非金属矿物在土壤修复中的应用

1、二一六年六月 National Engineering Research Center For Further Processing Of Non-metallic Minerals 国国家非金家非金属矿属矿深加工工程技深加工工程技术研术研究中心究中心 Suzhou Sinoma Design And Research Institute Of Non-metallic Minerals Industry Co. Ltd 苏苏州中材非金州中材非金属矿属矿工工业设计研业设计研究院有限公司究院有限公司 浅谈非金属矿物在土壤修复中的应用 于阳辉于阳辉 高高级级工程工程师师 土壤？ u 土壤是指陆地表

2、面具有肥力、能够生长植物的疏松表层 ，其厚度一般在2m左右。土壤不但为植物生长提供机械 支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、 气、热等肥力要素。 u是人类和其他生物生存所依赖的最根本、最重要的的元 素之一。 u有了肥沃的土壤，生命的小苗 才能茁壮成长。 土壤病了 近几十年来,人类为了自身的生存和发展，过度的索取 使得土地缺乏自身的修复，导致了土壤恶化，种种现代 化的社会活动导致了 土壤污染。 土壤“病症” 土壤污染的特征 p 土壤污染指不仅是由人类活动引起的，还包括自然环境土壤污染指不仅是由人类活动引起的，还包括自然环境 中天然存在的污染（如岩层中含有中天然存在的污染（如岩层中含有

3、AsAs、PbPb、F F、B B、HgHg、 CdCd、SeSe、CrCr及其化合物等）；及其化合物等）； p 土壤修复的对象包括以上所有的污染情况。土壤修复的对象包括以上所有的污染情况。 土壤修复的主要目的（思路） 降低污染物在土壤的浓度；降低污染物在土壤的浓度； 通过固化或钝化作用改变污染物的形态从而降低在环境通过固化或钝化作用改变污染物的形态从而降低在环境 中的迁移性；中的迁移性； 从土壤中去除或固定污染物；从土壤中去除或固定污染物； 为土壤提供必要的有益元素，改良土壤土质，优化土壤为土壤提供必要的有益元素，改良土壤土质，优化土壤 结构等。结构等。 土壤污染的修复技术 p生物修复技术生

4、物修复技术 p物理修复技术物理修复技术 p化学修复技术化学修复技术 土壤污染的修复方法（美国） 玻璃化：26.1%； 固化稳定化：22.2% 焚烧：15.0% 生物修复：11.6 土壤污染的物理修复法 u物理修复主要是客土和翻土、固化和填埋封装、热处理、可渗透反应墙。 u客土和翻土就是在污染土壤中加入大量的干净土壤，或在污染土壤上覆盖新土、或将污染土壤移 走换上未被污染的土壤的方法、或将污染土壤通过深翻到土壤底层，以达到稀释的目的，有效地 减少污染土壤对环境的影响。 u固化是指利用水泥一类的物质与土壤混合将污染物包被起来，使之呈颗粒状或大块状存在。 u玻璃化是固化的另一种形式，在污染土壤插入电

5、极，施加16002000的高温，使有机污染物和 部分无机污染物等挥发或热解而去除，无机污染物被包覆在冷却后形成化学性质稳定的、不渗水 的坚硬玻璃体（类似黑曜岩或玄武岩）中。 u填埋是对固化后的污染土壤挖掘出来填埋到填埋场，或进行压缩由容器封装，从而减少或阻止土 壤污染的扩散。 u热处理是通过加热的方式，使土壤中的挥发性重金属如汞、砷等挥发并收集起来进行回收或处理 。 u可渗透反应墙是指挖出土壤后，代以反应材料而形成的物理墙，当污染物质随地下水向下游迁移 并流经处理墙时，墙体中的活性物质将与其发生作用，导致污染物的降解或被截留固定。 土壤污染稳定化、固化处理的常用材料 n 土壤污染稳定化处理材料

6、： 碱性材料、含磷材料、含铁化合物、硫化物、粘土等 。不同的材料其适用的污染的土壤类型不同。由于土壤 性质和场地环境条件不同，相同的稳定化处理材料对同 样土壤，其处理效果也会出现有利或不利的影响。 n 土壤污染固化处理材料： 水泥、专用材料、粉煤灰、石灰、沥青等，其中水泥 和专用材料使用比例最高。 n 非金属矿物材料与以上材料具有很大的相似性，可以取 代 非金属矿物在土壤修复应用的可行性 l 含有植物生长所必需的元素；通过复配多种矿物，制成含有植物生长所必需的元素；通过复配多种矿物，制成 含有营养元素的肥料；含有营养元素的肥料； l 改善土壤的土质；如增加土壤保水性、疏松性、改善土改善土壤的土

7、质；如增加土壤保水性、疏松性、改善土 壤酸碱度等；壤酸碱度等； l 自身具有多种特性，可以去除或固化封堵污染物质；自身具有多种特性，可以去除或固化封堵污染物质； l 不会产生二次污染，土壤中含有多种非金属矿物，使用不会产生二次污染，土壤中含有多种非金属矿物，使用 非金属矿物修复土壤时，对土壤中的原有成分是有益的非金属矿物修复土壤时，对土壤中的原有成分是有益的 修复和补充。实现修复和补充。实现“以土治土以土治土”、“以土养土以土养土”。 非金属矿物在土壤修复应用的主要形式 非金属矿物在土壤修复中，按照用途可以分为：非金属矿物在土壤修复中，按照用途可以分为： u矿物肥料矿物肥料：直接加工成肥料或作

