[发明专利]一种用于砷污染土壤的固化稳定剂及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于砷污染土壤的固化稳定剂及其应用。

背景技术

砷广泛分布于自然界，全世界砷储量在200万吨左右，在已探明的砷资源中，中国占70％，居世界首位。主要分布于广西、云南、湖南三省。砷的化合物对生物具有较大毒性，三价砷化合物的毒性较五价砷为强，其中以毒性较大的三氧化二砷(俗称砒霜)中毒为多见，砷化物还可经皮肤或创面吸收而中毒。

位于湖南石门县鹤山村的雄黄矿，具有1500余年的历史，是亚洲最大的雄黄矿，该矿区于1956年至1978年间进行砷矿开采和砒霜生产，三废无处理排放。矿区附近的土壤因开采而遭到严重污染。

砷污染的人为来源主要为农业和工业生产。农业中砷污染来源主要来自以砷化物为主要成分的农药和化肥。含砷农药和化肥以及除草剂，被直接使用而进入土壤。此外，农业上含砷的木材防腐剂、饲料添加剂等也能在物质循环中进入土壤。工业生产、有色金属矿(砷矿及砷伴生矿)的开采及冶炼中含砷污染物通过废水、废渣的排放，以及废物堆积等，流入土壤中。

在砷污染土壤的修复方法中，主要包括如下方法：1、工程修复法，主要有客土法、换土法和翻土法；2、物理化学修复法，主要有土壤淋洗法、玻璃化法、电化学法等；3、植物修复法和微生物修复法；4、化学修复法，向土壤投入改良剂，通过对重金属的吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用。

固化稳定化(stabilization)属于化学修复法中的一类，是当前比较成熟的固体废物处置技术。固化稳定化是指通过向污染物中加入稳定化药剂，使土壤中的游离态和交换态的重金属转化为不易溶解、迁移能力低或毒性更小的稳定态形式以达到无害化。该方法具有成本低廉和见效快的优点，已在实际修复中得到了广泛的应用。

中国专利(申请发布号CN 101695711A)公开了一种土壤砷的化学固定材料及用途。该方法采用纳米二氧化钛、铁粉等原料组成，对土壤砷的吸附能力较强。但该方法存在如下缺点：纳米二氧化钛成本较高、不容易制备，因此不易广泛使用。

发明内容

本发明解决的技术问题是，用于砷污染土壤的固化稳定剂成本较高，制备难度大，对高砷污染土壤的修复效率不高。

本发明的技术方案是，提供一种用于砷污染土壤的固化稳定剂，所述固化稳定剂包含重量份为20～50份的铁盐、30～40份的铝盐、5～10份的高锰酸盐和10～20份的碳酸钙。

进一步地，所述铁盐为硫酸铁；所述铝盐为硫酸铝；所述高锰酸盐为高锰酸钾。

本发明进一步提供所述固化稳定剂的应用，按重量份，每100份所述砷污染土壤中加入所述固化稳定剂0.1～5份、水20～30份，搅拌均匀，静置养护3天以上。

本发明所述的固化稳定剂，其具体反应机理为：在锰盐和铝盐的辅助作用下，混合土壤中的As与Fe相互作用后生成无定型砷酸铁(FeAsO₄·H₂O)或生成臭葱石(FeAsO₄·2H₂O)等溶解度较低的矿物，从而降低了As的迁移性，最终达到稳定的修复效果。因为随着Fe/As摩尔比增加，砷酸铁的溶解度降低，稳定性的逐渐加强。例如当pH＝3～8时，Fe/As的摩尔比为8左右，碱性砷酸铁的溶解度均小于1mg/L，因此对于砷是一种较好的安全稳定化的方法。

铝具有两性，与硅有相似的性质，在pH＝6时，溶于水后，铝离子容易水解，以氢氧化铝的形式存在。由于铝的各种氧化物的零电荷点(PZC)大约在pH＝6左右，同时根据多数砷污染土壤pH也在6左右，在该pH下，铝盐多以氢氧化铝形式存在，该物质具有一定的吸附性，可吸附非稳定状态的砷(如水溶态和离子交换态)，阻碍砷的迁移。一般认为，某些形态的Al(OH)₃比FeOOH对砷的稳定更为有效(反应速率接近100％，而且要比天然的FeOOH和粘土矿物的效果还要好。并且，在对砷在R-Al₂O₃水界面的吸附行为的研究发现：吸附时间越长，砷在铝氧化物表面的解吸就越困难。

高锰酸根可以使三价砷氧化成五价砷，减少毒性，迁移性，同时锰酸根部分还原形成的二氧化锰本身具有一定的吸附性。碳酸钙具有辅助成矿的作用，促进金属沉淀物的形成。进而降低了As的移动性。

将四种组分与砷污染土壤混合均匀后，加水养护，使得砷可以固化稳定在土壤中，不会被水浸出，从而大大地减少了砷污染土壤的危害。

本发明的有益效果是，该固化稳定剂组分简单，制备方便；特别适合用于高浓度的砷污染土壤中。

具体实施方式