重金属污染土壤烧结制备陶粒研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0088

摘要/Abstract

摘要：

陶粒是重金属污染土壤资源化利用有效途径，不仅附加值高，还具有广泛的应用前景。通过文献调研，首先对比分析了中国一些地区的重金属污染土壤原料的化学成分，对重金属污染土壤制备陶粒进行可行性分析；然后阐述了重金属污染土壤制备陶粒的工艺及影响因素，并以铬为例分析了陶粒固化重金属的机理；最后阐述了重金属污染土壤陶粒当前应用方向及未来可能应用的方向，并提出了当前重金属污染土壤陶粒存在的一些问题和展望。结果表明，重金属污染土壤烧结陶粒具有可行性，其烧结过程会受到原料配比和烧结机制等因素的影响，且烧结后的陶粒重金属固化效果好，其陶粒产品当前被运用于建筑领域，而水处理滤料和陶粒支撑剂等也是其未来可能的应用方向。

关键词: 污染土壤, 陶粒, 焙烧, 重金属

Abstract:

Ceramsite is an effective resource utilization way of heavy metal-contaminated soil，which not only has high added value but also has a wide application prospect.Through literature research，firstly，the chemical composition of heavy metal contaminated soil in some areas of China was compared and analyzed，and the feasibility of preparing ceramsite from heavy metal contaminated soil was analyzed.Then，the process and influencing factors of preparing ceramsite from soil polluted by heavy metals were expounded，and the mechanism of ceramsite curing heavy metals was analyzed with chromium as an example.Finally，the current application direction and possible future application direction of heavy metal contaminated soil ceramsite were expounded，and some problems and prospects of heavy metal contaminated soil ceramsite were put forward.The results showed that it was feasible to sinter ceramsite in soil polluted by heavy metals，and the sintering process would be affected by factors such as raw material ratio and sintering mechanism.The sintered ceramsite had a good solidification effect on heavy metals，and its ceramsite products were currently used in the construction field，water treatment filter materials and ceramsite proppants were also possible application directions in the future.

Key words: contaminated soil, ceramsite, roast, heavy metal

中图分类号:

TQ174.7

王丽, 严晓红, 柯国鹏, 梅嘉鑫, 陈明月, 刘敬勇. 重金属污染土壤烧结制备陶粒研究进展[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 27-35.

WANG Li, YAN Xiaohong, KE Guopeng, MEI Jiaxin, CHEN Mingyue, LIU Jingyong. Research progress of ceramsite prepared by sintering heavy metal-contaminated soil[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2025, 57(1): 27-35.

