一种利用污染土壤制备多孔陶瓷的方法与流程

本发明属于污染土壤资源化利用领域，具体地说，涉及一种利用污染土壤制备多孔陶瓷的方法。

背景技术：

1、大部分填埋场中由于填埋大量垃圾，土壤中含有塑料、玻璃、木质、谷类、金属的杂质等成分，导致土壤被严重污染。这部分被污染的土壤中含有一定的水分，容易结块形成较大颗粒的泥粒，无法采用较细的网筛进行细筛，目前可通过滚筒筛等方法筛选后，根据粒径的不同，可得到无机骨料、轻质可燃物以及较细的土壤。其中，无机骨料可作为建筑材料重复利用，轻质可燃物可以用于发电，这些都有很好的经济价值。而较细的土壤中由于仍然含有重金属离子等成分，依然属于污染土壤，无法直接归置到环境中重新利用。故如何将污染土壤较好处理和利用，从而将其高价值资源化利用，仍然是一个比较有价值的探索。

2、目前对于污染土壤的利用，主要包括土地利用和建筑材料。但土地利用时(土壤改良、园林绿化等)，由于污染土壤中的重金属相对于普通土壤时偏高的，这增加环境中重金属的析出风险，人体长期处于重金属超标的环境，会对健康产生不良影响。作为建材(掺水泥、掺砖)时，污染土壤掺杂量有限，且会降低水泥、砖的品质，影响建材产品的使用范围，一般情况下需要额外支付砖厂、水泥厂处理费，并且重金属离子会有溶出风险，可能造成二次污染。因此，陈腐垃圾筛分出的污染土壤的应用受到限制，无法大规模有效资源化利用，如何较好的处理和利用污染土壤，至今仍是一个难题。

3、研究人员为使污染土壤较好的资源化，做出了有益尝试，如中国专利cn111592375b，提供了一种利用陈腐垃圾来制备陶粒的方法，其将陈腐垃圾筛分出大块垃圾后得到的污染土壤和筛上可燃物混合，然后用来烧制陶粒作为建筑材料，较好的实现了污染土壤的重新利用。但该方法制备出的陶粒品质较低，一般用于铺路、混凝土骨料，附加值较低。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术因污染土壤含有杂质、重金属的原因而不能有效资源化利用的问题，提供一种利用污染土壤制备多孔陶瓷的方法，该方法能够将污染土壤中细泥精细化筛分出来，并将污染土壤中的重金属牢牢固定在陶瓷中，从而将污染土壤高价值资源化利用，适合大规模处理污染土壤。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种利用污染土壤中细泥制备多孔陶瓷，包括以下步骤：

4、(1)先将污染土壤筛分，然后加水制成泥浆；

5、(2)向步骤(1)中所得泥浆中加入强碱调节ph值，加热搅拌，然后再进行初步分离除杂；

6、(3)将步骤(2)中所得泥浆中加入明矾沉淀，将泥浆浓缩，除去上清液，再经压滤、固液分离得到含水率为15～30wt％的细泥；

7、(4)取硼酸、碳酸钠及步骤(3)所得细泥混匀，得到陶瓷泥；

8、(5)将步骤(4)中所得陶瓷泥塑形、烘干后烧制，得到多孔陶瓷。

9、步骤(1)中所述筛分为多级筛分；

10、所述多级筛分过程为填埋场污染土壤经过人工挑选出大块垃圾后，多次采用滚筒筛对其筛分，第一级滚筒筛孔径为12～18cm，第二级滚筒筛孔径为5～10cm；第三级滚筒筛孔径为1～3cm。

