專利名稱：一種用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于土木工程或者道路工程中固化劑，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑。
背景技術(shù)：
固化穩(wěn)定法(Solidification/Stabilization)是將廢棄物與膠凝材料(膠結(jié)劑、 固化劑)混合，同時(shí)通過(guò)物理和化學(xué)手段降低污染物質(zhì)的淋濾能力及提高土體強(qiáng)度，從而將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為環(huán)境可以接受的材料。此法適用于重金屬污染場(chǎng)地的原位修復(fù)，然而許多重金屬污染場(chǎng)地中均存在有機(jī)物污染，使得傳統(tǒng)水泥固化劑存在以下的缺點(diǎn)(1)由于有機(jī)物的存在會(huì)對(duì)水泥水化過(guò)程造成干擾，對(duì)硅酸鹽水泥固化效果造成滯后影響，包括化學(xué)固定和物理包裹等。(2)固化穩(wěn)定后的土體pH值一般維持在12-13之間。首先，土體的高堿性環(huán)境較難維持，修復(fù)后的土體強(qiáng)度難以長(zhǎng)期維持；其次，由于對(duì)污染有機(jī)物有降解作用的微生物在強(qiáng)堿性環(huán)境下亦難以生存，所以若污染場(chǎng)地同時(shí)存在重金屬及有機(jī)物污染，其固化效果會(huì)受污染有機(jī)物影響而大幅降低；最后，高堿性環(huán)境對(duì)于修復(fù)后的土體栽培植物以及場(chǎng)地周邊的生態(tài)環(huán)境也造成較大影響。(3)隨著時(shí)間的增加，水泥土的碳化效應(yīng)會(huì)愈發(fā)明顯，使其受力性能大大降低，直到土體結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。(4)水泥水化的過(guò)程中會(huì)釋放大量的二氧化碳(分子式C02)氣體，且水泥在制備過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生CO2氣體。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，上述CO2氣體總和占全世界總排放量的5%左右。施工中要達(dá)到良好的固化效果，需要較高的水泥摻量，這無(wú)疑又提高了成本。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，該固化劑對(duì)含有機(jī)物污染的重金屬污染場(chǎng)地進(jìn)行原位處理時(shí)，固化效果明顯。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，所述的固化劑按照重量百分比，由以下組分組成磷酸鹽33%-40%; ?；郀t礦渣粉33 % -40 % ；氧化鎂20%-34%。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1.可在含有機(jī)物污染的重金屬污染場(chǎng)地的原位處理中使用，固化效果明顯，腐蝕性小。本發(fā)明的固化劑處理后的土體強(qiáng)度遠(yuǎn)高于使用水泥土固化劑處理后的土體強(qiáng)度，尤其是在污染場(chǎng)地重金屬含量較高時(shí)，土體強(qiáng)度效果尤為明顯。新型固化劑屬于弱堿性固化劑， 與水泥固化劑相比，腐蝕性小，利于場(chǎng)地植被修復(fù)。
2.經(jīng)過(guò)該固化劑處理后污染場(chǎng)地的pH值較低，利于有機(jī)物污染物的降解。本發(fā)明的固化劑處理后的土壤PH值維持在10-10. 5之間。水泥固化劑固化后的土壤pH值大于12。 對(duì)有機(jī)物有降解作用的微生物在高堿性環(huán)境下(PH> 11)將難易生存。土壤pH值較低時(shí)， 有利于微生物的成活和繁殖，進(jìn)而降解有機(jī)物污染物，起到凈化土壤的功效。因此，經(jīng)過(guò)本發(fā)明的固化劑處理后污染場(chǎng)地的PH值較低，利于有機(jī)物污染物的降解。3.該固化劑環(huán)保、價(jià)格低廉，取材廣泛。本發(fā)明的固化劑中的?；郀t礦渣粉屬工業(yè)廢料；重質(zhì)氧化鎂市場(chǎng)零售價(jià)格在500-600元一噸；磷酸鹽礦物分布廣泛，且固化劑對(duì)磷酸鹽純度要求不高，取材廣泛。普通硅酸鹽水泥市場(chǎng)零售價(jià)格在500-600元之間。


