申請(qǐng)日2015.07.14
公開(公告)日2017.07.04
IPC分類號(hào)C02F11/14; C04B7/147
摘要
本發(fā)明公開了一種冶煉廢渣協(xié)同固化含砷及其它重金屬污泥的方法，該方法以冶金工業(yè)含砷及其它重金屬污泥、鉛鋅冶煉渣、石灰石等為原料，通過(guò)混配、球磨、注模、成型、養(yǎng)護(hù)等工藝制備得到成品，通過(guò)本發(fā)明方法充分利用了冶金行業(yè)中的廢物資源;解決含砷及其它重金屬污泥固化的問題，同時(shí)可以將廢棄物再利用，環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益顯著。
權(quán)利要求書
1.一種冶煉廢渣協(xié)同固化含砷及其它重金屬污泥的方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行：
(1)將含砷及其它重金屬污泥干燥并粉碎;
(2)將鉛鋅冶煉渣、石灰石、膠凝固化劑混合后進(jìn)行球磨，球磨后物料中添加步驟(1)干燥粉碎后的含砷及其它重金屬污泥，還添加水，攪拌制得混合物料;
(3)將混合物料進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，即得到含砷及其它重金屬污泥固化塊;
所述的含砷及其它重金屬污泥的來(lái)源是冶金工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量酸性廢水，對(duì)這類廢水采用石灰中和沉淀處理使重金屬以氫氧化物的形式沉淀析出，產(chǎn)生的大量含Zn、As、Cd的混合污泥;
所述的含砷及其它重金屬污泥主要成分及質(zhì)量百分比為：As0.47%～6.81%、Pb0%～0.47%、Zn0.05%～11.56%、Cd0.48%～0.84%、Mg1.48%～2.60%、Fe0.23%～0.61%;
將步驟(1)中含砷及其它重金屬污泥干燥至含水率在10%～50%，并粉碎至粒度為80～100目;
步驟(2)中所述的膠凝固化劑的制備過(guò)程為：Ca(OH)2與SiO2摩爾比為2:1～4:1，在1300℃～1700℃煅燒1～4小時(shí);Ca(OH)2與Al2O3摩爾比為5:1～7:1，在1200℃～1600℃煅燒1～5小時(shí);燒成后兩種物料按照質(zhì)量比3:1～5:1條件下混合制成膠凝固化劑;
步驟(2)中將質(zhì)量百分比20%～40%的鉛鋅冶煉渣、質(zhì)量百分比2%～4%的石灰石、質(zhì)量百分比4%～8%的膠凝固化劑混合進(jìn)行球磨，球磨后物料添加質(zhì)量百分比50%～70%的含砷及其它重金屬污泥;
步驟(2)球磨后的物料粒徑控制在30～80μm;
步驟(3)中將混合物料澆注成型，進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件1～3天，溫度20～35℃，濕度90%～100%，即得到含砷及其它重金屬污泥固化塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冶煉廢渣協(xié)同固化含砷及其它重金屬污泥的方法，其特征在于，步驟(2)球磨后的物料添加含砷及其它重金屬污泥，水的添加量為物料質(zhì)量的30%～33%，進(jìn)行攪拌，制得混合物料。
說(shuō)明書
一種冶煉廢渣協(xié)同固化含砷及其它重金屬污泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種冶煉廢渣協(xié)同固化含砷及其它重金屬污泥的方法，是一種對(duì)冶金行業(yè)含砷及其它重金屬污泥無(wú)害化新技術(shù)，屬于能源化學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