图/表 3

参考文献 53

1	LIU Qingmei， LI Qibin， WANG Ning，et al.Bioremediation of petroleum-contaminated soil using aged refuse from landfills［J］.Waste Management，2018，77：576-585.
2	CHO K， MYUNG E， KIM H，et al.Effect of soil washing solutions on simultaneous removal of heavy metals and arsenic from contaminated soil［J］.International Journal of Environmental Research and Public Health，2020，17（9）：3133.
3	JELUSIC M， LESTAN D.Remediation and reclamation of soils heavily contaminated with toxic metals as a substrate for greening with ornamental plants and grasses［J］.Chemosphere，2015，138：1001-1007.
4	崔长颢，杨柳阳，王雪娇，等.利用含重金属土壤制备烧结砖可行性及环境安全性研究［J］.环境工程技术学报，2023，13（1）：312-317.
	CUI Changhao， YANG Liuyang， WANG Xuejiao，et al.Feasibility and environmental safety investigation of making fired bricks by using heavy metals-contained soil［J］.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（1）：312-317.
5	杨威.铬污染土壤特性表征与陶粒制备机制［D］.重庆：重庆大学，2012.
	YANG Wei.Characteristics of chromium contaminated soil and ceramsite sintering［D］.Chongqing：Chongqing University，2012.
6	党陈萍.页岩陶粒的性能及应用现状研究［J］.砖瓦，2022（9）：41-42，47.
	DANG Chenping.Research on properties and application status of shale ceramsite［J］.Brick-Tile，2022（9）：41-42，47.
7	LUO Zhongtao， GUO Jinyang， LIU Xiaohai，et al.Preparation of ceramsite from lead-zinc tailings and coal gangue：Physical properties and solidification of heavy metals［J］.Construction and Building Materials，2023，368：130426.
8	童思意，刘长淼，刘玉林，等.我国固体废弃物制备陶粒的研究进展［J］.矿产保护与利用，2019，39（3）：140-150.
	TONG Siyi， LIU Changmiao， LIU Yulin，et al.Research status of ceramsite prepared from solid waste in China［J］.Conservation and Utilization of Mineral Resources，2019，39（3）：140-150.
9	SUN Jinke， ZHOU Chuncai， SHEN Hexin，et al.Green synthesis of ceramsite from industrial wastes and its application in selective adsorption：Performance and mechanism［J］.Environmental Research，2022，214：113786.
10	伍树森，罗亚历，李斌.陶粒的制备及其应用研究进展［J］.江苏陶瓷，2023，56（2）：25-28，31.
	WU Shusen， LUO Yali， LI Bin.Research progress on preparation and application of ceramsite［J］.Jiangsu Ceramics，2023，56（2）：25-28，31.
11	SHEN Dongsheng， ZHANG Pengqu， WU Shulin，et al.Enhanced biomethane production from waste activated sludge anaerobic digestion by ceramsite and amended Fe₂O₃ ceramsite［J］.Journal of Environmental Management，2024，351：119973.
12	马明亮，孙晓南，权宗刚，等.我国工业固废制备陶粒资源化利用的研究进展［J］.硅酸盐通报，2020，39（8）：2492-2500.
	MA Mingliang， SUN Xiaonan， QUAN Zonggang，et al.Research progress on resource utilization of ceramsite prepared from industrial solid waste in China［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2020，39（8）：2492-2500.
13	RILEY C M.Relation of chemical properties to the bloating of clays［J］.Journal of the American Ceramic Society，1951，34（4）：121-128.
14	范锦忠.提高陶粒膨胀率的有效措施［J］.砖瓦，2009（9）：97-101.
	FAN Jinzhong.Effective measures to improve expansion rate of ceramisite［J］.Block-Brick-Tile，2009（9）：97-101.
15	吕浩阳.重金属复合污染土壤资源化利用研究［D］.郑州：中原工学院，2017.
	Haoyang LÜ.The study of utilizing the heavy metal contaminnated soils as resource［D］.Zhengzhou：Zhongyuan University of Technology，2017.
16	张宪芝，何汇洲，刘松，等.重金属污染土壤修复后资源化利用制备陶粒［J］.砖瓦，2022（4）：55-58.
	ZHANG Xianzhi， HE Huizhou， LIU Song，et al.Using remediation of heavy metal contaminated soil to make ceramsite［J］.Brick-Tile，2022（4）：55-58.
17	JIAN Shouwei， WANG Danfeng， DENG Pin，et al.Preparation of lightweight aggregates using waste soil contaminated with heavy metals：Physical properties，microstructure and verification of heavy metal solidification through different leaching tests［J］.Journal of Building Engineering，2022，61：105243.
18	GAO Wenbin， JIAN Shouwei， LI Baodong，et al.Solidification of zinc in lightweight aggregate produced from contaminated soil［J］.Journal of Cleaner Production，2020，265：121784.
19	LI Chengming， SONG Bing， CHEN Zhiliang，et al.Immobilization of heavy metals in ceramsite prepared using contaminated soils：Effectiveness and potential mechanisms［J］.Chemosphere，2023，310：136846.
