磷矿粉-磷酸盐复合含磷钝化剂及其制备方法和应用

735 编辑：中冶有色技术网来源：辽宁大学

2023-12-07 13:43:08

权利要求书： 1.一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂在钝化污泥中重金属的应用，其特征在于，方法如下：向脱水后污泥中加入磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂，混合搅拌均匀进行钝化；所述的脱水后污泥的含水率为7?9%；按质量比，磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂：污泥=8:20?30；

所述磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂以中性柠檬酸铵溶液为溶剂，以磷矿粉为溶质，混合得到溶液后再过滤得到滤液，在滤液中加入可溶性磷酸盐，振荡均匀后烘干研磨成粉末，即为磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂；

所述的一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂的制备方法，包括如下步骤：

1）在20?25℃下，分别将磷矿粉和可溶性磷酸盐研磨后过80目筛，取筛下物；

2）将磷矿粉置于三角瓶中，加入浓度为200g/L已经预热至65℃的中性柠檬酸铵溶液，用橡皮塞塞紧，摇混后放入水浴中，保持瓶内温度65℃，并每隔5分钟摇动一次，经一小时后移出瓶子得到混合溶液；

3）采用直径50mm孔径0.45μm水系微孔滤膜，将混合溶液用针式头过滤器抽气过滤，得到澄清滤液；

4）在滤液中加入可溶性磷酸盐，混合均匀，在60℃下进行振荡，40℃低温烘干后将固体研磨成粉末，得一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的可溶性磷酸盐是过磷酸钙。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤2）中，按固液比，磷矿粉：柠檬酸铵溶液为10g:1L。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤4）中所述的一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂，按质量比，磷矿粉：可溶性磷酸盐=3:0.05?0.4。

说明书：一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明涉及污泥中重金属钝化处理技术领域，具体涉及一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂及其制备方法和应用。

背景技术[0002] 随着污水处理能力的提高，污泥的处理和处置变得越来越迫切。尤其是污泥中的重金属已成为制约污泥利用的关键因素，如果污泥中的重金属没有及时处理，它会在自然

环境中通过一系列物理变化或生物化学变化得到转化或迁移，对环境具有十分明显的负面

作用，因此处理好污泥中重金属污染问题是刻不容缓的。磷矿粉现如今已被广泛应用重金

属污染土壤的钝化修复中，磷矿粉对制革污泥中的Pb、Cu、Zn均具有较好的固定效果，但过

量的磷矿粉单独使用进行钝化修复时，会导致pH降低进而使Zn的生态毒性和生物有效性增

3?

加，另外，由于PO4 的多级解离会使生成的金属磷酸盐沉淀发生复溶。这反而达不到好的钝

化效果。过磷酸钙属水溶性速效磷肥，是用硫酸分解磷矿直接制得的磷肥，由于过磷酸钙的

品位低，单位有效成分的销售费用高，随着高浓度磷肥产量的增长，因此它单独使用在磷肥

使用中的比例不断下降。

发明内容[0003] 本发明目的是为了克服磷矿粉和过磷酸钙在单独钝化过程中存在的问题，提供一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂，为实现本发明目的所采用的技术方案为：

[0004] 一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂，以中性柠檬酸铵溶液为溶剂，以磷矿粉为溶质，混合得到溶液后再过滤得到滤液，在滤液中加入可溶性磷酸盐，振荡均匀后烘干研磨成

粉末，即为磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂。

[0005] 一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂的制备方法，包括如下步骤：[0006] 1)在20?25℃下，分别将磷矿粉和过磷酸钙研磨后过80目筛，取筛下物；[0007] 2)将磷矿粉置于三角瓶中，加入浓度为200g/L已经预热至65℃的中性柠檬酸铵溶液，用橡皮塞塞紧，摇混后放入水浴中，保持瓶内温度65℃，并每隔5分钟摇动一次，经一小

时后移出瓶子得到混合溶液；

[0008] 3)采用直径50mm孔径0.45μm水系微孔滤膜，将混合溶液用针式头过滤器抽气过滤，得到澄清滤液；

[0009] 4)在滤液中加入可溶性磷酸盐，混合均匀，在60℃下进行振荡，40℃低温烘干后将固体研磨成粉末，得一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂。

