一种利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法

本发明涉及一种利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，属于固废综合利用及重金属污染土壤修复领域。

背景技术：

1、油泥是石油炼制、石油化工、食品加工等行业在生产过程中产生的固体废物。它主要由油脂、矿物油、沥青质、酚类、酮类、醛类等有机化合物组成。油泥中的有机物和油脂会对环境造成严重污染，它们会破坏土壤结构，影响土壤的肥力和生物活性，会导致土壤变得黏稠，阻碍水分渗透和空气流通，从而破坏土壤的通气性和保水性。油泥中的油脂和有机物会通过渗漏进入地下水层，对地下水资源造成污染。油泥的堆放和处理也会对环境造成污染。如果油泥堆放不当，可能会引发火灾，造成更大的环境灾难。因此，对油泥的处理和利用是非常重要的。通过合理利用油泥，不仅可以减少对环境的污染，还可以实现资源的循环利用，促进可持续发展。

2、煤矸石是煤炭开采和加工过程中产生的一种固体废弃物。矸石通常被分为不同等级，用于不同的用途。在煤炭使用过程中，由于燃烧不充分、烟气排放等原因，煤矸石可能会被排放到大气中，对环境造成污染。当煤炭燃烧时，矸石中的有害物质会释放出来，对空气质量和人类健康产生负面影响。煤矸石的产生不仅浪费了资源，还对环境和人类健康造成了影响。因此，如何有效利用煤矸石，减少其对环境的影响，已经成为了一个亟待解决的问题。

3、钴主要存在于自然界中的矿物中，如钴矿、镍钴矿等。在工业生产中，钴主要用于制造硬质合金、电池、磁带、颜料等。钴的排放可能导致水污染和土壤污染。钴污染物会对生态系统造成负面影响，破坏生物多样性。钴污染物会在生物体内累积，导致生物累积效应。吸入含钴的粉尘或气体可能对呼吸系统造成伤害。此外，食用受钴污染的食物或水可能导致中毒。常见的症状包括腹泻、呕吐、腹痛、头痛、疲劳等。严重时可能导致神经系统损伤、肾脏损伤或其他器官损伤。

4、因此，若能综合利用油泥和煤矸石制备土壤修复材料，这不仅为油泥和煤矸石的高效资源化提供可借鉴，也为实现钴污染土壤的高效修复提供了参考。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供了一种利用油泥和煤矸石制备钴污染土壤修复剂的方法。本发明的第二目的是提供了利用上述方法制备的土壤修复剂及其应用。

2、技术方案：本发明提供了一种利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，包括以下步骤：

3、(1)将油泥和煤矸石粉末混合，搅拌均匀，得到煤矸石油泥；

4、(2)将磷酸试剂、低价锰试剂、煤矸石油泥混合，搅拌均匀，得到磷锰煤油泥；

5、(3)将磷锰煤油泥放入等离子电弧炉进行等离子弧加热，得到等离子体电弧渣；

6、(4)将环糊精、海泡石、等离子体电弧渣混合，研磨成粉，即得土壤修复剂。

7、其中，步骤(1)中所述的油泥和煤矸石粉末的质量比为20～50:100。

8、其中，步骤(2)中所述的磷酸试剂、低价锰试剂、煤矸石油泥的质量比为2.5～7.5:5～15:100。

9、其中，步骤(2)中所述的磷酸试剂为磷酸、焦磷酸、焦磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、六偏磷酸钠中的任意一种或多种组合。