冶金工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量酸性廢水。對(duì)這類廢水目前通常采用石灰中和沉淀處理。使重金屬以氫氧化物的形式沉淀析出，產(chǎn)生大量含Zn、As、Cd的混合污泥。由于含砷及其它重金屬污泥中的砷、鋅和鉻等重金屬氫氧化物是一種非穩(wěn)定狀態(tài)，如果任意堆放，在雨水淋溶作用下，重金屬有可能再溶出而污染土壤或地下水造成環(huán)境生態(tài)的危害，因此該重金屬污泥一般均歸為危險(xiǎn)廢物，因此對(duì)含砷及其它重金屬污泥進(jìn)行無(wú)害化處理與處置具有很現(xiàn)實(shí)的意義。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上特點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種冶煉廢渣高效協(xié)同固化含砷及其它重金屬污泥的方法，該方法以冶金工業(yè)含砷及其它重金屬污泥、石灰石、鉛鋅冶煉渣等為原料，通過(guò)混配、球磨、注模、成型、養(yǎng)護(hù)等工藝制備得到固化塊。
本發(fā)明方法通過(guò)如下具體實(shí)施過(guò)程實(shí)現(xiàn)：
一種冶煉廢渣協(xié)同固化含砷及其它重金屬污泥的方法，按如下步驟進(jìn)行：
(1)將含砷及其它重金屬污泥干燥并粉碎;
(2)將鉛鋅冶煉渣、石灰石、膠凝固化劑混合后進(jìn)行球磨，球磨后物料中添加步驟(1)干燥粉碎后的含砷及其它重金屬污泥，還添加水，攪拌制得混合物料;
(3)將混合物料進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，即得到含砷及其它重金屬污泥固化塊。
所述的含砷及其它重金屬污泥的來(lái)源是冶金工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量酸性廢水，對(duì)這類廢水采用石灰中和沉淀處理使重金屬以氫氧化物的形式沉淀析出，產(chǎn)生的大量含Zn、As、Cd的混合污泥。
所述的含砷及其它重金屬污泥主要成分及質(zhì)量百分比為：As0.47%～6.81%、Pb0%～0.47%、Zn0.05%～11.56%、Cd0.48%～0.84%、Mg1.48%～2.60%、Fe0.23%～0.61%。
將步驟(1)中含砷及其它重金屬污泥干燥至含水率在10%～50%，并粉碎至粒度為80～100目。
步驟(2)中所述的膠凝固化劑為Ca(OH)2與SiO2摩爾比為2:1～4:1，優(yōu)選3:1，在1300℃～1700℃(優(yōu)選1450-1550℃)煅燒后制成;Ca(OH)2與Al2O3摩爾比為5:1～7:1，優(yōu)選6:1，在1200℃～1600℃(優(yōu)選1300-1500℃)煅燒后制成;燒成后兩種物料按照質(zhì)量比3:1～5:1(優(yōu)選4:1)條件下混合制成膠凝固化劑。Ca(OH)2與SiO2煅燒1～4小時(shí)，優(yōu)選1.5-2.5小時(shí);Ca(OH)2與Al2O3煅燒1～5小時(shí)，優(yōu)選2-4小時(shí)。
步驟(2)中將質(zhì)量百分比20%～40%的鉛鋅冶煉渣、質(zhì)量百分比2%～4%的石灰石、質(zhì)量百分比4%～8%的膠凝固化劑混合進(jìn)行球磨，球磨后物料添加質(zhì)量百分比50%～70%的含砷及其它重金屬污泥。
步驟(2)球磨后的物料添加含砷及其它重金屬污泥，水的添加量為物料質(zhì)量的30%～33%，對(duì)混合物料進(jìn)行攪拌，制得混合物料。
步驟(2)球磨后的物料過(guò)80μm的篩網(wǎng)，篩余量不超過(guò)10%。
步驟(3)中將混合物料澆注成型，進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件1～3天，溫度20～35℃，濕度90%～100%，即得到含砷及其它重金屬污泥固化塊。
本發(fā)明得到的含砷及其它重金屬污泥固化塊按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行毒性浸出和強(qiáng)度測(cè)試。
本發(fā)明添加劑為膠凝固化劑與石灰石的混合固化劑。
本發(fā)明所述鉛鋅冶煉渣為鉛鋅火法冶煉過(guò)程所產(chǎn)生的高溫渣，包括但不局限于揮發(fā)窯渣、煙化爐渣等，鉛鋅冶煉渣風(fēng)干后即可使用。主要成分及質(zhì)量百分比為：Fe25.25%～35.23%、Si13.13%～15.93%、Al3.15%～4.63%、Zn1.05%～4.56%、K0.38%～2.34%、Mg0.48%～2.10%、Pb0.17%～0.53%。