[0010] 优选的，上述的制备方法，所述的可溶性磷酸盐是过磷酸钙。[0011] 优选的，上述的制备方法，步骤2)中，按固液比，磷矿粉：柠檬酸铵溶液为10g:1L。[0012] 优选的，上述的制备方法，步骤4)中所述的一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂，按质量比，磷矿粉：可溶性磷酸盐＝3:0.05?0.4。

[0013] 一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂在钝化污泥中重金属的应用。[0014] 优选的，上述的应用，向脱水后污泥中加入磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂，混合搅拌均匀进行钝化。

[0015] 优选的，上述的应用，所述的脱水后污泥的含水率为7?9％。[0016] 优选的，上述的应用，按质量比，磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂：污泥＝8:20?30。[0017] 本发明的有益效果为：[0018] (1)本发明的磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂制作原料获取渠道方便易取得，价格实惠，因而成本低廉。

[0019] (2)本发明的磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂制作过程操作简单，条件易于掌握，且产品可直接用于污泥钝化无需经过再处理等步骤，进而降低了制备成本，简化了操作步

骤。

[0020] (3)本发明的磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂能够有效降低污泥中Cu、Zn、Pb的生物有效性和生态毒性，使复合磷酸盐对污泥的钝化效果最大化。

[0021] (4)本发明的磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂，为污泥中重金属的处理提供了一条新的处理途径，经本发明的磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂钝化后的污泥可实现资源化利

用。

附图说明[0022] 图1是实施例中不同磷矿粉?过磷酸钙比例对不同形态铜占总量比例的影响效果。[0023] 图2是实施例中不同磷矿粉?过磷酸钙比例对不同形态锌占总量比例的影响效果。[0024] 图3是实施例中不同磷矿粉?过磷酸钙比例对不同形态铅占总量比例的影响效果。[0025] 图4是Y1与Y2对不同形态铜占总量比例的影响效果。[0026] 图5是Y1与Y2对不同形态锌占总量比例的影响效果。[0027] 图6是Y1与Y2对不同形态铅占总量比例的影响效果。具体实施方式[0028] 实施例1一种磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂[0029] 制备方法包括如下步骤：[0030] 1、预处理：[0031] 磷矿粉在20?25℃下，研磨后过80目筛，取筛下物。[0032] 过磷酸钙在20?25℃下，研磨后过80目筛，取筛下物。[0033] 2、制备磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂：[0034] 将称取已处理的磷矿粉3g置于三角瓶中，加300mL200g/L已经预热至65℃的中性柠檬酸铵溶液用橡皮塞塞紧，摇混后放入水浴中，保持瓶内温度65℃，并每隔5分钟摇动一

次，经一小时后移出瓶子得到混合溶液。采用直径50mm孔径0.45μm水系微孔滤膜，将混合溶

液用针式头过滤器抽气过滤，得到澄清滤液。在滤液中加入0.2g过磷酸钙，混合均匀，在60

℃下进行振荡，40℃低温烘干后将固体研磨成粉末即得磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂。

[0035] 实施例2磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂在钝化污泥中重金属的应用[0036] 将污泥经带式压滤机脱水，使其含水率为7％?9％，研磨过80目筛，称取处理后的污泥10g，取制备的3.2g磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂加入污泥中并用磁力搅拌器搅拌

10?20min，搅拌速度为50?60r/min，搅拌均匀后置于聚四氟乙烯瓶中，在环境温度20?25℃

条件下钝化7天。采用改进的BCR法对样品的可交换态、可还原态、可氧化态、残渣态进行分

析，其中污泥中重金属M的含量w，单位为毫克每千克(mg/kg)，按下式计算：

[0037][0038] 式中：C——在校准曲线上查得M的含量的数值，单位为mg/L；[0039] C0——在校准曲线上查得空白试液中M的含量的数值，单位为mg/L；[0040] ——试液定容的体积的数值，单位为mL；[0041] m——称取试样的质量的数值，单位为g；[0042] f——样品含水率的数值，以小数表示。[0043] 从图1、图2和图3中可以看出，在磷矿粉中加入过磷酸钙，能够显著提高污泥中金属的残渣态含量。

[0044] 实施例3磷矿粉与过磷酸钙质量配比对重金属钝化的影响[0045] 磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂的制备条件：将称取已处理的磷矿粉3g置于三角瓶中，加300mL200g/L已经预热至65℃的中性柠檬酸铵溶液用橡皮塞塞紧，摇混后放入水

