本發(fā)明涉及砷酸鐵渣的無(wú)害化處理工藝，具體涉及一種砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法。
背景技術(shù)：
濕法冶金處理許多硫化礦（如銅礦或鉛礦）以及某些氧化礦（如鈾礦）時(shí)常常導(dǎo)致砷的溶解，使溶液中的砷含量升高，必須將砷從溶液中除去，使其成為符合環(huán)境保護(hù)要求的形態(tài)。高砷溶液采用亞鐵鹽空氣氧化法沉砷，以制備一種含砷率高、具有晶體結(jié)構(gòu)的含砷固體臭蔥石（砷酸鐵），該方法已成功地應(yīng)用于處置砷。然而，砷酸鐵屬于危險(xiǎn)廢物，危害性較大，當(dāng)考慮到沉淀物的Fe/As比和樣品的結(jié)晶性時(shí)，如在Fe/As比為1∶1時(shí)形成的非晶FeAsO4·xH2O是比較容易溶解的，因此必須對(duì)其進(jìn)一步處理，避免造成二次環(huán)境污染，以達(dá)到安全、環(huán)保的目的。
目前處理含砷廢渣的方法主要有兩種，第一種是用冶金的方法，包括濕法或火法，其中火法的方法為添加還原劑將含砷物料還原為As2O3，將其揮發(fā)后收集，獲得白砷，但白砷市場(chǎng)有限，且煅燒后的殘?jiān)院猩?，存在污染?yán)重等缺點(diǎn)；濕法的方法為采用酸浸或堿浸先將砷從廢渣中分離，然后再進(jìn)一步回收砷產(chǎn)品，雖然濕法具有能耗低、污染少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是流程復(fù)雜，處理成本較高。
第二種方法是固化法，用物理、化學(xué)方法將含砷廢渣固定或包容在惰性固體基質(zhì)內(nèi)，使之呈現(xiàn)化學(xué)穩(wěn)定性或密封性。
公開(kāi)號(hào)為CN105215047A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種硫化砷廢渣的穩(wěn)定固化方法，提出了向待處理的硫化砷渣中加入重金屬污泥，調(diào)漿后，在攪拌狀態(tài)下向漿液中加入氫氧化鈣粉末，繼續(xù)攪拌直至泥漿狀物料中的黃色物質(zhì)全部消失后，繼續(xù)加入黃沙和水泥，冷卻至常溫，成型后，常溫養(yǎng)護(hù)再填埋。此工藝添加的物料多，將砷含量大大稀釋，得不到集中處理，不利于環(huán)保，且操作比較繁瑣。
公開(kāi)號(hào)為CN105499250A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種硫化脫砷渣穩(wěn)定化處理方法，將水泥熟料、礦渣和銅渣按比例混合后球磨、過(guò)篩，制備膠凝材料；硫化砷渣與電石渣按比例混合、陳化預(yù)處理24h；預(yù)處理硫化砷渣與自制膠凝材料配料，加膠凝材料量0.4～0.5wt%的氯化鈣或氯化鈣與氯化鈉的混合物作外加劑，控制物料水分，在臥式攪拌機(jī)進(jìn)行混合，達(dá)到宏觀均化，再放入連續(xù)混捏擠出機(jī)中進(jìn)行強(qiáng)制混合、擠出、切割、自然養(yǎng)護(hù)、0.8～1.0MPa蒸汽養(yǎng)護(hù)10h。此工藝流程長(zhǎng)，包括膠凝材料的制備、硫化砷渣的預(yù)處理以及外加添加劑，操作復(fù)雜，且需較長(zhǎng)時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，能耗很大。
公開(kāi)號(hào)為CN104263373A的中國(guó)專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種高濃度砷礦廢渣無(wú)害化處理穩(wěn)定固化劑及應(yīng)用，該穩(wěn)定固化劑按重量百分比由硅酸鹽水泥20%～60%、硫酸亞鐵10%～20%及粉煤灰20%～70%組成，各原料自由水含量不高于3%，各原料的重量比之和為100%。但該專利文獻(xiàn)添加的硅酸鹽水泥、硫酸亞鐵量大，且對(duì)硅酸鹽水泥、粉煤灰的成份都有一定的要求，成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法，該方法可直接產(chǎn)出硫砷鐵礦，不僅能夠有效防止廢渣中砷的溶出，不隨時(shí)間反彈，而且穩(wěn)定固化后的硫砷鐵礦強(qiáng)度高，比重大，耐水性能好，可用于配重，消除了含砷渣堆存引起的環(huán)境隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷渣的穩(wěn)定固化。