11、所述步骤(1)中水土质量比为1:1～5。

12、所述步骤(2)中ph值为11～14；

13、所述步骤(2)中初步分离除杂使用螺旋溜槽进行，通过控制螺旋溜槽的参数可以控制泥浆中泥粒的粒径。

14、具体的，初步分离除杂时，所述步骤(2)中旋转溜槽横向倾角为6～12°，圈数为3～10圈。

15、步骤(2)中所述强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾或者氢氧化钙中的至少一种。

16、步骤(2)中所述加热至温度为60～98℃、加热时间为60～180min。

17、通过加入氢氧化钠，调节ph至某一碱性范围，加热搅拌一段时间，使得污染土壤中的部分腐植酸与部分氢氧化钠反应生产易溶于水的腐殖酸钠，从而降低后续泥中有机质含量，并使形成的陶瓷更稳定。

18、所述步骤(3)中加入明矾后沉淀的时间为20～90min；

19、所述骤(3)中明矾的添加量为：步骤(1)中每加水1吨，步骤(3)中加入50～200g明矾。所述步骤(3)中的具体处理过程为：

20、将步骤(2)除杂后的泥浆经过一定孔径的网筛过滤后，进入沉淀池初次沉淀10～60min，使得泥浆中较重物质下沉，从而进一步除去泥浆中的杂质；然后泥浆经过沉淀池流出后，进入泥浆池；再向泥浆池中加入明矾，使得泥浆中固体再次沉淀一段时间，除去泥浆上层清液后，将泥浆经过压滤系统，进行固液分离。

21、所述步骤(4)中还包括加入氧化铝，所述步骤(5)中烘干后的陶瓷泥中污染土壤、硼酸及碳酸钠的占比分别为60～80wt％、5～30wt％及5～25wt％，所述步骤(5)中氧化铝的占比为0～15wt％。

22、所述步骤(5)中烘干温度为50～70℃，时间为60～180min。

23、所述步骤(5)中所述烧制的温度程序为：先以0.5～1℃/min的速率升温到80～100℃，然后保温60～120min，接着以0.2～0.5℃/min的速率升温到130～140℃，然后保温30～90min，再以2～4℃/min的速度升温到800～900℃，最后以4～6℃/min的速率升温到1100～1400℃，然后保温0.5～3h。

24、所述步骤(5)中的塑形的过程为：在模具内涂上一层薄砂，将步骤(4)制备的陶瓷泥放入磨具中塑形。

25、一种根据上述任一项所述的方法制备的多孔陶瓷。

26、填埋场垃圾经过长时间填埋后，有机质经过微生降解、再合成转变为腐殖酸渗入土壤。腐殖酸能够和土壤中的重金属螯合，降低可溶性重金属含量，使得在对污染土壤除杂等处理的过程中重金属不易溶出；此外，在腐殖酸存在下，剩余的氢氧化钠和加入的碳酸钠能够增加重金属的氢氧化物、碳酸盐结合态的含量，并在经过高温烧制的过程中，陶瓷泥中的组分经过化学键断裂和重新形成并形成网络结构，重金属被牢牢固定在多孔陶瓷中的网络结构中，此时重金属的物理化学性质十分稳定，难以从陶瓷中析出，进而制得多孔陶瓷在长时间使用过程中，重金属离子不易渗出，这有效避免在资源化利用过程中重金属逸散到环境里面，形成二次污染。

27、本发明方法相对现有技术，具有如下有益效果：

28、(1)本发明通过对污染土壤进行包括筛分、加热、加碱及配料等一系列处理，然后用获得的处理后的细泥在高温条件下烧制为陶瓷，制备得到的陶瓷具有多孔结构；

29、(2)重金属离子先经过化学反应被固定在污染土壤中，后在陶瓷烧制过程中，被固定在陶瓷中的三维网络结构中，这使得制备的陶瓷在使用过程中不易溶出，可以避免对重金属溶出对环境造成二次污染；

30、(3)本发明对污染土壤进行处理获得适合用于烧制陶瓷的细泥，用该细泥制备陶瓷一方面节约了制备陶瓷的成本，另一方面实现了污染土壤的资源化，并且较大程度的提高了污染土壤的附加价值。