专利名称：一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂及制备方法
技术领域：
本发明属于农业环境保育与修复技术领域，更具体涉及的是一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，同时还涉及一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，适用于各种被重金属污染的土壤，尤其是旱地土壤。
背景技术：
随着工业的迅猛发展和农业投入强度的不断增加，大量重金属等污染物进入土壤环境，从而引发了土壤的重金属污染，并成为一个被广泛关注的世界性难题。土壤中的重金属可通过植物吸收进入食物链，进而对人体健康构成严重威胁。据报道，我国受镉、铅、汞、 砷、镍等重金属污染的耕地面积已突破2000万hm2，约占全国耕地总面积的20%，已严重影响了现代农业发展和社会的稳定。镉等有害重金属元素对植物的有效性主要受土壤的酸碱度(PH)、氧化还原电位(Eh)、有机质含量和阳离子交换量(CEC)等因素的影响。大量研究表明，腐植酸能改变土壤中镉等有害重金属元素的存在形态，从而影响其对植物的有效性。 但这种影响具有多重性，分子量较小的富里酸等会促进土壤中镉等重金属元素的解吸，增强其对植物的有效性；分子量较大的灰腐酸和棕腐酸等能有效钝化土壤中镉等重金属元素的活性，从而降低其对植物的有效性。然而，灰腐酸和棕腐酸的提取成本较高，大面积推广应用的难度甚大。腐植酸矿粉由其原矿直接经球磨制得，是一种结构复杂的天然高分子有机聚合物，含有大量的羧基、醌基和酚羟基等活性基团，具有亲水性、吸附性、离子交换性、 络合性、氧化还原性和生物活性。腐植酸矿粉一旦施入到土壤中，即可与土壤中的水溶态、 吸附态等植物有效性的重金属离子发生离子交换、氧化还原、吸附和络合等各种反应，使重金属离子被络合、螯合或吸附固定，从而降低其对植物的有效性，且制造与应用成本相对低廉，在重金属污染土壤治理方面具有较大的应用潜力。同时，钙镁磷肥也是目前最常用的一种磷素类物质的土壤重金属钝化剂。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，它由腐植酸矿粉、钙镁磷肥和生石灰三种原料按一定比例制成，使全镉含量为10mg/kg(通过外源添加)的红沙泥，在110%的饱和田间持水量(WHC)即淹水条件下的土壤有效态镉含量下降 T 0. 36-1. 43mg/kg、降幅达4. 7-18. 0 %，45%的饱和田间持水量(WHC)条件下的土壤有效态镉含量降低了 0. 87-2. 25mg/kg、降幅达9. 9-25. 7%，且效果随着施用本发明产品数量的加大而显著增强，在广大重金属污染地区具有巨大的推广应用价值。本发明的另一个目的是在于提供了一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，操作简单，方法易行。为了实现上述目标与任务，本发明采用了以下技术措施一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，它由以下三种原料的质量分数制成CN 102220136 A
说明书
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原料％
腐植酸矿粉83.0 — 97.0
钙镁磷肥2.5 — 9.5
生石灰0.5 — 7.5。一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，它由以下三种原料的质量分数制成 (优选范围)
原料％
腐植酸矿粉87.0 — 93.0
钙镁磷肥4.5 — 7.5
生石灰2.5 — 5.5。一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂的最佳方案为
原料％
腐植酸矿粉 90.0 钙镁磷肥6.0