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法，所述方法包括將砷酸鐵渣、添加劑和還原劑混合均勻，經(jīng)成型和還原，得到硫砷鐵礦，完成穩(wěn)定固化處理。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述添加劑的質(zhì)量為所述砷酸鐵渣中所含砷酸鐵質(zhì)量的30%～50%，所述還原劑的質(zhì)量為所述砷酸鐵渣中所含砷酸鐵質(zhì)量的10%～25%。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述砷酸鐵渣主要由砷酸鐵、砷酸鈣、砷酸鋅、砷酸銅和水組成（其余為雜質(zhì)），按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，所述砷酸鈣為1%～5%，所述砷酸鋅為1%～3%，所述砷酸銅為1%～5%，所述水為30%～55%，所述砷酸鐵為30%～65%。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述砷酸鐵渣是由含砷溶液經(jīng)中和-鐵鹽氧化法脫砷后所得到的渣。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述添加劑為二硫化亞鐵、硫化亞鐵和三硫化二鐵中的一種或多種。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述還原劑為粉煤、木炭和活性炭中的一種或多種。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述砷酸鐵渣、添加劑和還原劑在混合前進(jìn)行破碎，破碎至粒度小于120μm的顆粒占98%以上。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述成型為壓片成型；和/或，所述成型的溫度為室溫，所述成型的壓力為3MPa～10MPa，所述成型時(shí)的保壓時(shí)間為0.5s～10.0s。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述還原為碳熱還原；和/或，所述還原的溫度為750℃～1100℃，所述碳熱還原的時(shí)間為1.5h～4h。
上述的砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法中，優(yōu)選的，所述成型后先晾2～3天，再進(jìn)行還原。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
本發(fā)明用于砷酸鐵渣處理時(shí)，直接產(chǎn)出硫砷鐵礦，不僅能夠有效防止廢渣中砷的溶出，不隨時(shí)間反彈，而且穩(wěn)定固化后的硫砷鐵礦強(qiáng)度高，比重大，耐水性能好，可用于配重，消除了砷渣直接堆存引起的環(huán)境隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷渣的穩(wěn)定固化，元素砷進(jìn)硫砷鐵礦的比例達(dá)90%以上。
本發(fā)明相比于砷酸鐵渣采用其他火法冶金、濕法冶金或者固化等現(xiàn)有技術(shù)處理，采用將砷酸鐵渣與添加劑和還原劑經(jīng)壓片成型、碳熱還原后產(chǎn)出硫砷鐵礦的工藝明顯具有創(chuàng)新性，其涉及的原理為砷酸鐵渣與添加劑及還原劑混勻后經(jīng)還原生成硫砷鐵礦、二氧化碳和鐵單質(zhì)，將砷酸鐵渣穩(wěn)定固化，對(duì)環(huán)境友好，且效果顯著。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法的工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說(shuō)明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。
實(shí)施例1：
一種砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法，包括以下步驟：
（1）將砷酸鐵渣、添加劑和還原劑先分別進(jìn)行破碎，使粒度小于120μm的原料顆粒占98%以上，然后混合均勻，得到混合原料。
（2）將混合原料置于成型模具中，進(jìn)行成型（優(yōu)選壓片成型），成型壓力為6.2MPa，成型溫度為室溫，保壓時(shí)間為7.5s，得到成型件，脫模后晾干48h。
