一种用于重金属污染农田的土壤修复剂的制作方法

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1.本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种用于重金属污染农田的土壤修复剂。

背景技术：

2.土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量有害元素含量超过背景值，或过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。污染土壤的重金属主要包括汞(hg)、镉(cd)、铅(pb)、铬(cr)和类金属砷(as)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的镍(ni)等元素。这些元素主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞污染主要来自含汞废水，砷污染则是大量使用杀虫剂、杀菌剂、杀毒剂和除草剂所致。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，如汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不被微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，因此应特别注意防止重金属对土壤的污染。目前，世界各国均很重视重金属污染治理，并对其有广泛的研究，认为基于稳定、固化以及重金属吸附原理的土壤原位修复技术更为经济实用，操作简单，效果更好。
3.土壤的酸碱性对农作物的生长影响也很大。酸性土壤是ph值小于7的土壤总称。我国酸性土壤覆盖面积广泛，在我国热带、亚热带地区广泛分布着各种红或黄的酸性土壤。由于土壤中盐基高度不饱和，其ph值一般维持在4.5～6之间。同时由于铁铝氧化物有明显积聚，土壤酸瘦。酸性土壤中一个严重的问题是养分有效性低，而且所涉及的养分种类也比较多。另外，在酸性条件下，土壤中氢、锰、铝等离子毒害也严重影响植物的正常生长。盐碱地是全球分布广泛的另一种土壤类型，全球盐碱地面积约为150亿亩，我国盐碱地面积约5.4亿亩，占全球的三十分之一；我国盐碱地耕地约0.9亿亩，我国耕地仅有15亿亩，占到我国耕地面积的近十五分之一。目前已经成为制约我国生态环境建设和农业可持续发展的最大障碍。与此同时，随着土地大面积的开垦，不合理的灌溉及水质恶化所带来的土壤盐渍化也在以前所未有的速度发展。因此，如何低成本、高效率地改良、修复酸性土壤及碱性土壤是目前亟需解决的问题。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于重金属污染农田的土壤修复剂。
5.本发明的目的是这样实现的，一种用于重金属污染农田的土壤修复剂，由钢尾渣粉和磷石膏粉按照质量比为2-4:1-10的比例混合均匀制得。
6.本发明的原理和有益效果如下：钢尾渣是在转炉炼钢过程中，为去除钢中的杂质而产生的副产品，主要化学成分有：cao、sio2、fe2o3、feo、mgo、p2o5等。钢尾渣还具有多孔、比表面积大的特点，对重金属离子具有良好的吸附效果；钢尾渣中含有丰富的硅元素，其生成的硅酸胶体可以通过吸附、形成硅酸盐沉淀等方式进一步降低土壤重金属的活性，施加钢尾渣能促进土壤中水溶性重金属
离子向硅酸盐、磷酸盐和氢氧化物等非可溶形态转化，从而有效降低土壤重金属的植物有效性。磷石膏是湿法磷酸的副产物，其主要成分为caso4·
2h2o，同时还含有未分解的磷矿石、磷酸等物质。从理论上来讲，磷石膏应能很好地应用于重金属污染土壤的修复并提供硫磷等营养元素。有研究表明，磷石膏对废水中的镉、锌等重金属具有一定的吸附能力，能够很好地去除废水中重金属，同时磷石膏中所含有的磷酸盐成分可对大多数重金属起到很好的固化作用，但由于磷石膏往往呈酸性或弱酸性，其施加可能造成表层土壤酸化的进一步加剧，因此限制了其应用。
7.本发明有效的将两种工业废弃物磷石膏和钢尾渣结合在一起，取长补短，变废为宝，作为酸性和碱性土壤改良剂，可以有效地改善土壤酸碱性，降低酸碱性土壤中重金属砷含量，并显著提高农作物生长所必须的有效磷、硫和硅等元素含量，在控制污染的同时，能够有效提高农作物产量、改良农作物品质，解决了市场出售的土壤改良剂功效单一、组成复杂、制备工序繁琐、施用周期长等不足。
具体实施方式
8.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或改进，均落入本发明的保护范围。
9.本发明一种用于重金属污染农田的土壤修复剂，由钢尾渣粉和磷石膏粉按照质量比为2-4:1-10的比例混合均匀制得。
10.所述重金属污染农田的土壤为酸性土壤时，钢尾渣粉和磷石膏粉的质量比为4:1-10。
11.所述钢尾渣粉由转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣直接球磨至细度100～200目而成。
12.所述重金属污染农田的土壤为碱性土壤时，钢尾渣粉和磷石膏粉的质量比为2:1-10。
13.所述钢尾渣粉为酸处理钢尾渣磨细粉，由转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣在酸性溶液中以 200-500r/min 的速度搅拌10～60min并静置1～5小时，然后球磨至细度200～300目而成，含水率为1.1%-1.5%。
14.所述酸性溶液为质量浓度为4%～18%的hcl或5～20%的h2so4或两者体积比2:1~7:1的混合酸。
15.所述磷石膏粉粒径为80～150目，含水率为10%-15%。
16.所述土壤修复剂浸出毒性中砷含量小于0.10mg/l，汞含量小于0.02mg/l；镉含量小于0.01mg/l；总铬含量小于0.02mg/l，镉含量小于0.01mg/l；锌含量小于等于0.01mg/l，钡含量小于等于0.50mg/l。
17.所述重金属为as。
18.本发明进一步提供了一种用于重金属污染农田的土壤修复剂的使用方法，是在遭受污染的土壤中按每千克土壤施用50-100g土壤修复剂的比例，将所述土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，养护35-40d；其中，所述土壤的含水率控制为10-20%。
19.实施例11、将转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣在质量浓度为20%的h2so4中以 200r/min的速度搅拌60min并静置1小时，然后球磨至细度200目得到酸处理钢尾渣磨细粉。
20.2、称取40kg酸处理钢尾渣磨细粉和20kg过100目标准筛的磷石膏粉，干燥至其含水率等于1.2％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌10min得到土壤修复剂。
21.3、对遭受污染的碱性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率为20％，按每千克土壤施用50g的比例，将制得的土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，在该条件下修护养护35天，修复前后的土壤ph值、砷如表1所示。
22.实施例21、称取钢尾渣粉40kg和过100目标准筛的磷石膏粉10kg，干燥至其含水率等于1.2％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌10min得到酸性土壤修复剂。
23.2、对遭受污染的酸性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率控制为20％，按每千克土壤施用50g的比例，将制得的酸性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，在该条件下修护养护35天，修复前后的土壤ph值、砷含量如表1所示。
