一种离子型稀土尾矿氨氮淋洗剂及其使用方法

1.本发明涉及土壤污染治理技术领域，尤其涉及一种离子型稀土尾矿氨氮淋洗剂及其使用方法。


背景技术：

2.江西省赣南地区离子型稀土储量丰富；从20世纪70年代至21世纪初，离子型稀土矿的开采依次经历了堆浸、池浸、原地浸矿三代技术，原地浸矿不破坏矿山植被，通过注液井将以硫酸铵为主的浸矿剂注入山体，然后通过收集沟汇流至收集池进入后续提取；离子型稀土矿山浸取完成后，用清水压顶、清洗，然后闭矿；但在早期原地浸矿过程中由于渗漏以及后续清洗不到位等情况，导致闭矿后的矿体中氨氮含量较高；
3.相关数据显示，中国制浆造纸行业每年约有5000万t木质素副产品产生，其中95％以“黑液”形式直接排放，回收率低，对环境造成很大危害；本发明提供了木质素磺酸钙作为离子型稀土矿氨氮淋洗剂的应用；木质素副产品作为一种利用率极低的制浆造纸行业废料，是一种具有广阔应用前景的新型土壤改良剂；
4.依据污水综合排放标准gb 8978-1996中，第二类污染物最高允许排放浓度的一级标准规定：其他排污单位氨氮浓度低于15mg/l；
5.与一般的土壤表层氨氮污染不同，离子型稀土矿山中的注液井一般深几米至十几米，浸矿液如有渗滤或收集不到位可能造成地下水污染；许秋华.离子吸附型稀土分异及高效浸取的基础研究[d].南昌:南昌大学，2018中所述的赣南某闭矿时间大于10年的离子型稀土矿山集液沟渗滤液中氨氮浓度仍达92.5mg/l；
[0006]
离子型稀土尾矿的氨氮淋洗去除[j].中国有色金属学报，2021,31(05):1395-1404一般的生态修复方法难以治理矿体深处的氨氮，而土壤淋洗技术具有处理矿体深处污染的优势；
[0007]
现有中国专利一种淋洗剂原位去除离子型稀土矿氨氮污染的方法(cn112813289a)解决了清水对矿山进行淋洗去除氨氮时，清水注入时间长、用量大且淋洗不完全，洗矿后仍然会有部分铵盐残留随降雨缓释，污染周围环境的问题；
[0008]
现有中国专利一种铵根离子淋洗剂及其应用(cn112517620a)针对已经闭矿离子型稀土矿原地浸矿场地进行环境治理，矿区残留的氨氮在土壤中停留时间较长，难以自然消解转化的问题，开发经济廉价快速淋洗材料，用原来浸矿时使用注液管道，将淋洗剂注入被污染的浸矿场地，快速洗脱浸矿场地的氨氮、稀土及重金属与酸性物质等；
[0009]
但是，简单的盐类清洗，虽可以有效处理残留氨氮，但可能导致矿体滑坡以及土壤流失；因此，能够有效处理氨氮以及固化土壤的淋洗剂的使用是技术关键。