10、其中，步骤(2)中所述的低价锰试剂为氯化锰或硫酸锰中任意一种或多种组合。

11、其中，步骤(3)中所述的等离子电弧炉中的等离子体气氛为氢气、硫化氢、磷化氢、甲烷、氨气中任意一种或多种组合。

12、其中，步骤(3)中所述的等离子弧加热时间为0.25～4.25小时；等离子电弧炉工作电压为50～100v，工作电流为400～800a。

13、其中，步骤(4)中所述的环糊精、海泡石、等离子体电弧渣的质量比为0.25～1.25:2.5～12.5:100。

14、本发明还提供了一种基于上述方法制备得到的土壤修复剂。

15、本发明还提供了一种上述土壤修复剂在修复钴污染土壤中的应用。

16、反应机理：在等离子电弧作用过程中，氢气、硫化氢、磷化氢、氨气或甲烷发生原子激发、解离、电离，生成氢自由基、活性氢离子、硫自由基、磷自由基、碳氢自由基、碳自由基等活性物质。在等离子电弧轰击作用下，油泥和煤矸石粉末中的有机质与氢自由基和活性氢离子反应生成有机碳和过热水汽，实现高效脱氧。过热水汽在电弧作用下可进一步转化为氢自由基、氢氧根自由基、自由电子。在生成的活性碳基表面，氢自由基、活性氢离子、硫自由基、磷自由基、碳氢自由基、碳自由基等活性物质还可以促进磷酸盐向有机磷转变。氢氧根自由基和过热水汽不仅可与二价锰反应生成多价态共存的锰氧化物，同时还可活化煤矸石和油泥中的硅铝酸盐矿物，提高离子交换性能。硫酸盐和氯离子在电弧作用下易转化为硫酸根自由基和氯自由基。硫酸根自由基或氯自由基不仅可进一步加速无机碳向有机碳转变，并可促进油泥中油基物质的裂解。混合环糊精、海泡石、等离子体电弧渣，研磨成粉，可进一步提升修复剂的蓄水性和离子交换性及钴污染物结合性能，从而制备出高性能钴污染土壤修复剂。

17、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下突出的显著优点：本发明方法制备过程简单，利用等离子电弧及油泥和煤矸石固废资源制备钴污染土壤修复剂。所制备的土壤修复剂不仅可实现钴污染土壤高效稳定化，而且可提高土壤适耕性，修复后土壤钴浸出浓度最低低于1.3×10-4mg/l，最高水稻相对根系生长比高于141％。

技术特征：

1.一种利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的油泥和煤矸石粉末的质量比为20～50:100。

3.根据权利要求1所述的利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的磷酸试剂、低价锰试剂、煤矸石油泥的质量比为2.5～7.5:5～15:100。

4.根据权利要求1所述的利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的磷酸试剂为磷酸、焦磷酸、焦磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸钠、六偏磷酸钠中的任意一种或多种组合。

5.根据权利要求1所述的利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的低价锰试剂为氯化锰或硫酸锰中任意一种或多种组合。

6.根据权利要求1所述的利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的等离子电弧炉中的等离子体气氛为氢气、硫化氢、磷化氢、甲烷、氨气中任意一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的等离子弧加热时间为0.25～4.25小时；等离子电弧炉工作电压为50～100v，工作电流为400～800a。

8.根据权利要求1所述的利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法，其特征在于，步骤(4)中所述的环糊精、海泡石、等离子体电弧渣的质量比为0.25～1.25:2.5～12.5:100。

9.一种权利要求1～8任一项所述的方法制备得到的土壤修复剂。

10.一种权利要求9所述的土壤修复剂在修复钴污染土壤中的应用。

技术总结本发明公开了一种利用油泥和煤矸石制备土壤修复剂的方法。本发明方法制备过程简单，利用等离子电弧及油泥和煤矸石固废资源制备钴污染土壤修复剂。所制备的土壤修复剂不仅可实现钴污染土壤高效稳定化，而且可提高土壤适耕性，修复后土壤钴浸出浓度最低低于1.3×10<supgt;‑4</supgt;mg/L，最高水稻相对根系生长比高于141％。技术研发人员：黄涛,宋东平,朱陈曦,万绍航,李爱英,董进成,武雨绨,王冉,胡晶晶,张树文受保护的技术使用者：常熟理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/2