生石灰4.0。所述的腐植酸矿粉，由其原矿直接经球磨过筛制得(达到110-140目要求)，是一种结构复杂的天然高分子有机聚合物，含有大量的羧基、醌基和酚羟基等活性基团，具有亲水性、吸附性、离子交换性、络合性、氧化还原性和生物活性等特性，施入到土壤中后通过与土壤中的水溶态、吸附态等植物有效性的重金属离子发生离子交换、氧化还原、吸附和络合等各种反应，使重金属离子被络合、螯合或吸附固定，从而降低土壤中重金属离子的植物有效性，其有机碳含量一般在25-40%之间，也是一种品质优良的有机矿物肥料，它在本发明中兼具钝化土壤重金属和快速培肥地力的双重功能。但由于腐植酸矿粉本身属弱酸性的物质(PH值< 6)，需通过碱性物质调节其酸碱度至中性(pH值在7左右)，以防止一次性储备施用引发的土壤酸化等问题。所述的钙镁磷肥，是一种碱性较强的常用磷肥，也是目前最常用的一种磷素类物质的土壤重金属钝化剂，其碱分(以CaO计)、可溶性硅(以SiO2计)和有效镁(以MgO 计)的含量分别为45 %、20 %与12 %，它在本发明中兼具钝化土壤重金属、调节腐植酸矿粉的PH值和供应作物正常生产的磷素营养等多重功能。所述的生石灰，是由碳酸钙经酸解、加入碳酸氢钠反应和煅烧等工序生产出的一种强碱性物质，主要成分为氧化钙，其CaO的含量一般达90-99 %，是最常用的一种碱性物质的土壤重金属钝化剂，它在本发明中的主要功能是调节腐植酸矿粉的PH值，并在较短的时间内迅速提高土壤的PH值，巩固和增强钝化土壤重金属的效果。一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，其步骤是A.腐植酸矿粉制备选用腐植酸原矿，经球磨过110-140目筛，备用。所述的腐植酸原矿，其有机碳含量(以C计)为25-40%，重金属镉含量(以Cd计)< lmg/kg，重金属铅含量(以Pb计)彡20mg/kg,水分含量(以H2O计)彡10%。B.将步骤(A)所制备的原料，与钙镁磷肥、生石灰混合均勻，并通过喷雾方式将混合物的水分含量(以H2O计)调至10%后，再怄堆5-7天，为一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂。所述的钙镁磷肥，其品质需符合GB 20412-2006优等品的标准；所述的生石灰，其CaO含量为90-99%，重金属镉和铅的含量(以Cd、Pb计)< 5mg/kg，水分含量(以 H2O 计)彡 1. 5%。制成后的产品，可广泛用于各种被重金属污染的土壤，尤其是旱地土壤。本发明与现有技术相比，具有以下优点与效果A.本发明的主要特征是合理配置了对镉、铅、铜、锌、铬、镍等重金属元素具有极强吸附能力的腐植酸矿粉和碱性较强的钙镁磷肥、生石灰三种物料，并充分发挥了各种物料的多重功能，使全镉含量为10mg/kg (通过外源添加)的红沙泥，在110%的饱和田间持水量(WHC)即淹水条件下的土壤有效态镉含量下降了 0. 36-1. 43mg/kg、降幅达4. 7-18.0%, 45%的饱和田间持水量(WHC)条件下的土壤有效态镉含量降低了 0. 87-2. 25mg/kg、降幅达 9. 9-25.7%，且效果随着施用本发明产品数量的加大而显著增强，在广大重金属污染地区具有巨大的推广应用价值。B.本发明不仅具有原位钝化土壤重金属的功能，而且还能较大幅度地提高土壤的有机质含量和阳离子交换量，兼具培肥土壤等的功能，适用于各种成土母质发育的土壤，尤其是旱地土壤，是一种广谱型、多功能的环保产品。C.本发明的原料来源广泛，制备方法简单、易行，使用方便，推广应用前景广阔。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但并非是对本发明的限制，凡依照本发明公开内容所作的任何本领域的等同替换，均属于本发明的保护范围。实施例1 一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，它由以下三种原料的质量分数制
成
原料％
腐植酸矿粉 90.5 钙镁磷肥5.6
生石灰3.9。—种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，其步骤是A.腐植酸矿粉制备选用腐植酸原矿，经球磨过110目，或120目，或130目，或140 目筛，备用。所述的腐植酸原矿，其有机碳含量(以C计)为25-40%，重金属镉含量(以 Cd计)彡lmg/kg,重金属铅含量(以Pb计)彡20mg/kg,水分含量(以H2O计)彡10%。B.将步骤(A)所制备的原料，与钙镁磷肥、生石灰混合均勻，并通过喷雾方式将混合物的水分含量(以H2O计)调至10%后，再怄堆5或6或7天，为一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂。所述的钙镁磷肥，其品质需符合GB 20412-2006优等品的标准；所述的生石灰，其CaO含量为90-99%，重金属镉和铅的含量(以Cd、Pb计)< 5mg/kg，水分含量(以H2O计)彡1.5%。制成后的产品，可广泛用于各种被重金属污染的土壤，尤其是旱地土壤。实施例2-例15:一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，它由以下原料的质量分数制成