20	罗树琼，江壮壮，张海波，等.微波技术烧成拜耳法赤泥-渣土陶粒［J］.非金属矿，2022，45（4）：97-101，106.
	LUO Shuqiong， JIANG Zhuangzhuang， ZHANG Haibo，et al.Microwave technology sintering bayer red mud-muck ceramsites［J］.Non-Metallic Mines，2022，45（4）：97-101，106.
21	环境保护部. 铬渣干法解毒处理处置工程技术规范［S］.北京：中国环境科学出版社，2012.
22	庞超明，周杨帆，郦培娟，等.免烧轻集料的研究现状和发展综述［J］.硅酸盐通报，2022，41（6）：1849-1860.
	PANG Chaoming， ZHOU Yangfan， LI Peijuan，et al.Review on research status and development of non-sintered lightweight aggregate［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2022，41（6）：1849-1860.
23	PAN Huimin， SI Xiuyong， WANG Shuai，et al.Preparation of low-carbon and environmentally friendly non-sintered ceramsite （NSC） employing steel slag，GGBS and fly ash：Experiment and performance regulation［J］.Construction and Building Materials，2024，411：134438.
24	许龙.重金属污染土的固化修复及长期稳定性研究［D］.合肥：合肥工业大学，2012.
	XU Long.Research on remediation and long-term stability of solidified/stabilized heavy metal contaminnated soil［D］.Hefei：Hefei University of Technology，2012.
25	张晓亚，李佳丽，冯丽娟，等.城市污泥陶粒制备技术与应用研究进展［J］.无机盐工业，2022，54（9）：28-38.
	ZHANG Xiaoya， LI Jiali， FENG Lijuan，et al.Research progress on preparation technology and application of municipal sludge ceramsite［J］.Inorganic Chemicals Industry，2022，54（9）：28-38.
26	DONDI M， CAPPELLETTI P， D′AMORE M，et al.Lightweight aggregates from waste materials：Reappraisal of expansion behavior and prediction schemes for bloating［J］.Construction and Building Materials，2016，127：394-409.
27	周仕祺，李广坤，周于翔，等.污泥陶粒的烧制与改性研究进展［J］.再生资源与循环经济，2022，15（7）：43-47.
	ZHOU Shiqi， LI Guangkun， ZHOU Yuxiang，et al.Research progress on firing and modification of sludge ceramsite［J］.Recyclable Resources and Circular Economy，2022，15（7）：43-47.
28	石稳民，黄文海，罗金学，等.河湖淤泥制备陶粒轻集料的研究进展［J］.四川环境，2020，39（2）：193-200.
	SHI Wenmin， HUANG Wenhai， LUO Jinxue，et al.Research progress in manufacturing lightweight aggregate ceramsite from river and lake sediment［J］.Sichuan Environment，2020，39（2）：193-200.
29	杨时元，杨芳洁.陶粒原料浅析（二）［J］.砖瓦世界，2010（8）：42-53.
	YANG Shiyuan， YANG Fangjie.Analysis of ceramsite raw materials （2）［J］.Brick & Tile World，2010（8）：42-53.
30	荣辉，张鸿飞，张磊，等.造纸污泥掺量对污泥陶粒性能的影响［J］.硅酸盐通报，2019，38（9）：2972-2978.
	RONG Hui， ZHANG Hongfei， ZHANG Lei，et al.Effect of paper mill sludge content on the characteristics of sludge ceramsite［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2019，38（9）：2972-2978.
31	XU G R， ZOU J L， LI G B.Ceramsite obtained from water and wastewater sludge and its characteristics affected by（Fe₂O₃+CaO+MgO）/（SiO₂ +Al₂O₃）［J］.Water Research，2009，43（11）：2885-2893.
32	叶晶，怀志文，黄咏文，等.底泥陶粒在水生态修复中的应用［J］.中南农业科技，2023（5）：242-245.
	YE Jing， HUAI Zhiwen， HUANG Yongwen，et al.Application of sediment ceramsite in water ecological restoration［J］.South-Central Agricultural Science and Technology，2023（5）：242-245.
33	刘观发，曾超聪，王泽凯，等.钨冶炼渣制备高强烧结陶粒及其性能研究［J］.无机盐工业，2023，55（8）：132-139.
	LIU Guanfa， ZENG Chaocong， WANG Zekai，et al.Study on preparation of high strength sintered ceramsite from tungsten smelting slag and its property［J］.Inorganic Chemicals Industry，2023，55（8）：132-139.
34	牛改玲.吴忠市陶粒页岩烧胀性能影响因素的探讨［J］.中国非金属矿工业导刊，2021（4）：43-45，58.
	NIU Gailing.Study on the factors affecting the sintering and expanding property of haydite shale in Wuzhong［J］.China Non-Metallic Minerals Industry，2021（4）：43-45，58.
35	闫振甲，何艳君.陶粒生产实用技术［M］.北京：化学工业出版社，2006.
36	武胜萍，阎奕汝，孙蓬元.高强淤泥陶粒轻集料的性能与制备技术［J］.硅酸盐通报，2018，37（8）：2395-2399.
	WU Shengping， YAN Yiru， SUN Pengyuan.Performance and preparation techniques of high-strength ceramsite lightweight aggregates made of sendiment［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2018，37（8）：2395-2399.
37	ZHU Dan， MIN Fanfei， LV Wenbao.Research on preparation and properties of porous ceramsites sintered with high-ash coal sli-me［J］.Physicochemical Problems of Mineral Processing，2023，59（6）：172665.
