汞尾礦陶瓷骨料及其制造方法
【專利摘要】“汞尾礦陶瓷骨料及其制造方法”涉及固體廢物治理、長(zhǎng)期安全性、骨料生產(chǎn)，按照汞尾礦:粘土﹦25—65:35—75重量比配料，將汞尾礦與粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的粘土或陶瓷粘土及還原劑充分混合，用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑10—20毫米，長(zhǎng)度10—30毫米的陶瓷骨料素坯；回轉(zhuǎn)窯干燥、燒成為陶瓷骨料，將陶瓷骨料以自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到汞尾礦陶瓷骨料產(chǎn)品，汞尾礦陶瓷骨料浸出液中汞＜0.01mg/L；用于混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料、路面滲水材料。
【專利說明】
汞尾礦陶瓷骨料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種汞尾礦陶瓷骨料及其制造方法，屬于危險(xiǎn)廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]汞污染已成為全球性議題。汞是有毒重金屬，它具有持久性、長(zhǎng)距離迀移性和生物富集性，可以通過空氣、水和食品進(jìn)入人體。汞污染對(duì)人體健康危害極大，對(duì)于孕婦和嬰幼兒尤其嚴(yán)重。
[0003]我國(guó)是全球最大的汞生產(chǎn)國(guó)、使用國(guó)和排放國(guó)。2007年全國(guó)汞產(chǎn)量為798噸，占世界汞產(chǎn)量的53.1%，居全球首位。近年我國(guó)汞產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速，中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，2012年全國(guó)汞產(chǎn)量達(dá)到1347噸。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《汞排放定量定性估算工具包》中的所有11大類59小類排放源在我國(guó)基本都存在。現(xiàn)有估算數(shù)據(jù)表明，我國(guó)每年向大氣排放的汞量在500-700噸之間，約占全球大氣汞排放量的30%。
[0004]汞礦石選礦的流程有預(yù)選、重選、浮選、重選一浮選聯(lián)合流程和選冶聯(lián)合流程等。手選是汞礦石傳統(tǒng)的預(yù)選方法。手選可以得到精礦和拋掉部分廢石。礦石粒度為20?100_時(shí)，手選廢石拋出率可達(dá)40 %?80 %。礦石中伴生少量褐鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦。脈石礦物以方解石、白云石為主，有少量重晶石。
[0005]汞礦工業(yè)品位是0.08—0.1 %，汞礦開采排出大量汞尾礦，其中汞及其化合物隨雨水進(jìn)入土壤、水體，水底、在微生物作用下形成有機(jī)汞，有機(jī)汞危害更大，有機(jī)汞、汞和各種汞化合物嚴(yán)重污染環(huán)境。以千萬噸計(jì)的汞尾礦如不治理，將長(zhǎng)期污染我國(guó)環(huán)境。
[0006]我國(guó)年產(chǎn)生固體廢物數(shù)億噸，危險(xiǎn)廢物目前年產(chǎn)生量6000萬噸左右，還在逐年增加，我國(guó)人口和工業(yè)集中在東部，大量的垃圾焚燒飛機(jī)殘?jiān)?、固體廢物、危險(xiǎn)廢物的填埋地不但需要長(zhǎng)期的管理、維護(hù)，還會(huì)占據(jù)我國(guó)東部有限的土地，大量填埋地也是今后國(guó)土安全的重大隱患。
[0007]應(yīng)該為固體廢物、危險(xiǎn)廢物、焚燒飛灰、殘?jiān)业匠雎?，出路?yīng)該是形成某種商品并且是經(jīng)濟(jì)的、永久安全的，這種商品本身具有巨大的市場(chǎng)需求量，足夠容納由固體廢物、危險(xiǎn)廢物、焚燒飛灰、殘?jiān)纬傻男碌?、合格的商品的?shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
汞尾礦陶瓷骨料，其特征在于汞尾礦陶瓷骨料用汞尾礦和粘土 (普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土 )制造，汞尾礦陶瓷骨料的浸出液中汞<0.01mg/L;汞尾礦陶瓷骨料的堆積密度200kg—1800kg/m3，用作混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料。
[0009]汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于包括以下步驟:
a.備料:將汞尾礦調(diào)整為含水率30—50 % (濕基)，并在球磨機(jī)中球磨成為80—120目的汞尾礦泥漿，干燥粘土 (普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)，并用干法粉碎成為細(xì)度40—120目的粘土粉;或者將上述萊尾礦和粘土分別干燥、粉碎成為80—120目粉末后備用；
