一種重金屬污泥高溫熔融固化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種重金屬污泥高溫熔融固化方法，屬于化工環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，有色重金屬冶煉以火法冶煉為主，而重金屬火法冶煉大都采用煙氣洗滌的 方式去除煙氣中存在的雜質(zhì)成分，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生大量的酸性重金屬廢水，此類廢水通過石灰_ 鐵鹽法或中和法處理后轉(zhuǎn)化為達(dá)標(biāo)的工業(yè)用水，伴生于重金屬礦物中的砷(As)和其他重金 屬元素通過中和沉淀的方法全部進(jìn)入至中和渣（重金屬污泥）中。故此，有色重金屬冶煉行 業(yè)每年要產(chǎn)生數(shù)百萬噸的此類重金屬污泥，在毒性浸出實(shí)驗(yàn)中砷、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、 汞(Hg)、硒(Se)等重金屬元素的浸出毒性都超過國家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)被定義為危險(xiǎn)廢棄物（國家危 險(xiǎn)廢物名錄編號(hào)HW24)。受制于技術(shù)限制、環(huán)保要求、處理成本等多方面因素，此類重金屬污 泥仍無法有效處置或利用，企業(yè)大都將重金屬污泥堆存在"三防"渣庫中。"三防"渣庫堆存 的重金屬污泥，不僅維護(hù)成本高，而且存在巨大的安全隱患，一旦發(fā)生地震、泥石流、山洪暴 發(fā)等地質(zhì)災(zāi)害，將對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)造成無可挽回的傷害。因此，對(duì)重金屬污泥的無害化處置或資 源化利用具有十分重要的意義，關(guān)乎有色重金屬行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與社會(huì)穩(wěn)定，同時(shí)也受 到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
[0003] 國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)這種重金屬污泥的處置，提出了不同的理論和方法，比較通用的 有低溫陶瓷處置法、高溫還原分解處置法、聚合固化處置法以及水泥固化處置法。其中水泥 固化處置法操作簡單，成本低，原料極易獲得，是最常用的無害化處置方法。但是該處置方 法中固化體的中長期穩(wěn)定性和潛在風(fēng)險(xiǎn)尚待深入研究。因此，水泥固化處置法仍有大量的 理論和技術(shù)問題特別是耐久性需要解決。如何提高固化體的中長期穩(wěn)定性，降低潛在風(fēng)險(xiǎn)， 從而提高固化效果，是危險(xiǎn)廢物處置過程中面臨的重要問題。本專利探求出一種新的固化 處置方法一高溫熔融固化處置法，高溫熔融固化處置法是將重金屬固體廢棄物和一定量的 添加劑混合后，在高溫下達(dá)到熔融狀態(tài)，然后迅速冷卻降溫形成玻璃固化體，利用降溫過程 中形成的致密晶體結(jié)構(gòu)，完成重金屬元素的固化。在所有的重金屬污泥的固化處置法中高 溫熔融固化是安全系數(shù)較高的處置方法，是解決重金屬污泥污染較為徹底的方法。隨著全 球工業(yè)持續(xù)快速的發(fā)展以及人們對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，這不僅會(huì)產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)效 益，更重要的在于其帶來的環(huán)保效益和社會(huì)效益。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本發(fā)明提供一種重金屬污泥高溫熔融固化 方法。通過本方法得到的熔融固化體浸出毒性達(dá)到一般固體廢棄物標(biāo)準(zhǔn)，且該熔融固化體 具有較高的強(qiáng)度，減容率高，長期穩(wěn)定性強(qiáng)，固化徹底的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí) 現(xiàn)。
[0005] -種重金屬污泥高溫熔融固化方法，其具體步驟如下： (1)首先向自然風(fēng)干后的重金屬污泥中加入自然風(fēng)干后的重金屬污泥質(zhì)量1~15%的添 加劑混合球磨至粒徑〈1mm得到球磨物料； (2) 將步驟（1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100~800°C條件下干燥0.1~ 3h； (3) 將經(jīng)步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1000~1400°C條件下高溫熔融0.1~ 3h，在此過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至50~100°C后洗 滌最后達(dá)標(biāo)排放，熔融完成后的固化產(chǎn)物經(jīng)澆筑成型后得到固化體。
