及创新点为，1)两个产品：a)本发明产品之一改性蒙脱石，其制备方法十分独特，且应用在土壤化改良时可以起到非常重要的作用；改性后的蒙脱石可以与磷石膏、电石渣、污泥进行很好的化学反应，从而改变工业固体废弃物与污泥混合物的化学性质，从而将其改良为土壤；b)产品之二：本发明制得的土壤，该土壤为黑灰色疏松颗粒，pH值稳定，且富含植物生长所需的多种营养成分。该土壤非常适宜“五采区”及磷石膏、电石渣等工业废渣堆场内的植被恢复。
[0019] 2)四个解决：一是解决了磷石膏综合利用率不高，处理成本较高的问题。二是解决磷石膏处理问题，可促进磷化工行业的健康发展。三是解决了滇池疏浚底泥中氮、磷等有效成分的合理化利用问题。四是解决了磷石膏、滇池疏浚底泥中重金属离子有效固定问题。
[0020] 3)六大创新：a)本发明限定使用改性蒙脱土，除了与普通蒙脱土一样具有保水和物理吸附重金属离子性能这一共性外，由于通过乙二胺四乙酸和二乙醇胺对蒙脱土进行改性，使得改性蒙脱土保水和物理吸附重金属离子的效果得到加强，同时还具备了化学吸附、螯合重金属离子的作用。b)蒙脱土通过温轮胶的改性，可减少土壤中养分的淋溶损失，改善土壤的孔隙度、稳定土壤结构，降低土壤侵蚀和板结程度，改善土壤团粒结构，更适宜植物生长。c)本发明在使用一定量改性蒙脱土的同时，还使用了一定比例的电石渣，其作用除了调节磷石膏与滇池疏浚底泥混合物的pH值，使其适宜植物生长，同时可固定混合物中的磷、氟以及重金属离子。d)本发明可实现磷石膏、电石渣、滇池疏浚底泥三种固体废弃物协同作用下的无害化处理，大量消纳三种废弃物使之转变为可种植植物的土壤。e)减轻三种固体废物堆存带来的环保问题，以及修建渣场带来的高昂经济负担。f)通过该方法制备的土壤，富含植物生长所需的氮、磷等营养元素，土壤结构稳定，土壤持水性、孔隙度、pH适宜植物生长同时降低了制备土壤中的重金属离子含量，降低对重金属离子对环境及水体的污染风险。
[0021] 下面结合具体实施方式本发明做进一步解释。
具体实施方式
[0022] 一种改性蒙脱石，本发明所述的改性蒙脱石由五种原料制备而成；所述的五种原料分别为：乙二胺四乙酸、二乙醇胺、温轮胶、蒙脱土和水；按质量份数取3～5份乙二胺四乙酸、2～6份二乙醇胺、0.2～0.4份温轮胶、38.8～44.6份蒙脱土加入50份水中搅拌，温度控制在40℃～60℃，反应时间1h～2h，得到改性蒙脱土。蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成。具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换性特性，从而赋予蒙脱土诸多改性的可能和应用领域的扩大。给予上述蒙脱土的理化性质，选择蒙脱土作为本发明技术方案的重要原料之一是十分重要的，但更为重要的是，需要按照上述方法将蒙脱土制备成改性蒙脱土，由此对后续的制备才会产生更有效的化学反应，制得的土壤品质才更好。
[0023] 进一步为，本发明所述的五种原料：乙二胺四乙酸、二乙醇胺、温轮胶、蒙脱土、水按照该顺序依次加入。
[0024] 进一步为，本发明所述的蒙脱土的细度为50～100目。
[0025] 进一步为，本发明所述的温轮胶的粒度大于95％，过0.28mm筛；粘度为2000～3000mPa.s，1％H2O，25℃。
[0026] 本发明改性蒙脱土的使用方法，该改性蒙脱土用于将工业固体废弃物进行土壤化改良。
[0027] 使用本发明所述的改性蒙脱石对工业固体废弃物与污泥的混合物土壤化改良方法，本发明该方法包括以下步骤内容：步骤1)按质量份数分别取5～8份改性蒙脱土、34～48份污泥、38～46份磷石膏、9～12份电石渣；备用；步骤2)在容器中，按照5～8份改性蒙脱土、34～48份污泥、38～46份磷石膏的添加顺序依次将该三种配料混合搅拌均匀，得混合物A；
步骤3)在步骤2混合物A的基础上再添加9～12份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至
6.8～7.5；得混合物B；步骤4)将步骤3)得到的混合物B在自然条件下堆放陈化3-6个月，即得到土壤。
步骤3)在步骤2混合物A的基础上再添加9～12份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至
6.8～7.5；得混合物B；步骤4)将步骤3)得到的混合物B在自然条件下堆放陈化3-6个月，即得到土壤。
