土壤环境污染治理中石棉尾矿渣的应用探讨.docVIP

土壤环境污染治理中石棉尾矿渣的应用探讨 　　0引言 　　土壤重金属污染和农药污染，不但给我国农业经济和社会发展带来不利影响，而且危害人体健康和生态环境，每年造成的直接和间接经济损失达几千亿元[1].资料显示，全国约有2500万hm2土地受到不同程度的重金属污染，占农田总面积的1/5;污染严重的土地约70万hm2,其中1.3万hm2因严重镉污染而被迫弃耕，其范围涉及11个省市25个地区[2-3]. 　　我国是农药生产和使用大国，每年要施用80~100万t化学农药[4],农药施用面积在2.8亿hm2以上。目前，我国有87万~107万hm2的农田土壤受到农药污染[5-6].有关研究表明，使用的农药有80%~90%最终进入土壤[7].为破解土壤重金属和农药污染给农业可持续发展带来的困局，迫切需要一种材料或技术既能稳定化土壤重金属，又能治理土壤农药污染。 　　石棉尾矿渣是一种良好的无机矿物吸附材料，其在重金属污染废水处理[8-9]及有机废水处理[10-11]中的应用已有报道，石棉尾矿渣有良好的孔道结构，较大的孔体积和较高的比表面积，使其在土壤重金属及农业污染治理中表现出巨大潜力[12-14],本文围绕石棉尾矿渣的矿物学特性和理化特性，对石棉尾矿渣在土壤污染治理中的应用进行了分析总结。 　　1石棉尾矿渣矿物特性 　　1.1石棉尾矿渣矿物学特征 　　1.1.1矿物组成 　　石棉矿物是富镁超基性岩受高温气体、液体蚀变而成，主成分是蛇纹石，其种类和性质由成岩条件决定。主要组成元素为Mg和Si,同时含有Cr、Co、Ni、Ti、V等微量元素，天然石棉矿物理论含MgO43%,SiO244.1%,H2O12.9%,通常MgO含量40%以上[15].不同矿床，甚至同一矿床不同地段的化学成分与理论含量都有差异，这是因为在实际矿床中，通常还含有少量的铁、铝、钙、镍等元素的氧化物。 　　1.1.2晶体结构 　　石棉矿物是富镁的层状硅镁酸盐矿物，其化学式为Mg6[Si4O10]（OH）8,代替Mg的有Fe、Mn、Cr、Ni、Al等，从而可以形成相应的变种成分。石棉是TO型层状矿物，其结构中，八面体片由”氢氧镁石”层构成，即Mg填充了八面体片的全部八面体空隙，属三八面体结构。卷曲方式有螺旋式、套管式、卷轴式3种[16].其中，纤蛇纹石以四面体居内、八面体居外的结构层弯曲方式构成卷管状结构和纤维状形态[17-19]. 　　1.1.3化学基团 　　根据石棉矿物的化学成分、晶体结构等特点，对构成其活性基团的各种化学键及化学元素性质进行分析研究后，将其活性基团分为5类：不饱和O-Si-O键、Si-O-Si键、含镁键类、羟基和氢键[17].石棉纤维柱面上除存在活性较强的羟基等活性基团外，纤维端面上还存在不饱和的O-Si-O、Si-O-Si、Mg-O键，这使其表面具有很高的活性。同时，卷管构造而引起的晶格弯曲引进附加的内能和表面能，这也增加了其化学活性[15]. 　　1.2石棉尾矿渣物理化学特性 　　 　　石棉尾矿渣是一种天然含水硅镁酸盐矿物，硬度为2.5~4.0,密度为2.50~2.65g/cm3,有蜡状光泽，含铁量高时呈暗黄色，含铝量高时为暗灰色，有滑腻感。分片状、块状、针状3种形态。热稳定性好，纯净的石棉纤维的脱羟基、结构破坏一般在500以上。热导率低，属半绝缘体，是良好的耐热绝缘矿物材料。 　　石棉纤维有较强的耐碱性，强碱蚀量为0.3%~0.7%;较低的耐酸性，酸蚀量达50%~60%.石棉纤维具有较大表面活性，主要来源于纤维两端的断面，纤维管内、外表面及表面残缺处的不饱和键[17],纳米晶体所带来的高表面[18],及其独特的卷曲构造导致的晶格弯曲而引起的附加内能和表面能。 　　2石棉尾矿渣在土壤环境污染治理中的应用2.1重金属污染土壤治理 　　石棉尾矿渣含有大量活性基团，特别是羟基、Si-O-Si和Mg键，使其对重金属阳离子表现出极高的化学亲和力。郭继香等[20]证实，蛇纹石对重金属Cd2+、Cu2+、Fe3+、Pb2+、Ni2+的吸附容量依次为0.508,2.050,2.000,0.298,0.232mg/g.对石油污水中Cd2+、Cu2+、Fe3+、Pb2+、Ni2+的去除率分别为83.7%、89.5%、90.7%、44.8%、53.5%,对合成水样去除率都在99%以上。杨志宽等[21]报道，蛇纹石在吸附剂粒度为80目，吸附时间为45min,酸碱度pH=7时，对铜离子的去除率达90%. 　　章智明等[22]研究证实，蛇纹石矿物（MCM）能显着抑制玉米从土壤中吸收Pb2+、Cd2+,阻碍Pb向玉米茎秆和籽粒中的迁移，对重金属Pb、Cd污染土壤有显着的固化修复作用。章智明等[23]还证实在酸性条件下，蛇纹石能促进土壤对Pb2+的吸附；在碱性条件下，蛇纹石使土壤对Pb2