8、为载体，为作物提供有：直接加工成肥料或作为载体，为作物提供有 益元素；益元素； u改良剂改良剂：改善土壤结构、土壤性质改良，如保水、疏松：改善土壤结构、土壤性质改良，如保水、疏松 、透气性；、透气性； u治理剂治理剂：以非金属矿物作为治理土壤污染的主要原料，：以非金属矿物作为治理土壤污染的主要原料， 利用本身良好的防渗、吸附等性能，对污染物进行固化利用本身良好的防渗、吸附等性能，对污染物进行固化 、封堵等。、封堵等。 非金属矿物在土壤修复应用之矿物肥料 l 硅肥被国际土壤界列为是继氮、磷、钾之后第四大元素肥料。硅肥 是一种含SiO2为主的可溶性矿物肥料，具有无毒、无味、无公害、 不易流失、不变

9、质、肥效期长等特性，广泛适用于水稻、小麦、玉 米、棉花、花生、油菜、甘蔗、果树、蔬菜等作物。 l 农作物所需的硅大都是由土壤提供的，但土壤中能被植物吸收的硅 却很少，特别是随着农业快速发展，农作物不断吸收土壤中的硅， 致使土壤中的有效硅逐步减少。据有关部门调查表明，我国长江流 域80%以上的土壤缺硅，黄河、淮河及辽东半岛地区约有50%以上 的土壤缺硅，而且缺硅的区域正在逐渐扩大。 非金属矿物在土壤修复应用之矿物肥料 u全国耕地中量元素，尤其是钙、硫的亏缺严重，且缺乏 面积还在进一步加大； u我国南方部分地区缺镁严重； u东北、河南、内蒙等地区缺硫严重； u东南沿海地区缺钙严重； 因此，补加含有

10、中量元素的矿物肥料，很有必要。 非金属矿物在土壤修复应用之矿物肥料 矿物肥料基本加工工艺：矿物肥料基本加工工艺： 非金属矿物助剂 分子组装理论 活化 肥料 基于以上工艺，可以制备：基于以上工艺，可以制备： Si-Si-肥、肥、Si-CaSi-Ca肥、肥、Si-Ca-Mg-Si-Ca-Mg-肥、肥、K-Si-Ca-Mg-S-K-Si-Ca-Mg-S-肥、肥、Si-KSi-K 肥肥、 Si-K-CaSi-K-Ca肥肥. 非金属矿物在土壤修复应用之矿物肥料 施用硅肥前后，作物的变化施用硅肥前后，作物的变化 非金属矿物在土壤修复应用之封堵治理 u 处理对象：挥发性有机化合物、重金属、农药类的污染；处理

11、对象：挥发性有机化合物、重金属、农药类的污染； u 处理介质：膨润土（膨胀性、防渗性）处理介质：膨润土（膨胀性、防渗性） u 处理思路：原位封堵处理思路：原位封堵膨润土混合体、膨润土防水毯；膨润土混合体、膨润土防水毯； 土壤污染的清除（原位净化措施、掘削土壤污染的清除（原位净化措施、掘削 清除措施）清除措施） 覆 土 膨润土 被处理土 透水率透水率K K1 11010-6 -6cm/sec cm/sec 厚度厚度d d50cm50cm 非金属矿物在土壤修复应用之封堵治理 u施工方法：施工方法： p自然平铺自然平铺 膨润土：粒度膨润土：粒度26.5mm26.5mm； 水分（水分（16-26%16

12、-26%），）， 吸蓝量（吸蓝量（40mmol/100g40mmol/100g） ， 透水率透水率K K3 31010-9 -9cm/sec cm/sec； p防水毯防水毯 高密度聚乙烯高密度聚乙烯+ +膨润土膨润土 安全、环保、耐久安全、环保、耐久 膨润土层厚度膨润土层厚度 非金属矿物修复土壤的意义 u 国务院办公厅在（国办发国务院办公厅在（国办发【20162016】3434号）明确提出号）明确提出“大力开发用于大力开发用于 节能防火、填充涂覆、环保治理、储能保温的矿物功能材料节能防火、填充涂覆、环保治理、储能保温的矿物功能材料” 为非为非 金属矿物在土壤修复上的应用提供了政策上的支持，可以

13、说，非矿遇到了最好的历史发展机遇。金属矿物在土壤修复上的应用提供了政策上的支持，可以说，非矿遇到了最好的历史发展机遇。 u 是非金属矿物材料行业潜在的巨大的应用市场。是非金属矿物材料行业潜在的巨大的应用市场。国土资源部土地整治中心提供 的数据显示，我国土壤污染修复产业产值，尚不及环保产业总产值的1%。而在发达国家，这一比重达30%以上。 20世纪90年代，美国用于污染土壤修复方面的投资约1000亿美元。我国实际需要修复的土地规模巨大，土壤修复 市场前景可观。2013年全国土壤修复领域企业由200多家增至500多家，产值达140亿元。估计2015年我国土壤修 复市场规模将达400亿元。未来4到5年，将是土壤修复产业快速发展的黄金期。可以说，土壤修复是非金属矿物 将来主要的应用领域。 u 促进农业、矿业、生态产业、环保产业等交叉发展。切实解决人类促进农业、矿业、生态产业、环保产业等交叉发展。切实解决人类 生存的根本问题，利在当代、功在千秋。生存的根本问题，利在当代、功在千秋。 结语 u 非金属矿用于土壤修复如同中药用于人体，主要功效在于调理。非金属矿用于土壤修复如同中药用于人体，主要功效在于调理。所 需周期长、见效慢，需要多专业、多领域坚持不懈的努力，全社会应给予高度关注 和耐心。 u 土地多样、污染多样、非矿多样，因此在土壤修复中也要土地多样、污染多样、非矿多样，因此在土壤修复中