專利名稱：含砷物質(zhì)安全焚燒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種處理含砷物質(zhì)的方法，具體地說涉及一種含砷物質(zhì)安全焚燒的方法，避免焚燒過程中砷揮發(fā)對大氣環(huán)境造成污染的方法。
背景技術(shù)：
砷是一種有毒類金屬元素。據(jù)統(tǒng)計，由于人類活動輸入土壤中的砷每年可達52000-112000噸(Nriagu和Pacyna，《Nature》，1988年第333卷134-139頁)。砷污染會對人體健康造成威脅，但砷污染的治理十分困難。
植物修復(fù)技術(shù)是一種利用植物去除環(huán)境中污染物的“綠色”環(huán)保技術(shù)，具有投資少、操作簡單等優(yōu)點。2001年，陳同斌等在湖南郴州建立了世界上第一個砷污染土壤的植物修復(fù)基地，其每年的砷去除效率可達到8％(廖曉勇等，《環(huán)境科學(xué)學(xué)報》，2004年第24卷第3期455-462頁)。但是，在植物修復(fù)過程中會產(chǎn)生大量待處理的收獲物(其產(chǎn)量約為5000kg·ha-1·a-1干重)。如果應(yīng)用蜈蚣草修復(fù)1000km2的砷污染土壤，每年至少產(chǎn)生50萬噸(干重)高含砷量的植物收獲物。因此，收獲物的后續(xù)處理問題是植物修復(fù)技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。
焚燒是處理固體廢棄物的常用方法。焚燒處理有很多優(yōu)點，如能產(chǎn)生能量、減少處理體積等。但是砷是一種易揮發(fā)元素，含砷物質(zhì)的焚燒會導(dǎo)致砷的揮發(fā)，給環(huán)境造成二次污染。在我國貴州省興仁縣，就存在因家庭生活燃用高砷煤而引起燃煤型砷中毒問題。1976年，該地發(fā)生砷中毒病人877例，1991年增至1549例，2001年增至2100余人，病人普遍因惡性腫瘤死亡(李達圣等，《中國地方病學(xué)雜志》，2004年第23卷第1期42-45頁)。據(jù)報道，火電廠排放的廢氣中有0.7-52％的砷以氣態(tài)形式存在，氣相濃度可達到7μg·m-3(Germani and Zoller，《Environmental Science &Technology》，1988年第22卷第9期1079-1085頁)。而用木材防腐劑(CCA)處理過的木材在焚燒過程中，有8～95％的砷會揮發(fā)進入環(huán)境(Helsen et al.，《Environmental Science & Technology》，2000年第34卷第14期2931-2938頁)。因此，如何減輕或消除焚燒過程中砷揮發(fā)對環(huán)境的污染，是一個亟待解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種含砷物質(zhì)安全焚燒的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的方法以Mg(NO3)2/MgO或CaO為固砷劑，其主要步驟包括a)將含砷物質(zhì)粉碎；b)在粉碎好的含砷物質(zhì)中先加入重量百分比為15％的Mg(NO3)2溶液，將含砷物質(zhì)濕潤后，于60～100℃下加熱干燥；c)將MgO干粉鋪在含砷物質(zhì)表面，含砷物質(zhì)干重與MgO干粉的重量比為2～4∶1，于300～800℃下焚燒；或者d)將粉碎好的含砷物質(zhì)與CaO粉末混合均勻，含砷物質(zhì)干重與CaO干粉按重量比為2～4∶1，于300～800℃下焚燒；e)回收焚燒灰分中的MgO或CaO以重復(fù)利用。
所述含砷物質(zhì)粉碎至粒徑小于5mm。
所述MgO干粉和CaO干粉的粒徑均為0.1-0.2mm。
所述含砷物質(zhì)為含砷植物、含砷防腐劑處理后的木材和/或高砷煤。
本發(fā)明的方法中，在高溫下含砷物質(zhì)中的砷可與Mg(NO3)2/MgO或CaO等固砷劑反應(yīng)，生成耐高溫、不揮發(fā)的穩(wěn)定化合物。我們通過基于正負電子對撞機的EXAFS研究證明，該反應(yīng)后分別生成焦砷酸鎂或砷酸鈣。這兩種物質(zhì)在高溫下非常穩(wěn)定，不易分解，因此在含砷物質(zhì)中加入以上兩種固砷劑后能大量固持樣品中的砷，使之在高溫下不會揮發(fā)。
與傳統(tǒng)的直接焚燒含砷物質(zhì)的方法相比，使用固砷劑可控制樣品中砷的揮發(fā)，避免對環(huán)境造成污染，且焚燒灰分中多余的固砷劑可以回收并循環(huán)利用；焚燒后的灰分中砷濃度非常高，可采用化學(xué)的方法對含砷化合物進行進一步提煉，達到既保護環(huán)境又資源化利用的目的。這種方法具有投資少和維護成本低、工程量小，管理技術(shù)要求不高，不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，是一種廉價、高效、實用、簡便的含砷物質(zhì)焚燒方法。本發(fā)明解決了含砷物質(zhì)在焚燒過程中砷的揮發(fā)問題，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。