b.配料攪拌混合:汞尾礦:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)，汞尾礦泥漿與干燥的粘土粉充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔?或者上述汞尾礦和粘土均是干燥粉料時(shí)經(jīng)過充分混合后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—25% (濕基)的混合泥料;根據(jù)汞尾礦與粘土中的硅酸鹽含量調(diào)整比例，使混合泥料中有足夠的成瓷物質(zhì);盡量減少粘土加入的比例，以達(dá)到最終物質(zhì)減量和節(jié)能的效果；
c.擠制造粒:將上述混合泥料用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑10—20毫米，長(zhǎng)度15—30毫米的汞尾礦陶瓷骨料素坯；
d.回轉(zhuǎn)窯燒成:將成型的濕的汞尾礦陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，通過回轉(zhuǎn)窯到達(dá)回轉(zhuǎn)窯出口逐步完成干燥、燒成全過程，燒成溫度1100—1300 °C，成為汞尾礦陶瓷骨料；
e.冷卻:將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的汞尾礦陶瓷骨料經(jīng)過自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到汞尾礦陶瓷骨料產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的粘土。
[0011]本發(fā)明汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用陶瓷粘土，步驟d中采用燒成溫度1210—1300°C。
[0012]本發(fā)明汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a、b中按照汞尾礦:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)配料，共同干燥、粉碎成為80—120目粉末后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—30 % (濕基)的混合泥料。
[0013]本發(fā)明汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于在配料中加入1-3%的還原劑，還原劑是煤和/或焦炭和/或粉煤灰和/或爐渣或者其他具有還原性的有機(jī)物。
[0014]采用已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土是因?yàn)?、汞尾礦陶瓷骨料制造中需要大量硅酸鹽礦物，被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土含有大量硅酸鹽礦物2、我國(guó)以前幾十年來危險(xiǎn)廢物隨意堆放，污染了大量土壤，這些土壤中的有害物質(zhì)含量甚至達(dá)到危險(xiǎn)廢物的水平，這些土壤也必須治理3、由于保護(hù)耕地政策，現(xiàn)在取用普通粘土比較困難。優(yōu)先采用汞尾礦濕法粉碎，粘土干法粉碎，是為盡量減少有毒粉塵，減輕除塵設(shè)備負(fù)擔(dān)。
[0015]本發(fā)明以汞尾礦和粘土為主要原料充分混合，高溫?zé)?，以破壞原有的各種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，形成新的礦物晶體和玻璃相，形成新的硅酸鹽礦物晶體并被玻璃相充分裹覆，最終產(chǎn)物是各種礦物晶體、玻璃、氣孔組成的陶瓷固體，其結(jié)合鍵是原子鍵和離子鍵，具有很高的鍵能，非常穩(wěn)定，相當(dāng)于自然界存在上億年的自然礦物，大量玻璃相的裹覆更提高了安全性。煙氣經(jīng)過收集和處理實(shí)現(xiàn)利用和無害化。
[0016]汞尾礦與粘土形成的陶瓷骨料素坯在高溫中產(chǎn)生大量玻璃相，在靜態(tài)燒成設(shè)備中很容易發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象，而在回轉(zhuǎn)窯中一邊滾動(dòng)，一邊前進(jìn)，具有新的礦物晶粒、玻璃相、氣孔的高溫陶瓷骨料素坯由于滾動(dòng)、運(yùn)動(dòng)，而不容易與爐壁粘結(jié)，不容易互相粘結(jié)。
[0017]骨料產(chǎn)品與要求形狀尺寸精度、外觀、顏色、表面平整度、表面光滑度等的陶器、炻器、瓷器相比，與日用瓷、建筑瓷、衛(wèi)生瓷、化工瓷、電瓷、藝術(shù)瓷等各種瓷器相比，允許產(chǎn)生最多的玻璃相，最寬的形狀、尺寸變化許可量，能進(jìn)行最充分的反應(yīng)，高度瓷化，達(dá)到很高的安全等級(jí)。
[0018]上述陶瓷骨料無論是致密的陶瓷粒、陶瓷塊、多孔的陶瓷粒、多孔的陶瓷塊，其實(shí)心部分均是致密的硅酸鹽礦物晶體和致密的玻璃體組成，其強(qiáng)度、硬度、致密度遠(yuǎn)高于絕大部分天然巖石，對(duì)來自外界的物理、化學(xué)、侵蝕、影響的抵抗力也遠(yuǎn)超過人工制造的混凝土、磚瓦、金屬、塑料制品等幾乎全部人工制品，陶器是上萬年前人類的遺存，陶瓷器，尤其瓷器將是現(xiàn)代人類消亡后最后、最久遠(yuǎn)的遺存。而人工骨料以危險(xiǎn)廢物、固體廢物、廉價(jià)的粘土為原料，以全國(guó)年需求近百億噸的建筑碎石、卵石為取代對(duì)象，具有足夠的市場(chǎng)容納量，其造價(jià)與普通陶粒相當(dāng)或接近，隨著環(huán)境保護(hù)的深入，造價(jià)也會(huì)與碎石、卵石接近，以危險(xiǎn)廢物、固體廢物、垃圾焚燒飛灰等制造陶瓷骨料幾乎是必然的發(fā)展方向。
