硅鉀礦肥不溶殘余物的土壤環(huán)境效應(yīng)研究.pdf

1、硅鉀礦肥是一種將鉀長石加助劑通過礦物巖石的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化控制法，即加熱，生產(chǎn)的礦物肥料。類似的產(chǎn)品有鈣鉀肥、硅鈣鎂鉀肥、鉀鎂肥以及利用工業(yè)廢物制作的鋼渣硅肥、鈣鎂磷肥等。這些礦物肥料將有效組分釋放后，還有約一半的物質(zhì)(非有效組分)不能進(jìn)入植物生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，其物理化學(xué)性質(zhì)關(guān)乎礦肥長期施用對(duì)土壤環(huán)境的影響。本文以硅鉀礦肥不溶殘余物的礦物學(xué)性質(zhì)為核心內(nèi)容，首先系統(tǒng)闡述了硅鉀礦肥的礦物特征，其次采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法研究了酸度、酸的種類、粒度、浸泡時(shí)間對(duì)

2、模擬實(shí)驗(yàn)制備的不溶殘余物礦物組合特征的影響，并結(jié)合化學(xué)成分分析、XRD、IR、ICP、SEM、TEM等分析手段系統(tǒng)的研究了不溶殘余物物理化學(xué)性質(zhì)，然后研究了不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附熱力學(xué)、吸附動(dòng)力學(xué)，pH值條件對(duì)不溶殘余物對(duì)重金屬離子吸附性能的影響及不溶殘余物對(duì)重金屬離子的固定能力，最后結(jié)合XPS探討了不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附機(jī)理。 論文的主要研究成果如下： (1)通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，模擬實(shí)驗(yàn)方法制備不溶殘余物

3、過程中，pH值對(duì)不溶殘余物的礦物組合影響較大，硅鉀礦肥的粒度、浸泡時(shí)間對(duì)不溶殘余物的礦物組合影響較小； (2)通過XRD、IR、ICP、SEM、TEM等分析手段研究發(fā)現(xiàn)，硅鉀礦肥在鹽酸或檸檬酸溶液(pH≈2)模擬植物根際土壤的酸性環(huán)境下，經(jīng)24小時(shí)浸泡，不溶殘余物中出現(xiàn)了水鈣沸石、方沸石(含量約17％)和具有良好環(huán)境屬性的礦物，如白榴石、蒙脫石、羥鈣石、硬水鋁石。硅鉀礦肥不溶殘余物不僅具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)和廣闊的比表面積，還擁有

4、大量的表面活性官能團(tuán)，是一種具有具有良好地球化學(xué)活性的物質(zhì)； (3)采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程模式描述不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附過程，得出其模式參數(shù)的線形擬合結(jié)果表明，二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程模式的擬合優(yōu)度大于一級(jí)動(dòng)力力學(xué)方程模式； (4)根據(jù)不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，求出不同吸附時(shí)間的平衡接近率E，由平衡接近率與無因次時(shí)間之間關(guān)系表查出不同吸附時(shí)間的無因次時(shí)間值，以各E所對(duì)應(yīng)之t與無因次時(shí)間值作圖可得

5、一通過原點(diǎn)的直線，表明吸附過程由顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制； (5)在不同的溫度下，不溶殘余物對(duì) Cd<'2+>、Zn<'2+>、Cu<'2+>吸附過程的吉布斯自由能變化△G都是負(fù)值，且變化值隨著溫度的升高增大，這表明不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附過程是個(gè)自發(fā)的過程，且隨著溫度的升高自發(fā)性增強(qiáng)； (6)通過對(duì)不溶殘余物對(duì) Cd<'2+>、Zn<'2+>、Cu<'2+>的吸附熱力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，吸附過程的焓變△H為正值，而且不溶殘余物對(duì)Cd<'2

6、+>、Zn<'2+>、Cu<'2+>的吸附量隨著溫度的升高而增大，結(jié)果表明不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附過程是一個(gè)吸熱過程； (7)通過解吸實(shí)驗(yàn)表明，不溶殘余物對(duì)重金屬離子的固定能力較強(qiáng)。該研究為長期滯留在土壤體系中的不溶殘余物可以鈍化土壤重金屬離子的污染提供了依據(jù)； (8)不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附熱力學(xué)研究及結(jié)合光電子能譜方法研究表明，不溶殘余物對(duì)重金屬離子的吸附是一個(gè)復(fù)雜的吸附過程，存在多種吸附機(jī)理，如離子交換