权利要求
1.一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，它由以下原料的质量分数制成 原料％腐植酸矿粉 83. O - 97. O 钙镁磷肥2. 5 — 9. 5生石灰0. 5 — 7. 5所述的腐植酸矿粉，由其原矿经球磨过筛制得，是一种天然高分子有机聚合物，含有羧基、醌基和酚羟基等活性基团，对镉、铅、铜、锌、铬、镍重金属离子有吸附能力，其有机碳含量在25 - 40%之间；所述的生石灰，是由碳酸钙经酸解、加入碳酸氢钠反应和煅烧工序生产出的一种强碱性物质，其成分为氧化钙，化学式为CaO。
2.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 87. 0 - 93. 0 钙镁磷肥4. 5 — 7. 5生石灰2. 5 — 5.5。
3.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 90. 0 钙镁磷肥6. 0生石灰4.0。
4.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 97. 0 钙镁磷肥2. 5生石灰0.5。
5.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 95. 0 钙镁磷肥3. 5生石灰1.5。
6.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 92. 0 钙镁磷肥5. 0生石灰3.0。
7.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 88. 0 钙镁磷肥7. 0生石灰5.0。
8.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 85. 0 钙镁磷肥8. 5生石灰6.5。
9.根据权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂，其特征在于 原料％腐植酸矿粉 83. 0 钙镁磷肥9. 5生石灰7.5。
10.权利要求1所述的一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂的制备方法，其步骤是A.腐植酸矿粉制备选用腐植酸原矿经球磨过110- 140目筛备用；所述的腐植酸原矿，以C计的有机碳含量为25 - 40%,以Cd计的重金属镉含量彡lmg/kg,以Pb计的重金属铅含量彡20mg/kg,以H2O计的水分含量彡10% ；B.将步骤(A)所制备的原料与钙镁磷肥、生石灰混合均勻，并将其混合物以H2O计的水分含量调至10%后再怄堆5 — 7天，为一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂；所述的生石灰，其CaO含量为90 - 99%，以CcUPb计的重金属镉和铅的含量< 5mg/kg， 水分含量以H2O计彡1. 5%。
全文摘要
本发明公开了一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂及制备方法。它由腐植酸矿粉、钙镁磷肥和生石灰按一定比例配制，其步骤是A．腐植酸矿粉制备选用腐植酸原矿经球磨过110－140目筛备用；B．将步骤(Ａ)所制备的原料与钙镁磷肥、生石灰混合均匀，并将其混合物以H2O计的水分含量调至10%后再沤堆5－7天，为一种含腐植酸矿物的土壤重金属复合钝化剂；操作简单，方法易行。它使全镉含量为10mg/kg(通过外源添加)红沙泥的土壤有效态镉含量在90天的培养时间内下降了0.36－2.25mg/kg，降幅达4.7－25.7%，且在45%WHC水分条件下的效果优于淹水条件下的效果，兼具钝化土壤重金属、培肥土壤等多种功能，在广大重金属污染地区具有巨大的推广应用价值。
文档编号C09K101/00GK102220136SQ20111007805
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者刘守龙, 周斌, 孙楠, 曹晓玲, 曾伟刚, 朱奇宏, 朱昌宇, 罗尊长, 雷敏, 饶中秀, 黄道友 申请人:中国科学院亚热带农业生态研究所