技术实现要素：

[0010]
要解决的技术问题
[0011]
本发明为了克服处理残留氨氮的淋洗率低，原位淋洗后存在滑坡、坍塌等风险的
缺点，本发明提供一种离子型稀土尾矿氨氮淋洗剂及其使用方法，有效处理氨氮的同时，提升土壤黏聚力，保持土壤内摩擦角，原位淋洗后减少滑坡、坍塌风险。
[0012]
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
[0013]
本发明的技术方案之一：一种离子型稀土尾矿氨氮淋洗剂，淋洗剂包括有硫酸镁、硫酸镁钾和木质素磺酸钙一项以上。
[0014]
本发明的技术方案之二：一种离子型稀土尾矿氨氮淋洗剂的使用方法，该方法使用权利要求1所述的淋洗剂，包括以下步骤：
[0015]
(1)称取淋洗剂溶解于去离子水中，配制成淋洗液；
[0016]
(2)淋洗，用步骤(1)中配置的淋洗液对离子型稀土尾矿进行淋洗处理；
[0017]
(3)停止淋洗，当淋出液中氨氮浓度小于等于15mg/l时停止淋洗。
[0018]
进一步地，在步骤(1)中，淋洗用淋洗剂的浓度为1～20g/l。
[0019]
更进一步地，在步骤(1)中，淋洗用淋洗剂的浓度为5～10g/l。
[0020]
进一步地，在步骤(2)中，淋洗液线速度为0.1～15cm/h。
[0021]
更进一步地，在步骤(2)中，淋洗液线速度为3～10cm/h。
[0022]
进一步地，在步骤(2)中，淋洗温度为5～50℃。
[0023]
更进一步地，在步骤(2)中，淋洗温度为20～30℃。
[0024]
有益效果
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本发明的淋洗剂和淋洗方法可实现离子型稀土矿原地浸矿场地土壤中氨氮的有效洗脱，洗脱后淋洗液中氨氮浓度低于15mg/l，土壤ph值达到6.5以上，本发明的淋洗剂原料廉价易得，对浸矿场地土壤不会造成二次污染，将其用于离子型稀土矿浸矿场地土样的淋洗时，在较短时间内即可完成淋洗，且淋洗剂用量少，因此本发明的方法有利于浸矿场地土壤修复及资源综合利用。
附图说明
[0026]
图1是采用不同淋洗剂淋洗后土壤的抗剪切性能图。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0028]
所用离子型稀土矿尾矿土样分两种：一种取自江西省赣州市定南县某闭矿稀土原地浸矿场地附近未开采稀土矿，通过2％硫酸铵浸取模拟原地浸矿过程，模拟土壤中氨氮浓度为1500.20mg/kg；一种取自江西省赣州市定南县某闭矿稀土原地浸矿场地，取样深度为3-10m，其残留氨氮浓度范围109.29-887mg/kg，ph范围4.20-6.03。
[0029]
实施例一
[0030]
采取江西赣州定南一离子型稀土矿的原矿，其中离子型稀土矿中稀土以氧化物形式表示的含量为0.05wt％，氨氮含量为27.53mg/kg；用2％硫酸铵淋洗处理模拟原地浸矿以制备稀土尾矿：将未浸矿层土壤按照1.35g/cm3的土壤容量装填进内径10cm、高50cm的亚克力有机玻璃柱中，在柱子的底端和土柱上部分别放置3cm的石英砂；为模拟真实原地浸矿过程，在稀土尾矿制备过程中，用锡箔纸将淋洗柱包住避光；按要求压实后，通过蠕动泵用2％的硫酸铵溶液淋洗直至流出液中氨氮浓度无变化，然后静置至少30d；此模拟稀土尾矿中以
稀土氧化物形式表示的稀土含量＜0.01wt％，残留氨氮浓度为1500.20mg/kg；木质素磺酸钙柱淋洗氨氮过程如下：称取6g木质素磺酸钙于1l去离子水中，配制成6g/l的木质素磺酸钙淋洗液，同时以去离子水为淋洗液进行对照；称取150g离子型稀土矿原地浸矿尾矿，均匀装填至直径5cm，高度25cm的淋洗装置中，土柱上下各装填2.5cm的石英砂；在27.5℃的室温条件下以3cm/h的线速度将淋洗液通过淋洗柱；淋洗过程中，持续监测淋出液中氨氮浓度，直至淋出液中氨氮浓度小于等于15mg/l，木质素磺酸钙为淋洗液时氨氮淋出率为85.09％，土壤ph为7.48；去离子水为淋洗液时氨氮淋出率为39.64％，土壤ph为7.57。
[0031]