圖1是本發(fā)明提供的第一種方案的固化劑在不同齡期下，固化土體后的土體強(qiáng)度示意圖。圖2是本發(fā)明提供的第二種方案的固化劑在不同齡期下，固化土體后的土體強(qiáng)度示意圖。圖3是本發(fā)明提供的第三種方案的固化劑在不同齡期下，固化土體后的土體強(qiáng)度示意圖。圖4是本發(fā)明提供的第四種方案的固化劑在不同齡期下，固化土體后的土體強(qiáng)度示意圖。圖5是在7天的齡期下，在不同土體重金屬鉛濃度中，本發(fā)明提供的四種方案的固化劑固化土體后的土體強(qiáng)度示意圖。圖6是在14天的齡期下，在不同土體重金屬鉛濃度中，本發(fā)明提供的四種方案的固化劑固化土體后的土體強(qiáng)度示意圖。圖7是在觀天的齡期下，在不同土體重金屬鉛濃度中，本發(fā)明提供的四種方案的固化劑固化土體后的土體強(qiáng)度示意圖。圖8是1 2+濃度為0. 01%的試樣土體經(jīng)過(guò)四種方案的固化劑處理后的pH值隨齡期的變化示意圖。圖9是1 2+濃度為0. 的試樣土體經(jīng)過(guò)四種方案的固化劑處理后的pH值隨齡期的變化示意圖。圖10是1 2+濃度為0. 5%的試樣土體經(jīng)過(guò)四種方案的固化劑處理后的pH值隨齡期的變化示意圖。圖11是1 2+濃度為的試樣土體經(jīng)過(guò)四種方案的固化劑處理后的pH值隨齡期的變化示意圖。圖12是1 2+濃度為2%的試樣土體經(jīng)過(guò)四種方案的固化劑處理后的pH值隨齡期的變化示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明本發(fā)明的一種用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，所述的固化劑按照重量百分比，由以下組分組成磷酸鹽33%-40%;?；郀t礦渣粉33 % -40 % ；氧化鎂20%-34%。在上述組份中，優(yōu)選磷酸鹽、粒化高爐礦渣粉和氧化鎂的重量比為2 2 1。上述各組分中，含水量均應(yīng)小于2%。所述的磷酸鹽可以為磷酸二氫鉀(KH2PO4)、磷酸二氫銨 ((NH4)2H2PO4)和羥磷石(Qiici(PO4)6OH2)中的一種。?；郀t礦渣粉(GGBS)主要成分以硅酸鹽和鋁酸鹽為主要成分的熔融物，經(jīng)淬冷成粒后粉磨所得的粉體材料，礦渣粉以無(wú)定形的玻璃體結(jié)構(gòu)為主，含少量的結(jié)晶型礦物。因礦渣中玻璃體含量多，結(jié)構(gòu)處在高能量狀態(tài)，不穩(wěn)定，潛在活性大，需磨細(xì)才能將其潛在活性發(fā)揮出來(lái)。氧化鎂為重質(zhì)氧化鎂或者輕質(zhì)氧化鎂。輕質(zhì)氧化鎂的煅燒溫度在400-600攝氏度之間。重質(zhì)氧化鎂的煅燒溫度在1400-2800 攝氏度之間。制備本發(fā)明的用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑的方法是首先， 將磷酸鹽、?；郀t礦渣粉和氧化鎂按照一定的重量份數(shù)混合，然后在烘干爐中干燥5-10 小時(shí)，隨后轉(zhuǎn)入研磨機(jī)中研磨，使得各組分混合粉磨至比表面積500-800m2/kg。利用本發(fā)明的固化劑對(duì)含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的進(jìn)行固化的過(guò)程是采用攪拌樁施工機(jī)械將重金屬污染土與固化劑原位攪拌處理，達(dá)到包裹污染物的效果，防止污染體向周圍環(huán)境進(jìn)一步擴(kuò)散，從而將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的穩(wěn)定固體材料。