[0019]汞尾礦與陶瓷粘土形成的陶瓷骨料具有更高的強(qiáng)度、硬度和穩(wěn)定性，這是因?yàn)樘沾烧惩帘绕胀ㄕ惩恋难趸琛⒀趸X含量高，雜質(zhì)少，燒成溫度范圍寬，燒成溫度高，氣孔少、致密度高，是高強(qiáng)度骨料。
[0020]汞尾礦陶瓷骨料的密度是由陶瓷骨料中的氣孔多少?zèng)Q定的，氣孔多少是由高溫下陶瓷素坯中產(chǎn)生高溫玻璃相同時(shí)產(chǎn)生氣體量多少、蒸汽壓、當(dāng)時(shí)玻璃相的粘度、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)目的優(yōu)先程度等因素決定的。廢物治理希望實(shí)現(xiàn):1、永久安全2、形成商品，避免填埋占地3、最低治理成本，各地各廠產(chǎn)出的煉鎳廢渣汞尾礦成分各異，粘土中的高溫氣化物質(zhì)也千變?nèi)f化，適合生產(chǎn)輕質(zhì)骨料的成為輕質(zhì)的陶粒，高溫氣化物質(zhì)少的則生產(chǎn)氣孔少的比較重的陶瓷粒，其用途相當(dāng)于碎石、卵石，而強(qiáng)度可以比碎石、卵石更高，所以汞尾礦陶瓷骨料的堆積密度是200kg—1800kg/m3。
[0021]危險(xiǎn)廢物中的有害物質(zhì)主要是有害的重金屬元素、重金屬化合物、重金屬離子，有害的無機(jī)元素如砷、砸、氟，氰離子(CN)，有害的農(nóng)藥、殺蟲劑等特定結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，有害的藥品、感染物品等。有機(jī)化合物由碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯等元素形成特定的分子結(jié)構(gòu)。危險(xiǎn)廢物人工骨料生產(chǎn)是加入50%左右或以上粘土，使物料處于1200 °C左右、硅酸鹽、高溫熔融物環(huán)境中，破壞金屬化合物、無機(jī)化合物、有機(jī)化合物的原有的分子結(jié)構(gòu)，改變各種有害物質(zhì)性質(zhì)，形成新的無害的硅酸鹽礦物并被50%左右玻璃相裹覆，形成高強(qiáng)度、高硬度、溶出物達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、在自然環(huán)境中永久安全的陶瓷骨料。
[0022]我國(guó)建筑業(yè)每年開采碎石、卵石100億噸左右相當(dāng)于數(shù)十億立方米，使用建筑砂數(shù)十億噸，生產(chǎn)水泥20余億噸，開采碎石、卵石、建筑砂破壞環(huán)境，應(yīng)該逐步減少。
[0023]我國(guó)用粘土、粉煤灰、煤矸石、頁(yè)巖等每年生產(chǎn)2000余萬立方米陶粒，一般陶粒堆積密度200kg — 1200kg/m3，一般碎石、卵石堆積密度1200kg—1600kg/m3，碎石、卵石、陶粒在建筑業(yè)統(tǒng)稱骨料，或稱集料，用汞尾礦和粘土制造的汞尾礦陶瓷骨料堆積密度200kg—1800kg/m3，汞尾礦陶瓷骨料可以具有各種密度、強(qiáng)度、用途;不同密度、粒度的汞尾礦陶瓷骨料可以取代陶粒、碎石、卵石、建筑砂。
[0024]具體實(shí)施方法實(shí)施例1
將汞尾礦調(diào)整為含水率40%，濕磨成為100目泥漿，普通粘土、煤粉干磨至60目，汞尾礦:普通粘土=63:37(均折合為干料重量比)，充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔?，將混合泥料用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑12毫米，長(zhǎng)度22毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1180 °C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料噴水冷卻，得到汞尾礦陶瓷骨料產(chǎn)品，汞尾礦陶瓷骨料浸出液中汞0.007mg/L;堆積密度500kg/m3，筒壓強(qiáng)度4.54Mpa，用作混凝土骨料。
[0025]實(shí)施例2
將汞尾礦調(diào)整成為含水率38%，濕磨成為100目泥漿，被汞尾礦嚴(yán)重污染的普通粘土干磨至60目，銅煙塵渣:污染的粘土:粉煤灰=50:45: 5(均折合為干料重量比)，充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔?，將混合泥料用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑15毫米，長(zhǎng)度25毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1200°C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料吹風(fēng)冷卻，得到汞尾礦陶瓷骨料產(chǎn)品，汞尾礦陶瓷骨料浸出液中汞0.008mg/L;堆積密度1100kg/m3，筒壓強(qiáng)度5.2Mpa，用作路基材料。
[0026]實(shí)施例3
將汞尾礦調(diào)整為含水率50%，濕磨成為120目泥漿，陶瓷粘土、焦炭干磨至80目，汞尾礦:陶瓷粘土:焦炭粉=40: 56:4(均折合為干料重量比)，充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔希瑢⒒旌夏嗔辖?jīng)過雙軸真空練泥機(jī)練泥后用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑15毫米，長(zhǎng)度30毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1270°C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料自然冷卻，得到汞尾礦陶瓷骨料產(chǎn)品，汞尾礦陶瓷骨料實(shí)心部分吸水率0.2%,其實(shí)心部分是瓷質(zhì)材料，浸出液中汞0.005mg/L;堆積密度1700kg/m3，筒壓強(qiáng)度12Mpa，用作油井裂隙支撐材料。