[0006] 所述步驟（1)重金屬污泥主要成分為鈣基化合物(硫酸鈣、碳酸鈣、砷酸鈣、亞砷酸 鈣、氫氧化鈣、氯化鈣等），干基污泥含砷量<40wt%，自然風(fēng)干后的重金屬污泥含水率〈40%。
[0007] 所述步驟(1)添加劑為SiO2。
[0008] 所述步驟(3)的洗滌過程中選用氫氧化鈉或氫氧化f丐溶液洗滌。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是： (1) 減容率高、產(chǎn)物穩(wěn)定。它將含砷污泥與添加劑一起高溫熔融，生成穩(wěn)定的玻璃體，砷 和其他重金屬元素被包容在玻璃體中，浸出率低，利于徹底長久處置； (2) 污泥熔融固化較為徹底，所得固化體穩(wěn)定性較高，同時(shí)充分利用熔融余熱，能源利 用效率高； (3) 產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過余熱利用、過濾、洗滌后改善凈化效果，除塵產(chǎn)生的飛灰返回到球 磨混合后進(jìn)行二次熔融處理，減少二次污染。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012] 實(shí)施例1 如圖1所示，該重金屬污泥高溫熔融固化方法，其具體步驟如下： (1) 首先向自然風(fēng)干后的重金屬污泥(重金屬污泥的成分組成見表1)中加入自然風(fēng)干 后的重金屬污泥質(zhì)量1%的添加劑混合球磨至粒徑〈1_得到球磨物料，其中添加劑為SiO 2; 表1含砷重金屬污泥的化學(xué)組成(％)
(2) 將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100°C條件下干燥3h; (3) 將經(jīng)步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1000°C條件下高溫熔融3h，在此過程中 產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至50°C后洗滌(采用濃度為3mol/l 的氫氧化鈉溶液洗滌3h)最后達(dá)標(biāo)排放，熔融完成后的固化產(chǎn)物經(jīng)澆筑成型后得到固化體。
[0013] 結(jié)果及測(cè)試結(jié)果為：步驟(3)中熔融殘?jiān)臏p容率達(dá)到了72.28%，揮發(fā)率達(dá)到了 26.4%;固化體的維氏硬度達(dá)到了 3725.34Mpa，靜態(tài)抗彎曲強(qiáng)度達(dá)到了 55.39Mpa，斷裂韌性 達(dá)到了 0.9Mpa/m2,重金屬固定率以及浸出毒性結(jié)果分別見表2、表3。
[0014] 表2 1400°C下污泥中重金屬固定率(％)
注:排放國標(biāo)為GB 5085.3-2007 (mg/L) 由上述數(shù)據(jù)可知，高溫熔融固化方法減容率高，固化體機(jī)械強(qiáng)度好，固化效果好。
[0015] 實(shí)施例2 如圖1所示，該重金屬污泥高溫熔融固化方法，其具體步驟如下： (1) 首先向自然風(fēng)干后的重金屬污泥(重金屬污泥的成分組成見表4)中加入自然風(fēng)干 后的重金屬污泥質(zhì)量10%的添加劑混合球磨至粒徑〈1_得到球磨物料，其中添加劑為SiO 2; 表4含砷重金屬污泥的化學(xué)組成(％)
(2) 將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為800°C條件下干燥0.1 h; (3) 將經(jīng)步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1400°C條件下高溫熔融O.lh，在此過程 中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、返回步驟（2)中干燥球磨物料溫度降至80°C后洗滌（采用濃度為 3mol/L的氫氧化鈉溶液洗滌0.1 h)最后達(dá)標(biāo)排放，熔融完成后的固化產(chǎn)物經(jīng)澆筑成型后得 到固化體。
[0016] 結(jié)果及測(cè)試結(jié)果為：步驟(3)中熔融殘?jiān)臏p容率達(dá)到了 78.64%，揮發(fā)率達(dá)到了 30.4%;固化體的維氏硬度達(dá)到了3755.94Mpa，靜態(tài)抗彎曲強(qiáng)度達(dá)到了 59.25Mpa，斷裂韌性 達(dá)到了 l.IMpa/m2,重金屬固定率以及浸出毒性結(jié)果分別見表5、表6。
[0017] 表5 1300°C下污泥重金屬固定率(％)
表6 1300°C恪融固化前后毒性浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果(mg/L)
注:排放國標(biāo)為GB 5085.3-2007 (mg/L) 由上述數(shù)據(jù)可知，高溫熔融固化方法減容率高，固化體機(jī)械強(qiáng)度好，固化效果好。
[0018] 實(shí)施例3 如圖1所示，該重金屬污泥高溫熔融固化方法，其具體步驟如下： (1) 首先向自然風(fēng)干后的重金屬污泥(重金屬污泥的成分組成見表7)中加入自然風(fēng)干 后的重金屬污泥質(zhì)量15%的添加劑混合球磨至粒徑〈1_得到球磨物料，其中添加劑為SiO 2; 表7含砷重金屬污泥的化學(xué)組成(％)