本發(fā)明的固化劑兼有化學(xué)及物理加固的突出特點(diǎn)，其固化穩(wěn)定重金屬原理包括(1)離子交換(磷酸鹽沉淀物的表面)磷酸鹽沉淀中的金屬陽(yáng)離子(Ca2+，K+)與土顆粒上的重金屬離子發(fā)生離子交換，這是固化穩(wěn)定重金屬的主要途徑。以重金屬1 來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)離子交換，形成磷氯鉛鹽類沉淀(Pb5(PO4)3X ；X = F，Cl，B or OH)。(2)不定型形式的磷酸鹽金屬結(jié)晶以重金屬1 來(lái)說(shuō)，氟磷酸鉛(Pbltl(PO4)6F2)是重要的磷酸鹽金屬結(jié)晶，也是固化穩(wěn)定重金屬1 的重要機(jī)理。(3)吸附與包裹作用由于磷酸鹽沉淀具有很高的比表面積，重金屬容易吸附于水泥土表面或新型固化劑水化產(chǎn)物表面。固化穩(wěn)定法處理污染場(chǎng)地過(guò)程中，重金屬污染物與固化劑，土體之間同時(shí)存在、或者連續(xù)發(fā)生多種物理化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于鉛(Pb)污染而言，主要生成的不溶鉛磷酸鹽包括磷氯鉛鹽晶體(Pb5(PO4)3OH)以及氯代磷酸鉛(Pb5(PO4)3Cl)或他們的同晶體。使用本發(fā)明的固化劑處理后的污染場(chǎng)地，可作為淺層基礎(chǔ)使用。下面通過(guò)試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的固化劑具有的優(yōu)良效果。試驗(yàn)對(duì)改良后的污染土體，即使用固化劑對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行固化后的污染土體的強(qiáng)度特性及酸堿度進(jìn)行評(píng)定。其中，強(qiáng)度特性通過(guò)無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定土體的強(qiáng)度值， 單位KPa ；酸堿度通過(guò)pH值試驗(yàn)測(cè)定。試驗(yàn)材料1.高嶺土
試驗(yàn)用的污染土體為徐州礦務(wù)局夾河高嶺土廠生產(chǎn)的用于商用的高嶺土(320 目)。其主要的物理化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，其特征在于，所述的固化劑按照重量百分比，由以下組分組成磷酸鹽33% -40% ； ?；郀t礦渣粉33% -40% ； 氧化鎂20% _；34%。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，其特征在于，所述的固化劑中磷酸鹽、?；郀t礦渣粉和氧化鎂的重量比為2 2 1。
3.按照權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，其特征在于，所述的磷酸鹽為磷酸二氫鉀、磷酸二氫銨和羥磷石中的一種。
4.按照權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，其特征在于，所述的氧化鎂為重質(zhì)氧化鎂或者輕質(zhì)氧化鎂。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于穩(wěn)定含有機(jī)物的重金屬鉛污染場(chǎng)地的固化劑，所述的固化劑按照重量百分比，由以下組分組成磷酸鹽33％-40％；?；郀t礦渣粉33％-40％；氧化鎂20％-34％。該固化劑可在含有機(jī)物污染的重金屬污染場(chǎng)地的原位處理中使用，固化效果明顯，經(jīng)過(guò)該固化劑處理后污染場(chǎng)地的pH值低，腐蝕性小；并且，處理后的污染場(chǎng)地具有較高強(qiáng)度，可直接作為淺層基礎(chǔ)使用；同時(shí)該固化劑環(huán)保、價(jià)格低廉。
文檔編號(hào)C09K101/00GK102517026SQ20111038172
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者杜延軍, 魏明俐 申請(qǐng)人:東南大學(xué)