38	HU Guangchao， YAN Kezhou， GAO Jianming，et al.A non-fired ceramsite construction material with enhanced lightweight high strength properties［J］.Construction and Building Materials，2023，371：130771.
39	郭梦岩，李沧，孙英凯，等.赤泥基免烧陶粒的制备及性能影响因素［J］.非金属矿，2023，46（3）：33-37.
	GUO Mengyan， LI Cang， SUN Yingkai，et al.Preparation and performance influencing factors of red mud-based non-sintered ceramsite［J］.Non-Metallic Mines，2023，46（3）：33-37.
40	ZHAO Qingxin， SHI Yuxuan， XUE Caihong，et al.Investigation of various curing methods on the properties of red mud-calcium carbide slag-based artificial lightweight aggregate ceramsite fabricated through alkali-activated cold-bonded pelletization technology［J］.Construction and Building Materials，2023，401：132956.
41	詹欣源.生活垃圾焚烧飞灰与电解锰渣重金属协同稳定化机理及陶粒资源化研究［D］.重庆：重庆大学，2020.
	ZHAN Xinyuan.Co-stabilization mechanism of heavy metals in MSWI fly ash and electrolytic manganese residue and ceramisite reutilization research［D］.Chongqing：Chongqing University，2020.
42	蹇守卫，余后梁，马保国，等.烧结对陶粒的性能及其重金属固化的影响［J］.硅酸盐通报，2018，37（1）：103-109.
	JIAN Shouwei， YU Houliang， MA Baoguo，et al.Effect of sintering on the properties of ceramsite and the solidification of heavy metals［J］.Bulletin of the Chinese Ceramic Society，2018，37（1）：103-109.
43	杨晓伟.危废基高强陶粒的制备及重金属稳定固化机理研究［D］.济南：齐鲁工业大学，2021.
	YANG Xiaowei.Study on preparation of high strength ceramsitebased on hazardous waste and mechanism of stable solidification of heavy metals［D］.Jinan：Qilu University of Technology，2021.
44	徐佳丽，黄国蕾，陈云嫩.轻度重金属污染土壤建材资源化及其环境影响［J］.中国资源综合利用，2023，41（1）：85-88， 98.
	XU Jiali， HUANG Guolei， CHEN Yunnen.Building material recycling of light heavy metal contaminated soil and its environmental impact［J］.China Resources Comprehensive Utilization，2023，41（1）：85-88，98.
45	胥广震.铬渣污染场地土壤烧结制取陶粒研究［D］.沈阳：沈阳航空航天大学，2012.
	XU Guangzhen.The reserch of ceramsite sintering under soil contaminated by chromate-containing slag［D］.Shenyang：Shenyang Aerospace University，2012.
46	SHAO Yingying， SHAO Yanqiu， ZHANG Weiyi，et al.Preparation of municipal solid waste incineration fly ash-based ceramsite and its mechanisms of heavy metal immobilization［J］.Waste Management，2022，143：54-60.
47	石秀.铬污染土壤烧制轻集料的研究［D］.重庆：重庆大学，2013.
	SHI Xiu.Study on firing lightweight aggregate of chromium contaminated soil［D］.Chongqing：Chongqing University，2013.
48	GAO Wenbin， JIAN Shouwei， LI Xiangguo，et al.The use of contaminated soil and lithium slag for the production of sustainable lightweight aggregate［J］.Journal of Cleaner Production，2022，348：131361.
49	于桢泽，姜博，张楠，等.污泥制备陶粒滤料在水处理方向的应用与未来［J］.皮革制作与环保科技，2022，3（15）：180- 182.
	YU Zhenze， JIANG Bo， ZHANG Nan，et al.Progress and application of ssite filter material in water treatment［J］.Leather Manufacture and Environmental Technology，2022，3（15）：180-182.
50	方伟成，程星星，孙常荣.响应曲面法优化污泥/粉煤灰复合陶粒滤料的制备［J］.无机盐工业，2022，54（9）：119-125，142.
	FANG Weicheng， CHENG Xingxing， SUN Changrong.Optimization of preparation of sludge/fly ash composite ceramsite filler materials by response surface methodology［J］.Inorganic Chemicals Industry，2022，54（9）：119-125，142.
51	李思文，李冠杰，姜博，等.污泥/油页岩半焦陶粒制备优化及其在污水处理中的应用研究［J］.环境工程，2023，41（S2）：114-117，124.
	LI Siwen， LI Guanjie， JIANG Bo，et al.Preparation optimization of sludge/oil shale semi-coke ceramsite and its application in sewage treatment［J］.Environmental Engineering，2023，41（S2）：114-117，124.
52	张云昊，柴轶凡，安胜利，等.选冶固废制备陶粒技术研究现状及展望［J］.金属矿山，2022（7）：259-266.
	ZHANG Yunhao， CHAI Yifan， AN Shengli，et al.Research status and prospects of ceramsite preparation technology using selecting and smelting solid waste［J］.Metal Mine，2022（7）：259-266.
53	DING Donghai， JIANG Wei， XIAO Guoqing，et al.Effects of CaO addition on the properties and microstructure of low-grade bauxite-based lightweight ceramic proppant［J］.Journal of the Australian Ceramic Society，2023，59（4）：957-967.