本發(fā)明中處理的含砷及其它重金屬污泥為鉛鋅冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水，經(jīng)石灰沉淀處理后產(chǎn)生的含砷等重金屬污泥，包括但不局限于污酸渣、廢水中和渣等。
由于含砷及其它重金屬污泥自身的缺陷導(dǎo)致固化體可能強(qiáng)度低，增容比大等問題，石灰石的添加十分重要。污泥中主要物相為二水硫酸鈣、及少量半水硫酸鈣與氫氧化鈣。石灰石可以改變硫酸鈣鹽的晶型，并且石灰石、冶煉渣與膠凝固化劑球磨會(huì)有少量石灰石變成石灰，石灰可以改變?cè)现幸恍┗瘜W(xué)性質(zhì)，并提高反應(yīng)速度，從而更好的固化污泥中的重金屬。通過(guò)添加劑來(lái)彌補(bǔ)早期原料帶來(lái)的強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，采用普遍的震動(dòng)澆注成型節(jié)省成本，養(yǎng)護(hù)可以降低石膏膨脹同時(shí)可以增加成品的強(qiáng)度。
本發(fā)明中添加劑為自制膠凝固化劑與石灰石，鉛鋅冶煉渣為惰性膠凝材料，需要激發(fā)劑激發(fā)才能產(chǎn)生效應(yīng)。本發(fā)明中自制的膠凝固化劑與含砷及其它重金屬污泥中的硫酸鈣鹽形成早期固化塊強(qiáng)度框架，并且形成一定晶種誘發(fā)冶煉渣的反應(yīng)。鉛鋅冶煉渣中有效成分在膠凝固化劑與污泥中氫氧化鈣的激發(fā)下生成類似于水泥成分的膠凝材料，此類材料充分固化含砷及其它重金屬污泥中的重金屬成分，同時(shí)提高固化體的強(qiáng)度。外加石灰石可以改善含砷及其它重金屬污泥的性質(zhì)，對(duì)于破壞冶煉渣中Si-O鍵起到一定催化作用，由于原料本身含鈣很高容易膨脹，導(dǎo)致固化塊強(qiáng)度下降，所以要注意石灰石的添加量。
本發(fā)明中球磨后物料粒度需要控制在30～80μm，當(dāng)粒度高于80μm時(shí)，加入水后其水化反應(yīng)較慢，需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，導(dǎo)致前期強(qiáng)度過(guò)低，無(wú)法滿足強(qiáng)度要求。當(dāng)粒度低于30μm時(shí)，加入水后物料發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，球磨后的材料無(wú)法充分與含砷及其它重金屬污泥充分接觸，也導(dǎo)致水化反應(yīng)不能充分進(jìn)行，并且球磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)增加成本，最佳粒度控制在30～80μm。
本發(fā)明中自制膠凝固化劑加入量超過(guò)8%時(shí)固化塊強(qiáng)度提高效果不明顯，并且加大經(jīng)濟(jì)成本，當(dāng)?shù)陀?%時(shí)固化體強(qiáng)度下降明顯，并且砷的浸出濃度增加。當(dāng)石灰石加入量超過(guò)4%時(shí)，固化體強(qiáng)度有明顯降低，低于2%時(shí)固化體強(qiáng)度與未添加效果相同。通過(guò)探索實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)添加劑添加量在10%時(shí)效果較佳。
本發(fā)明中采用的原料既增強(qiáng)固化塊性能同時(shí)減少成本，充分體現(xiàn)了廢棄物綜合利用的新思路，例如鉛鋅冶煉渣作為膠凝材料替代了傳統(tǒng)水泥成分，減少成本的同時(shí)增加了固化塊的強(qiáng)度;采用自然的養(yǎng)護(hù)方法，可以更好的抑制硫酸鈣的膨脹，改善固化塊的整體強(qiáng)度。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)如下：
(1)解決了含砷及其它重金屬污泥固化穩(wěn)定化的問題;
(2)采用以廢治廢的方法，以工業(yè)污泥和工業(yè)廢渣為主要原料，充分利用了冶金行業(yè)中的廢物資源。