24.实施例31、将转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣在质量浓度为18%的hcl中以 500r/min的速度搅拌10min并静置5小时，然后球磨至细度300目得到酸处理钢尾渣磨细粉。
25.2、称取20kg酸处理钢尾渣磨细粉和50kg过120目标准筛的磷石膏粉，干燥至其含水率等于1.1％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌15min得到碱性土壤修复剂。
26.3、对遭受污染的碱性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率控制为10％，按每千克土壤施用100g的比例，将上述碱性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，在该条件下修护养护40天，修复前后的土壤ph值、砷含量如表1所示。
27.实施例41、称取钢尾渣粉40kg和过120目标准筛的磷石膏粉50kg，干燥至其含水率等于1.1％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌15min得到酸性土壤修复剂。
28.2、对遭受污染的酸性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率控制为10％，按每千克土壤施用100g的比例，将上述酸性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，在该条件下修护养护40天，修复前后的土壤ph值、砷含量如表1所示。
29.实施例51、将转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣在质量浓度为18%的hcl中以 350r/min 的速度搅拌30min并静置3小时，然后球磨至细度250目得到酸处理钢尾渣磨细粉。
30.2、称取20kg酸处理钢尾渣磨细粉和50kg过120目标准筛的磷石膏粉，干燥至其含水率等于1.5％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌15min得到碱性土壤修复剂。
31.3、对遭受污染的碱性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率控制在15％，按每千克土壤施用80g的比例，将上述碱性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀。
32.4、经过40天的修复过程，经检测发现：修复土壤中的铁、锰、铅、铬、汞、砷、镍失去生物有效性，有毒重金属as浓度以及土壤ph值满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》gb15618-2018中农用地土壤污染风险筛选值要求，实现了重金属污染碱性土壤的原位修复。
33.实施例61、称取钢尾渣粉20kg和过120目标准筛的磷石膏粉25kg，干燥至其含水率等于1.3％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌15min得到酸性土壤修复剂。
34.2、对遭受污染的酸性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率控制在12％，按每千克土壤施用70g的比例，将上述酸性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀；3、经过37天的修复过程，经检测发现：修复土壤中的铁、锰、铅、铬、汞、砷、镍失去生物有效性，有毒重金属as浓度以及土壤ph值满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》gb15618-2018农用地土壤污染风险筛选值要求，实现了重金属污染酸性土壤的原位修复。
35.实施例71、将转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣在质量浓度为18%的hcl和5%的硫酸以1:1体积混合的混合溶液中，以350r/min的速度搅拌30min并静置3小时，然后球磨至细度200目得到酸处理钢尾渣磨细粉。
36.2、称取10kg酸处理钢尾渣磨细粉和40kg过90目标准筛的磷石膏粉，干燥至其含水率等于1.4％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌15min得到碱性土壤修复剂。
37.3、对遭受污染的碱性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率控制在17％，按每千克土壤施用90g的比例，将上述碱性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀；4、经过36天的修复过程，经检测发现：修复土壤中的铁、锰、铅、铬、汞、砷、镍失去生物有效性，有毒重金属as浓度以及土壤ph值满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》gb15618-2018中农用地土壤污染风险筛选值要求，实现了重金属污染碱性土壤的原位修复。
38.实施例81、称取钢尾渣粉20kg和过100目标准筛的磷石膏粉40kg，干燥至其含水率等于1.1％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌20min得到酸性土壤修复剂。
39.2、对遭受污染的酸性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率为18％，按每千克土壤施用60g的比例，将上述酸性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀；3、经过37天的修复过程，经检测发现：修复土壤中的铁、锰、铅、铬、汞、砷、镍失去生物有效性，有毒重金属as浓度以及土壤ph值满足《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》gb15618-2018中农用地土壤污染风险筛选值要求，实现了重金属污染酸性土壤的原位修复。
40.实施例91、将转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣在质量浓度为4%的hcl和20%的硫酸以7:1体积混合的混合溶液中，以400r/min 的速度搅拌40min并静置4小时，然后球磨至细度220目得到酸处理钢尾渣磨细粉。
41.2、称取40kg酸处理钢尾渣磨细粉和60kg过130目标准筛的磷石膏粉，干燥至其含水率等于1.2％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌20min得到碱性土壤修复剂。
42.3、对遭受污染的碱性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率为20％，按每千克土壤施用70g的比例，将上述碱性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，修复。
43.实施例101、将转炉炼钢钢尾渣在质量浓度为8%的hcl和15%的硫酸以2:1体积混合的混合溶液中，以300r/min 的速度搅拌20min并静置2小时，然后球磨至细度280目得到酸处理钢尾渣磨细粉。
44.2、称取40kg酸处理钢尾渣磨细粉和60kg过130目标准筛的磷石膏粉，干燥至其含水率等于1.5％，以保持各组份原料的固有活性，匀速搅拌18min得到碱性土壤修复剂。
45.3、对遭受污染的碱性农田土壤进行喷水处理，使土壤含水率控制在16％，按每千克土壤施用60g的比例，将上述碱性土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，修复。
46.表1 实施例1-4土壤修复前后检测数据从表1可知，本发明提供的酸性土壤修复剂和碱性土壤修复剂的修复效果均较好。
47.附注：以上实施例所用土样均为利用当地贫瘠土样加标准化学药剂制备的样品土壤。