实施例二
[0032]
采取江西赣州定南一离子型稀土矿原地浸矿闭矿5年的土样，取样深度为3-10m，其中离子型稀土矿中稀土以氧化物形式表示的含量＜0.01wt％，氨氮含量为542.33mg/kg，土壤ph为4.59；木质素磺酸钙柱淋洗氨氮过程如下：称取6g木质素磺酸钙于1l去离子水中，配制成6g/l的木质素磺酸钙淋洗液，同时以去离子水为淋洗液进行对照；称取150g离子型稀土矿原地浸矿场地尾矿，按照1.35g/cm3的土壤容量均匀装填至直径5cm，高度25cm的淋洗装置中，土柱上下各装填2.5cm的石英砂；在25℃的室温条件下以3cm/h的线速度将淋洗液通过淋洗柱；淋洗过程中，持续监测淋出液中氨氮浓度，直至淋出液中氨氮浓度小于等于15mg/l，木质素磺酸钙为淋洗液时氨氮淋出率为86.28％，土壤ph为7.43；去离子水为淋洗液时氨氮淋出率为26.4％，土壤ph为6.17。
[0033]
采取江西赣州定南一离子型稀土矿原地浸矿闭矿5年的土样，取样深度为3-10m，其中离子型稀土矿中稀土以氧化物形式表示的含量＜0.01wt％，氨氮含量为542.33mg/kg，土壤ph为4.59；木质素磺酸钙柱淋洗氨氮过程如下：称取10g木质素磺酸钙于1l去离子水中，配制成10g/l的木质素磺酸钙淋洗液，同时以去离子水为淋洗液进行对照；称取150g离子型稀土矿原地浸矿场地尾矿，按照1.35g/cm3的土壤容量均匀装填至直径5cm，高度25cm的淋洗装置中，土柱上下各装填2.5cm的石英砂；在25℃的室温条件下以3cm/h的线速度将淋洗液通过淋洗柱；淋洗过程中，持续监测淋出液中氨氮浓度，直至淋出液中氨氮浓度小于等于15mg/l，木质素磺酸钙为淋洗液时氨氮淋出率为79.70％，土壤ph为6.84。
[0034]
实施例三
[0035]
采取江西赣州定南一离子型稀土矿原地浸矿闭矿5年的土样，取样深度为3-10m，其中离子型稀土矿中稀土以氧化物形式表示的含量＜0.01wt％，氨氮含量为151.41mg/kg，土壤ph为5.25；分别采用清水、10g/l硫酸镁、10g/l硫酸镁钾、10g/l木质素磺酸钙为淋洗剂，取500g离子型稀土矿原地浸矿场地尾矿，按照1.35g/cm3的土壤容量均匀装填至直径6cm、高度50cm的淋洗装置中，土柱上下各装填3cm的石英砂，在20℃的室温条件下以10cm/h的线速度使淋洗液通过淋洗柱；淋洗20个孔隙体积后，各淋洗液的氨氮浓度已经低于10mg/l，土壤氨氮淋洗效果见表1。
[0036]
表1
[0037]
淋洗剂类别水硫酸镁硫酸镁钾木质素磺酸钙氨氮淋出率(％)14.7178.0378.9885.89
[0038]
淋洗结束后将土壤风干老化30天，通过直接剪切试验测试原土以及4种淋洗土的黏聚力并计算内摩擦角，结果如图1所示；未经淋洗的土壤黏聚力以及内摩擦角分别为51.02kpa、24.03
°
，清水、硫酸镁以及硫酸镁钾的淋洗均削弱了土壤的内摩擦角，而木质素
磺酸钙的淋洗在提高黏聚力的同时基本保持了内摩擦角；因而，木质素磺酸钙作为离子型稀土矿尾矿氨氮淋洗剂，可以提升土壤黏聚力，保持土壤内摩擦角，固化淋洗后土壤，防止滑坡、坍塌等事故。
[0039]
实施例四
[0040]
采取江西赣州定南一离子型稀土矿原地浸矿闭矿5年的土样，取样深度为3-10m，其中离子型稀土矿中稀土以氧化物形式表示的含量＜0.01wt％，氨氮含量为151.41mg/kg，土壤ph为5.25。分别采用去离子水、10g/l木质素磺酸钙为淋洗剂，取500g离子型稀土矿原地浸矿场地尾矿，按照1.35g/cm3的土壤容量均匀装填至直径6cm、高度50cm的淋洗装置中，土柱上下各装填3cm的石英砂，在20℃的室温条件下以2cm/h的线速度使淋洗液通过淋洗柱；淋洗20个孔隙体积后，木质素磺酸钙为淋洗液时氨氮淋出率为39.91％，去离子水为淋洗液时氨氮淋出率为9.97％，本实施例采用额定的用水量测试不同的淋洗线速度，从而选出最佳的用水量，减少水资源浪费，减少水土流失。
[0041]
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。