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高温活化磷尾矿钝化矿区污染土壤中阳离子态重金属研究

土壤污染,化学钝化,重金属,磷尾矿,矿山修复

土壤重金属污染是重要的环境问题，矿产资源开发及加工产生的废渣、废水和烟尘等进入环境，可造成厂矿周边及下游土壤重金属污染，并对生态环境和人体健康产生危害，采取可行的修复措施极为必要。化学钝化具有操作相对简单、无需大面积对土壤开挖转运以及修复速度快等优点，被广泛应用于矿区场地土壤重金属污染修复。在实际应用中，选择高效、低成本的修复材料尤为关键，而现有钝化材料仍存在效率较低、成本较高等缺点。近年来，为降低修复成本，推动化学钝化技术大面积应用，利用废弃物研制重金属钝化材料的研究受到关注。磷尾矿是磷化工过程产生的固体废弃物，其含有的碳酸盐和磷酸盐矿物可与重金属离子生成难溶物，有望成为适于大面积应用的重金属钝化材料，但其对重金属的钝化效率有待提高。

本研究采用900 ℃高温处理制备活化磷尾矿材料（CPT），研究不同处理下CPT对土壤重金属的钝化效果。结果表明：高温处理将磷尾矿中的白云石分解为方解石、MgO和CaO，活化材料可显著提升土壤pH，降低土壤可交换态重金属含量；添加0.8%的CPT钝化30天后，土壤可交换态Zn、Cd和Pb含量分别降低97%、46%和95%。在污染场地土壤重金属修复应用中，按照1.32%的投加量与土壤混合，15天后土壤Zn、Cd和Pb的钝化率分别达到87.4%、76.4%和78.6%。重金属由可交换态向碳酸盐结合态转化，部分Cd转化为铁锰氧化物结合态。主要钝化机理为MgO与水反应生成氢氧化物提升土壤pH，促使重金属形成氧化物、氢氧化物沉淀，同时增加铁锰氧化物对Cd的吸附固定。研究结果可为矿区土壤原位钝化和磷尾矿资源化利用提供参考。