技术特征：

1.一种用于重金属污染农田的土壤修复剂，其特征在于，由钢尾渣粉和磷石膏粉按照质量比为2-4:1-10的比例混合均匀制得。2.根据权利要求1所述重金属污染农田土壤修复剂，其特征在于，所述重金属污染农田的土壤为酸性土壤时，钢尾渣粉和磷石膏粉的质量比为4:1-10。3.根据权利要求2所述重金属污染农田土壤修复剂，其特征在于，所述钢尾渣粉由转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣直接球磨至细度100～200目而成，含水率为1.1%-1.5%。4.根据权利要求1所述重金属污染农田土壤修复剂，其特征在于，所述重金属污染农田的土壤为碱性土壤时，钢尾渣粉和磷石膏粉的质量比为2:1-10。5.根据权利要求4所述用于重金属污染农田的土壤修复剂，其特征在于，所述钢尾渣粉为酸处理钢尾渣磨细粉，由转炉炼钢热焖-磁选后钢尾渣在酸性溶液中以 200-500r/min 的速度搅拌10～60min并静置1～5小时，然后球磨至细度200～300目而成，含水率为1.1%-1.5%。6.根据权利要求5所述用于重金属污染农田的土壤修复剂，其特征在于，所述酸性溶液为质量浓度为4%～18%的hcl或5～20%的h2so4或两者体积比2:1~7:1的混合酸。7.根据权利要求1所述用于重金属污染农田的土壤修复剂，其特征在于，所述磷石膏粉粒径为80～150目，含水率为10%-15%。8.根据权利要求1所述用于重金属污染农田的土壤修复剂，其特征在于，所述土壤修复剂浸出毒性中砷含量小于0.10mg/l，汞含量小于0.02mg/l；镉含量小于0.01mg/l；总铬含量小于0.02mg/l，镉含量小于0.01mg/l；锌含量小于等于0.01mg/l，钡含量小于等于0.50mg/l。9.根据权利要求1-8任意一项所述用于重金属污染农田的土壤修复剂的使用方法，其特征在于，所述重金属为砷。10.权利要求1所述用于重金属污染农田的土壤修复剂的使用方法，其特征在于，在遭受污染的土壤中按每千克土壤施用50-100g土壤修复剂的比例，将所述土壤修复剂均匀施于土壤，使其混合均匀，养护35-40d；其中，所述土壤的含水率控制为10-20%。

技术总结

本发明公开了一种用于重金属污染农田的土壤修复剂，由钢尾渣粉和磷石膏粉按照质量比为2-4:1-10的比例混合均匀制得。本发明有效的将两种工业废弃物磷石膏和钢尾渣结合在一起，取长补短，变废为宝，作为酸性和碱性土壤改良剂，可以有效地改善土壤酸碱性，降低酸碱性土壤中砷的含量，并显著提高农作物生长所必须的有效磷、硫和硅等元素含量，在控制污染的同时，能够有效提高农作物产量、改良农作物品质，解决了市场出售的土壤改良剂功效单一、组成复杂、制备工序繁琐、施用周期长等不足。施用周期长等不足。