（3）將晾干后的成型件投加至電爐中進(jìn)行還原（具體為碳熱還原），開(kāi)啟電收塵，控制還原溫度為800℃，還原時(shí)間為2.5h，經(jīng)還原后，得到硫砷鐵礦，硫砷鐵礦可用于配重，還原產(chǎn)生的煙氣經(jīng)凈化后外排。
本實(shí)施例中，砷酸鐵渣的組成為：按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，砷酸鐵53.42%、砷酸鈣3.27%、砷酸鋅2.64%、砷酸銅3.95%、含水32.94%，其余為雜質(zhì)。
本實(shí)施例中，砷酸鐵渣是由含砷溶液（As：18.09g/L）經(jīng)中和-鐵鹽氧化法（常規(guī)方法）脫砷后所得到的渣。
本實(shí)施例中，添加劑為二硫化亞鐵，二硫化亞鐵的質(zhì)量為砷酸鐵質(zhì)量的37.86%。
本實(shí)施例中，還原劑為粉煤和木炭的混合物，其中粉煤為砷酸鐵質(zhì)量的10.26%，木炭為砷酸鐵質(zhì)量的9.21%。
本實(shí)施例所得產(chǎn)物中，硫砷鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83.61%，鐵單質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.75%，元素砷進(jìn)入硫砷鐵礦中的質(zhì)量比為96.24%。在還原過(guò)程中，由于傳質(zhì)原因，少量砷酸鐵鹽只與還原劑接觸而不是砷酸鐵鹽、還原劑及添加劑三者接觸，因此，少量砷（3.76 wt.%）被還原為白砷（As2O3）并揮發(fā)。
本發(fā)明的方法可直接產(chǎn)出硫砷鐵礦，不僅能夠有效防止廢渣中砷的溶出，不隨時(shí)間反彈，而且穩(wěn)定固化后的硫砷鐵礦強(qiáng)度高（不易碎），比重大，耐水性能好，可用于配重，消除了含砷渣堆存引起的環(huán)境隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷渣的穩(wěn)定固化。
實(shí)施例2：
一種砷酸鐵渣的穩(wěn)定固化方法，包括以下步驟：
（1）將砷酸鐵渣、添加劑和還原劑先分別進(jìn)行破碎，使粒度小于120μm的原料顆粒占98%以上，然后混合均勻，得到混合原料。
（2）將混合原料置于成型模具中，進(jìn)行成型（優(yōu)選壓片成型），成型壓力為7.0MPa，成型溫度為室溫，保壓時(shí)間為4.6s，得到成型件，脫模后晾干48h。
（3）將晾干后的成型件投加至電爐中進(jìn)行還原，開(kāi)啟電收塵，控制還原溫度為1050℃，還原時(shí)間為2.0h，經(jīng)還原后，得到硫砷鐵礦，硫砷鐵礦可用于配重，還原產(chǎn)生的煙氣經(jīng)凈化后外排。
本實(shí)施例中，砷酸鐵渣的組成為：按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，砷酸鐵42.39%、砷酸鈣1.59%、砷酸鋅2.08%%、砷酸銅4.47%、含水45.61%，其余為雜質(zhì)。
本實(shí)施例中，砷酸鐵渣是由含砷溶液（As：26.59g/L）經(jīng)中和-鐵鹽氧化法脫砷后所得到的渣。
本實(shí)施例中，添加劑三硫化二鐵和硫化亞鐵的混合物，其中三硫化二鐵為砷酸鐵質(zhì)量的34.52%，硫化亞鐵為砷酸鐵質(zhì)量的13.65%。
本實(shí)施例中，還原劑為活性炭，其中活性炭為砷酸鐵質(zhì)量的21.84%。
本實(shí)施例所得產(chǎn)物中，硫砷鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80.92%，鐵單質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.47%，元素砷進(jìn)入硫砷鐵礦中的質(zhì)量比為94.57%。在還原過(guò)程中，由于傳質(zhì)原因，少量砷酸鐵鹽只與還原劑接觸而不是砷酸鐵鹽、還原劑及添加劑三者接觸，因此，少量砷（5.43 wt.%）被還原為白砷（As2O3）并揮發(fā)。
本發(fā)明的方法可直接產(chǎn)出硫砷鐵礦，不僅能夠有效防止廢渣中砷的溶出，不隨時(shí)間反彈，而且穩(wěn)定固化后的硫砷鐵礦強(qiáng)度高，比重大，耐水性能好，可用于配重，消除了含砷渣堆存引起的環(huán)境隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)砷渣的穩(wěn)定固化。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。