[发明专利]一种赤泥与皇竹草秸秆共热解制备改性生物炭的方法及应用

说明书

本发明公开了一种赤泥与皇竹草秸秆共热解制备改性生物炭的方法，包括：S1、将赤泥烘干，烘干后的赤泥经破碎、研磨和过筛，制得赤泥粉；S2、将采收的皇竹草秸秆晒干、打碎成节，再经打磨粉碎、过筛，制得皇竹草秸秆粉；S3、按质量比为1:3的比例称取赤泥粉和皇竹草秸秆粉，在容器中混合均匀，制得混合物；S4、对混合物进行高温热解，冷却后制得改性生物炭。本发明制备的赤泥改性生物炭能够做到降低成本且工业废弃物赤泥资源化利用的同时达到提高其钝化重金属的能力。

技术领域

本发明涉及生物质碳化技术领域，尤其涉及一种赤泥与皇竹草秸秆共热解制备改性生物炭的方法及应用。

背景技术

赤泥是氧化铝行业中产生的一种高碱性的工业固体废弃物，具有颗粒分散性好，比表面积大等多孔材料的特征，其化学组分主要为氧化铁、氧化铝、二氧化硅、氧化钙等，据资料显示，大多数的氧化铝生产厂每生产1t氧化铝，就会产出1～2t赤泥，而截至2015年，我国的氧化铝产能就已经达到了近七千万吨，约占全球总产能的二分之一，赤泥堆存量巨大。目前赤泥的主要处置方式还是依靠深坑填埋、露天堆积和修筑赤泥坝等，不仅占用大量的土地资源，还会严重污染周边的环境，尤其在恶劣气候的条件下容易引发溃坝，严重威胁周围环境及居民的生产和生活安全。

随着土壤污染问题的日益突出，土壤重金属污染已经成为目前社会关注的热点问题。矿产采集、加工等活动产生的矿山废石和尾矿的长期堆放，容易使得其中含有的重金属通过地表径流、雨水淋滤和风等自然作用不断在土体内扩散迁移，同时，矿床开采产生的尾矿中Pb、Zn、As及伴生元素Cd、Cr和Cu经过地表水冲刷和雨水的淋虑进入到土壤并积累起来，造成周边土壤、水环境的污染。矿山周边土壤重金属的主要来源是矿山酸性废水、粉尘和尾矿。而土壤作为农作物赖以生存的介质，土壤内各种污染物含量或残留量的高低及受污染程度直接影响到作物的质量和食用安全，由于土壤中重金属的积累可被作物负极吸收，通过食物链间接对人们的身体健康产生潜在风险。以广东省粤北山区大宝山矿区为例，周围土壤重金属As和Cd的平均浓度分别达218.07和2.453mg/kg，已经远远超出了土壤环境二级的标准值，大宝山污灌溉区农田Cd、As的含量严重超过了农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)，超标占比分别为达到89.5％和69.2％；且蔬菜地上部Cd、As含量亦超过了蔬菜卫生标准(GB 13106—1994)和《食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中的标准

近年来，由于电子产业的迅速发展，电子电器产品更新速度急剧攀升，导致电子废弃物与日俱增。过去的电子垃圾拆解工厂多数是以家庭小作坊的生产方式进行拆解回收。简单原始的拆解方式加上随意的露天堆放焚烧，使得大量的酸液和残渣被直接的排放、渗透到当地的水体和土壤环境中，造成当地的环境被严重污染。以广东省清远市为例，石角镇和龙塘镇电子垃圾拆解厂附近的农田表层土壤中数种重金属元素含量都表现出不同程度的富集，更有72.7％的表层土壤样品存在一种或者多种重金属超过食用农产品产地环境质量评价标准，污染主要是Cu、Cd、Pb和Zn，其中Cd的污染比例为最高，As的潜在生态危害指数平均值处于非常轻微的危害状态，而Cd则处于很强危害状态，其潜在生态危害指数60％分布在中等危害以上的区间。

当前国内国外处理土壤重金属污染的方法主要有三种：物理修复、化学修复和生物修复；其中钝化修复是化学修复中的一项重要方法，具有经济、快捷和高效等多种优点。钝化修复的原理是通过钝化剂的施用使土壤中的重金属被吸附、沉淀、络合和氧化还原等，降低重金属的生物有效性、迁移性，从而达到修复目的。生物炭是生物质在限氧或缺氧条件下，经过高温热解而产生的一类含碳量较高且高度芳香化的固体物质，具有比表面积大、官能团丰富和pH较高等理化性质，是一类制备成本低、效果稳定性强、原材料来源广泛且修复效果明显的钝化材料。虽然目前生物炭在环境修复方面已经取得了一定的成效，但仍存在着一些不足之处，即吸附能力较小。因此，目前常采用物理化学等方法来改善生物炭的理化性质，改性能使得生物炭的孔隙体积还有表面官能团的种类和数量都有所增加，在重金属污染原位修复等方面，改性生物炭显示出了更强的环境效益。