圖1為本發(fā)明的含砷物質(zhì)添加固砷劑進行安全焚燒處理的工藝流程示意圖。
圖2為本發(fā)明不同處理條件下含砷物質(zhì)中砷的揮發(fā)損失率隨焚燒溫度的變化。
圖3為本發(fā)明中蜈蚣草焚燒時不同固砷劑及用量對固砷效果的影響。
具體實施例方式
以下是利用固砷劑對含砷物質(zhì)進行處理的實施例。
實施例1以砷超富集植物蜈蚣草為例，先將蜈蚣草烘干粉碎(粒徑為2mm)，稱取0.2g樣品放入坩堝。純蜈蚣草樣品直接放入馬弗爐進行灰化處理；一部分蜈蚣草樣品先加入15％Mg(NO3)2溶液濕潤，80℃下加熱，干燥后將0.2gMgO干粉(粒徑為0.15-0.2mm)均勻鋪在樣品表面；一部分蜈蚣草樣品加入0.2g CaO粉末并混勻，所有樣品分別在100、200、300、400、500、600、700和800℃下進行焚燒處理。
不同處理條件下樣品中砷的揮發(fā)損失率隨焚燒溫度的變化見圖2。結(jié)果表明當焚燒溫度為100～200℃時，純蜈蚣草樣品中砷的損失率很低(＜1％)；而當溫度升高至300℃，樣品中的砷開始揮發(fā)，之后隨著溫度的升高，樣品中砷的損失率也逐漸增高，最高可達到21％。
在蜈蚣草中加入Mg(NO3)2/MgO或CaO能顯著降低樣品中砷的揮發(fā)。從100～800℃，樣品砷的損失率均在2％以內(nèi)。因此，兩種固砷劑均能很好地固持樣品中的砷，避免其在高溫下?lián)]發(fā)。
實施例2按照圖1所示的含砷物質(zhì)添加固砷劑進行安全焚燒處理的工藝流程示意圖，以砷超富集植物蜈蚣草為例，在800℃的焚燒溫度下比較兩種固砷劑的不同使用量對樣品中砷的固定效果。所有處理中蜈蚣草的稱樣量均為0.4g。圖3中的CK處理表示純蜈蚣草樣品在高溫下直接焚燒，結(jié)果表明22％以上的砷會揮發(fā)進入環(huán)境；加入固砷劑的4個處理能夠有效地控制砷的揮發(fā)(As損失率低于3％)Mg(加入MgO 0.2g，15％Mg(NO3)2溶液5ml)，Mg(加入MgO 0.1g，15％Mg(NO3)2溶液2.5ml)，Ca(加入CaO 0.2g)和Ca(加入CaO 0.1g)。因此，從該技術(shù)實際應(yīng)用的經(jīng)濟有效性方面考慮，含砷物質(zhì)干重和MgO干粉重量的適宜的比例為2～4∶1；含砷物質(zhì)干重與CaO干粉的適宜比例為2～4∶1。(圖3中CK表示純蜈蚣草樣品；Mg(0.2，5)表示在蜈蚣草中加入0.2 g MgO和5ml15％Mg(NO3)2；Mg(0.1，2.5)表示在蜈蚣草中加入0.1g MgO和2.5ml15％Mg(NO3)2；Ca(0.1)表示在蜈蚣草中加入0.1g CaO；Ca(0.2)表示在蜈蚣草中加入0.2g CaO)。
權(quán)利要求
1.一種含砷物質(zhì)安全焚燒的方法，以Mg(NO3)2/MgO或CaO為固砷劑，其主要步驟是a)將含砷物質(zhì)粉碎；b)在粉碎好的含砷物質(zhì)中先加入重量百分比為15％的Mg(NO3)2溶液，將含砷物質(zhì)濕潤后于60～100℃下加熱干燥；c)將MgO干粉鋪在含砷物質(zhì)表面，含砷物質(zhì)干重與MgO干粉的重量比為2～4∶1，于燃燒狀態(tài)下(如300～800℃)進行焚燒；或者d)將粉碎好的含砷物質(zhì)直接與CaO粉末混合均勻，含砷物質(zhì)干重與CaO干粉按重量比為2～4∶1，于燃燒狀態(tài)下(如300～800℃)進行焚燒；e)回收焚燒灰分中的MgO或CaO以重復(fù)利用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含砷物質(zhì)粉碎至粒徑小于5mm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述MgO干粉和CaO干粉的粒徑均為0.1-0.2mm。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含砷物質(zhì)為含砷植物、含砷防腐劑處理后的木材或高砷煤。
全文摘要
一種含砷物質(zhì)安全焚燒的方法，將粉碎后的含砷物質(zhì)先用 15％Mg(NO
文檔編號F23G7/00GK1978992SQ200510127448
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者閻秀蘭, 陳同斌, 廖曉勇, 黃澤春 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所