(2) 將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為500°C條件下干燥1.5小時(shí)； (3) 將經(jīng)步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1200°C條件下高溫熔融1.5小時(shí)，在此 過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至100°C后洗滌(采用濃度 為3mol/L氫氧化鈉溶液洗滌1.5小時(shí)最后達(dá)標(biāo)排放，熔融完成后的固化產(chǎn)物經(jīng)澆筑成型后 得到固化體。
[0019] 結(jié)果及測(cè)試結(jié)果為：步驟(3)中熔融殘?jiān)臏p容率達(dá)到了 79.11%，揮發(fā)率達(dá)到了 31.3%，固化體的維氏硬度達(dá)到了4937.94Mpa，靜態(tài)抗彎曲強(qiáng)度達(dá)到了 78.36Mpa，斷裂韌性 達(dá)到了 1.29Mpa/m2,重金屬固定率以及浸出毒性結(jié)果分別見表8、表9。
[0020] 表8在1200°C熔融固化添加7%Si〇2時(shí)重金屬固定率(％)
注:排放國標(biāo)為GB 085.3-2007 (mg/L) 由上述數(shù)據(jù)可知，高溫熔融固化方法減容率高，固化體機(jī)械強(qiáng)度好，固化效果好。
[0021] 以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述 實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種重金屬污泥高溫熔融固化方法，其特征在于具體步驟如下： (1) 首先向自然風(fēng)干后的重金屬污泥中加入自然風(fēng)干后的重金屬污泥質(zhì)量1~15%的添 加劑混合球磨至粒徑〈1_得到球磨物料； (2) 將步驟（1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100~800°C條件下干燥0.1~ 3h； (3) 將經(jīng)步驟（2)干燥處理的物料升溫至溫度為1000~1400°C條件下高溫熔融0.1~ 3h，在此過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至50~100°C后洗 滌最后達(dá)標(biāo)排放，熔融完成后的固化產(chǎn)物經(jīng)澆筑成型后得到固化體。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬污泥高溫熔融固化方法，其特征在于:所述步驟（1)重 金屬污泥主要成分為鈣基化合物，干基污泥含砷量<40wt%，自然風(fēng)干后的重金屬污泥含水 率〈40%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬污泥高溫熔融固化方法，其特征在于:所述步驟（1)添 加劑為Si〇2。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬污泥高溫熔融固化方法，其特征在于:所述步驟(3)的 洗滌過程中選用氫氧化鈉或氫氧化鈣溶液洗滌。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種重金屬污泥高溫熔融固化方法，屬于化工環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先向自然風(fēng)干后的重金屬污泥中加入自然風(fēng)干后的重金屬污泥質(zhì)量1～15%的添加劑混合球磨至粒徑<1mm得到球磨物料；將得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100～800℃條件下干燥0.1～3h；將經(jīng)干燥處理的物料升溫至溫度為1000～1400℃條件下高溫熔融0.1～3h，在此過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵、返回干燥球磨物料溫度降至50～100℃后洗滌最后達(dá)標(biāo)排放，熔融完成后的固化產(chǎn)物經(jīng)澆筑成型后得到固化體。通過本方法得到的熔融固化體浸出毒性達(dá)到一般固體廢棄物標(biāo)準(zhǔn)，且該熔融固化體具有較高的強(qiáng)度，減容率高，長期穩(wěn)定性強(qiáng)，固化徹底的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C02F11/12, C02F11/00
【公開號(hào)】CN105541065
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610039473
【發(fā)明人】王 華, 王沖, 祝星, 尤開云, 祁先進(jìn), 惠興歡, 趙占沖, 周尚 , 魏永剛, 胡建杭
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué), 云南銅業(yè)股份有限公司, 楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司
【公開日】2016年5月4日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日