[0028] 进一步为，本发明所述的污泥为滇池疏浚底泥；滇池疏浚底泥为通过绞吸方式，从滇池中抽上岸且经机械干化的底泥，底泥的水分含量为20％～30％。绞吸方式与抽吸方式相比，对污泥的取得更加均匀彻底。滇池污泥
[0029] 进一步为，本发明所述的磷石膏是磷化工产业所产生的磷石膏废渣，磷石膏的水分含量为10％～20％。
[0030] 进一步为，本发明所述的电石渣为电石水解获取乙炔气后的废渣，电石渣的含水率为10～20％。
[0031] 实施例1
[0032] (1)改性蒙脱石的制备
[0033] 按质量份数依次取3份乙二胺四乙酸、2份二乙醇胺、0.4份温轮胶、44.6份蒙脱土加入50份水中搅拌，温度控制在55℃，反应时间2h，得到改性蒙脱土。
[0034] (2)按质量份数依次取5份改性蒙脱土、48份滇池疏浚底泥、38份磷石膏混合搅拌均匀。
[0035] (3)按质量份数向步骤(2)中加入9份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至6.8。
[0036] (4)将步骤(3)得到的混合物在自然条件下堆存陈化4个月，即得到黑灰色土壤。
[0037] 实施例2
[0038] (1)改性蒙脱石的制备
[0039] 按质量份数依次取5份乙二胺四乙酸、6份二乙醇胺、0.2份温轮胶、38.8份蒙脱土加入50份水中搅拌，温度控制在40℃，反应时间1.5h，得到改性蒙脱土。
[0040] (2)按质量份数依次取8份改性蒙脱土、34份滇池疏浚底泥、46份磷石膏混合搅拌均匀。
[0041] (3)按质量份数向步骤(2)中加入12份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至7.2。
[0042] (4)将步骤(3)得到的混合物在自然条件下堆存陈化6个月，即得到黑灰色土壤。
[0043] 实施例3
[0044] (1)改性蒙脱石的制备
[0045] 按质量份数依次取4份乙二胺四乙酸、5份二乙醇胺、0.3份温轮胶、40.7份蒙脱土加入50份水中搅拌，温度控制在60℃，反应时间1h，得到改性蒙脱土。
[0046] (2)按质量份数依次取6份改性蒙脱土、42份滇池疏浚底泥、42份磷石膏混合搅拌均匀。
[0047] (3)按质量份数向步骤(2)中加入10份电石渣，搅拌混合均匀，调节混合物pH值至7.5。
[0048] (4)将步骤(3)得到的混合物在自然条件下堆存陈化3个月，即得到黑灰色土壤。
[0049] 对比例1
[0050] 使用质量份数100份滇池疏浚底泥(水分含量25％)自然条件下堆存陈化4个月直接作为土壤。
[0051] 对比例2
[0052] 使用质量份数50份滇池疏浚底泥(水分含量25％)、40份磷石膏(水分含量15％)、10份电石渣(水分含量15％)混合搅拌均匀，在自然条件下堆存陈化4个月作为土壤。
[0053] 对比例3
[0054] 使用质量份数45份滇池疏浚底泥(水分含量25％)、40份磷石膏(水分含量15％)、5份普通蒙脱土(细度80目)、10份电石渣(水分含量15％)混合搅拌均匀，在自然条件下堆存陈化4个月作为土壤。
[0055] 性能测试
[0056] 1.土壤的理化数据及植物长势分别测定对比例和实施例所制备土壤的理化指标，并在制备土壤上种植海雀稗，记录其长势。
[0057] 实验结果见表1
[0058] 表1土壤的理化性能及植物长势
[0059]
[0060] 从表1中的数据可以看出，对比例1中单独使用滇池疏浚底泥作为土壤，其土壤理化性能较差，不太适宜植物生长。对比例2是在对比例1的基础上加入磷石膏和电石渣。对比例3是在对比例2的基础上加入普通蒙脱土。对比例2、对比例3虽然都进一步的改善了土壤的理化性能，植物的发芽率、成活率、长势也有所提高，但是仍然不太适宜植物生长，也达不到预期的效果。与对比例1～3相比较，实施例1～3能大幅改善土壤的理化性能，使之适宜植物生长。在实施例1～3种植的植物7d发芽率、28d成活率都可达到90％以上，且植物生长良好，达到预期效果。
[0061] 2.土壤中重金属离子含量测定
[0062] 测定对比例1～3，实施例1～3土壤中有效态重金属离子含量，结果如下表2[0063] 表2土壤中有效态重金属离子含量
[0064]
[0065] 从表中可以看出，与对比例1～3比较，实施例1～3能大幅降低土壤中有效态的重金属离子的浓度。
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