污染土壤来源	主要化学成分质量分数/%
污染土壤来源	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	MgO	Na₂O	K₂O	Cr₂O₃
重庆市^［5］	61.16	17.64	5.83	2.05	3.22	1.34	2.58	0.27
甘肃省^［15］	42.28	12.64	20.75	6.63	6.71	0.85	1.56
浙江省^［16］	62.50	12.42	3.15	3.01	1.42	1.10	2.85
	62.56	14.86	1.77	3.09	1.24	1.34	2.45
	66.28	15.24	2.04	1.02	0.78	1.54	2.75
湖北省^［17-18］	62.81	17.69	5.15	0.50	1.07	0.42	2.09
湖北省^［17-18］	64.00	13.91	5.60	1.27	0.83	0.33	1.74
江苏省^［19］	63.92	18.65	7.20	2.95	1.95	1.80	1.51
河南省^［20］	62.44	14.55	4.10	5.61	2.21	1.35	2.47

[1]	史耘澎, 郭泽, 张汉泉, 路漫漫. 磷尾矿焙烧产品处理氨氮废水的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 94-100.
[2]	毛诗泽. 微波焙烧活化煤矸石改善混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(3): 86-93.
[3]	曾一钧, 蒋子文, 蹇成宗, 全学军. 铬铁矿无钙焙烧渣中铬的深度提取研究[J]. 无机盐工业, 2025, 57(1): 90-96.
[4]	方小宁, 匡飞, 刘程琳. 钾长石混盐焙烧-浸出提钾过程研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(5): 53-57.
[5]	赵飞燕, 张小东, 杜艳霞, 王强, 李小燕. 粉煤灰陶粒的制备技术及研究进展[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 16-23.
[6]	钱志慧, 朱琴, 马姣, 郭昱娇, 向明武, 郭俊明. 纳米级LiNi_0.05Mn_1.95O₄正极材料制备及电化学性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 50-56.
[7]	李快, 栗照帅, 董庭轩, 李丹, 郭生伟, 韩凤兰. 湿法磁选对粉煤灰中铁和重金属元素的分布影响研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(4): 98-104.
[8]	张雅琪, 陈喜平, 孙宁宁. 阳极炭渣催化脱碳制备冰晶石工艺研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(3): 91-97.
[9]	倪栋, 唐亮, 何兆益, 王健, 裴姗姗, 夏磊. 电解锰渣对熟石灰-矿渣体系硫酸盐激发性能研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(11): 151-157.
[10]	李强, 由晓敏, 佘雪峰, 姜泽毅, 薛庆国, 王静松. 焙烧温度与碳结构对钙碳球团抗压强度的影响[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 43-49.
[11]	李超, 王丽萍, 戴崟, 高桂梅, 张云峰, 洪雨, 许立军, 崔永杰. 高硅渣碱熔水热合成13X分子筛及吸附铅铜锌离子研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 88-93.
[12]	罗文波, 李恒, 吕钧, 杨林光, 赵兴凡, 龙潇. 从工业硅渣中回收硅和铝的研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 94-99.
[13]	刘观发, 曾超聪, 王泽凯, 曾祥荣, 黄万抚. 钨冶炼渣制备高强烧结陶粒及其性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 132-139.
[14]	张鹏, 董珊珊, 王雨露, 赵月龙. 磁性黄原酸化壳聚糖合成及表征[J]. 无机盐工业, 2023, 55(7): 89-96.
[15]	王本雷, 张桂生, 蒋凌云, 李晨, 王鹏飞, 李继霞, 臧甲忠. 羰基合成废铑液焙烧回收铑制备三氯化铑工艺研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(6): 104-108.

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