浴中，保持瓶内温度65℃，并每隔5分钟摇动一次，经一小时后移出瓶子得到混合溶液。采用

直径50mm孔径0.45μm水系微孔滤膜，将混合溶液用针式头过滤器抽气过滤，得到澄清滤液。

在滤液中分别加入预处理后的0.05g、0.1g、0.2g、0.4g过磷酸钙混合均匀，在60℃下进行振

荡，40℃低温烘干后将固体研磨成粉末，制得磷矿粉与过磷酸钙质量比分别为3:0、3:0.05、

3:0.1、3:0.2、3:0.4的磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂。

[0046] 各取3.2g5组磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂分别与10g含水率为7?9％的污泥混合均匀后置于聚四氟乙烯瓶中钝化7天，采用改进的BCR法对样品进行分析，并计算的铜、

锌、铅的可交换态、可还原态、可氧化态、残渣态数据作图。

[0047] 结果如图1所示，在磷矿粉?过磷酸钙质量比3：0.2条件下，污泥中Cu的有效态含量减少最多，为18.4％，残渣态含量增加最多，为19.2％。

[0048] 结果如图2所示，在磷矿粉?过磷酸钙质量比3：0.2条件下，污泥中Zn的有效态含量减少最多，为10.6％，残渣态含量增加最多，为11.3％。

[0049] 结果如图3所示，在磷矿粉?过磷酸钙质量比3：0.2条件下，污泥中Pb的有效态含量减少最多，为6.8％，残渣态含量增加最多，为7.6％。

[0050] 综上所述，在磷矿粉?过磷酸钙质量比3：0.2条件下，污泥中磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂钝化污泥最大程度降低了污泥中Cu、Zn、Pb的生物有效性和生态毒性，钝化效果

最佳。因此本发明磷矿粉与过磷酸钙的最佳质量配比为3：0.2。

[0051] 实施例4磷矿粉?过磷酸钙复合含磷钝化剂不同制备方法比较[0052] 制备方法一：将称取已处理的磷矿粉3g置于三角瓶中，加300mL200g/L已经预热至65℃的中性柠檬酸铵溶液用橡皮塞塞紧，摇混后放入水浴中，保持瓶内温度65℃，并每隔5

分钟摇动一次，经一小时后移出瓶子得到混合溶液。采用直径50mm孔径0.45μm水系微孔滤

膜，将混合溶液用针式头过滤器抽气过滤，得到澄清滤液。在滤液中加入0.2g过磷酸钙，混

合均匀，在60℃下进行振荡，40℃低温烘干后将固体研磨成粉末制得一种磷矿粉?磷酸盐复

合含磷钝化剂，记作“Y1”。

[0053] 制备方法二：将称取已处理的磷矿粉3g和过磷酸钙0.2g，放入磁力搅拌器中搅拌10?20min，搅拌速度控制在50?60r/min，混合均匀后即得一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化

剂，记作“Y2”。

[0054] 将“Y1”、“Y2”分别与10g含水率为7?9％的污泥混合均匀后置于聚四氟乙烯瓶中钝化7天，采用改进的BCR法对样品进行分析，并计算的铜、锌、铅的可交换态、可还原态、可氧

化态、残渣态数据作图。

[0055] 结果如图4所示，在Y1与Y2分别钝化污泥后，Y1条件下污泥中Cu的残渣态含量比Y2条件下多，相比增加21.1％。

[0056] 结果如图5所示，在Y1与Y2分别钝化污泥后，Y1条件下污泥中Zn的残渣态含量比Y2条件下多，相比增加16.2％。

[0057] 结果如图6所示，在Y1与Y2分别钝化污泥后，Y1条件下污泥中Pb的残渣态含量比Y2条件下多，相比增加11.7％。

[0058] 综上所述，相比与将磷矿粉和磷酸盐进行简单混合(Y2)，本发明的一种磷矿粉?磷酸盐复合含磷钝化剂的制备方法(Y1)对污泥中重金属的钝化效果更好，能够更有效降低污

泥中Cu、Zn、Pb的生物有效性和生态毒性，使复合磷酸盐对污泥的钝化效果更大化。