[0027]實(shí)施例4
將汞尾礦、粘土、煤渣各自干法粉碎至100目，汞尾礦:普通粘土:煤渣粉=30:68:2，充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌狭希诨旌狭现屑铀?0 % (濕基)，將混合料經(jīng)過雙軸真空練泥機(jī)練泥后用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑13毫米，長(zhǎng)度20毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1190°C，成為輕質(zhì)陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的瓷質(zhì)陶瓷骨料自然冷卻，得到汞尾礦陶瓷骨料產(chǎn)品，汞尾礦陶瓷骨料實(shí)心部分吸水率0.3%,其實(shí)心部分是瓷質(zhì)材料，浸出液中汞0.003mg/L;堆積密度300kg/m3，筒壓強(qiáng)度5Mpa，用作海綿城市建設(shè)的路面滲水材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.汞尾礦陶瓷骨料，其特征在于汞尾礦陶瓷骨料用汞尾礦和粘土(普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)制造，汞尾礦陶瓷骨料的浸出液中汞<0.0lmg/L;汞尾礦陶瓷骨料的堆積密度200kg—1800kg/m3，用作混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料。2.汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于包括以下步驟: a.備料:將汞尾礦調(diào)整為含水率30—50%(濕基)，并在球磨機(jī)中球磨成為80—120目的汞尾礦泥漿，干燥粘土 (普通粘土或已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)，并用干法粉碎成為細(xì)度40—120目的粘土粉;或者將上述萊尾礦和粘土分別干燥、粉碎成為80—120目粉末后備用； b.配料攪拌混合:汞尾礦:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)，汞尾礦泥漿與干燥的粘土粉充分?jǐn)嚢杌旌铣蔀榛旌夏嗔?或者上述汞尾礦和粘土均是干燥粉料時(shí)經(jīng)過充分混合后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—25 % (濕基)的混合泥料； c.擠制造粒:將上述混合泥料用擠制造粒機(jī)造粒成為直徑10—20毫米，長(zhǎng)度15—30毫米的汞尾礦陶瓷骨料素坯； d.回轉(zhuǎn)窯燒成:將成型的濕的汞尾礦陶瓷骨料素坯直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，通過回轉(zhuǎn)窯到達(dá)回轉(zhuǎn)窯出口逐步完成干燥、燒成全過程，燒成溫度1100—1300 °C，成為汞尾礦陶瓷骨料； e.冷卻:將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的汞尾礦陶瓷骨料經(jīng)過自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到汞尾礦陶瓷骨料產(chǎn)品。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經(jīng)被危險(xiǎn)廢物污染的粘土。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用陶瓷粘土，步驟d中采用燒成溫度1210—1300°C。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a、b中按照汞尾礦:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)配料，共同干燥、粉碎成為80—120目粉末后加水?dāng)嚢璩蔀楹?5—30 % (濕基)的混合泥料。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞尾礦陶瓷骨料制造方法，其特征在于在配料中加入1-3%的還原劑，還原劑是煤和/或焦炭和/或粉煤灰和/或爐渣或者其他具有還原性的有機(jī)物。
【文檔編號(hào)】C04B33/135GK106082964SQ201610411694
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日 公開號(hào)201610411694.7, CN 106082964 A, CN 106082964A, CN 201610411694, CN-A-106082964, CN106082964 A, CN106082964A, CN201610411694, CN201610411694.7
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】曹樹梁