一种冶炼废渣协同固化含砷及其它重金属污泥的方法

摘要

本发明公开了一种冶炼废渣协同固化含砷及其它重金属污泥的方法，该方法以冶金工业含砷及其它重金属污泥、铅锌冶炼渣、石灰石等为原料，通过混配、球磨、注模、成型、养护等工艺制备得到成品，通过本发明方法充分利用了冶金行业中的废物资源；解决含砷及其它重金属污泥固化的问题，同时可以将废弃物再利用，环境经济效益显著。

权利要求

1.一种冶炼废渣协同固化含砷及其它重金属污泥的方法，其特征在于，按如下步骤进行：(1)将含砷及其它重金属污泥干燥并粉碎；

(2)将铅锌冶炼渣、石灰石、胶凝固化剂混合后进行球磨，球磨后物料中添加步骤(1)干燥粉碎后的含砷及其它重金属污泥，还添加水，搅拌制得混合物料；

(3)将混合物料进行自然养护，即得到含砷及其它重金属污泥固化块；

所述的含砷及其它重金属污泥的来源是冶金工业在生产过程中产生大量酸性废水，对这类废水采用石灰中和沉淀处理使重金属以氢氧化物的形式沉淀析出，产生的大量含Zn、As、Cd的混合污泥；

所述的含砷及其它重金属污泥主要成分及质量百分比为：As0.47％～6.81％、Pb0％～

0.47％、Zn0.05％～11.56％、Cd0.48％～0.84％、Mg1.48％～2.60％、Fe0.23％～0.61％；

将步骤(1)中含砷及其它重金属污泥干燥至含水率在10％～50％，并粉碎至粒度为80～100目；

步骤(2)中所述的胶凝固化剂的制备过程为：Ca(OH)2与SiO2摩尔比为2:1～4:1，在1300℃～1700℃煅烧1～4小时；Ca(OH)2与Al2O3摩尔比为5:1～7:1，在1200℃～1600℃煅烧1～5小时；烧成后两种物料按照质量比3:1～5:1条件下混合制成胶凝固化剂；

步骤(2)中将质量百分比20％～40％的铅锌冶炼渣、质量百分比2％～4％的石灰石、质量百分比4％～8％的胶凝固化剂混合进行球磨，球磨后物料添加质量百分比50％～70％的含砷及其它重金属污泥；

步骤(2)球磨后的物料粒径控制在30～80μm；

步骤(3)中将混合物料浇注成型，进行自然养护，养护条件1～3天，温度20～35℃，湿度

90％～100％，即得到含砷及其它重金属污泥固化块。

2.根据权利要求1所述的冶炼废渣协同固化含砷及其它重金属污泥的方法，其特征在于，步骤(2)球磨后的物料添加含砷及其它重金属污泥，水的添加量为物料质量的30％～

33％，进行搅拌，制得混合物料。

说明书

一种冶炼废渣协同固化含砷及其它重金属污泥的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种冶炼废渣协同固化含砷及其它重金属污泥的方法，是一种对冶金行业含砷及其它重金属污泥无害化新技术，属于能源化学领域。

背景技术

[0002] 冶金工业在生产过程中产生大量酸性废水。对这类废水目前通常采用石灰中和沉淀处理。使重金属以氢氧化物的形式沉淀析出，产生大量含Zn、As、Cd的混合污泥。由于含砷及其它重金属污泥中的砷、锌和铬等重金属氢氧化物是一种非稳定状态，如果任意堆放，在雨水淋溶作用下，重金属有可能再溶出而污染土壤或地下水造成环境生态的危害，因此该重金属污泥一般均归为危险废物，因此对含砷及其它重金属污泥进行无害化处理与处置具有很现实的意义。

发明内容

[0003] 鉴于以上特点，本发明的目的是提供一种冶炼废渣高效协同固化含砷及其它重金属污泥的方法，该方法以冶金工业含砷及其它重金属污泥、石灰石、铅锌冶炼渣等为原料，通过混配、球磨、注模、成型、养护等工艺制备得到固化块。

[0004] 本发明方法通过如下具体实施过程实现：

[0005] 一种冶炼废渣协同固化含砷及其它重金属污泥的方法，按如下步骤进行：

[0006] (1)将含砷及其它重金属污泥干燥并粉碎；

[0007] (2)将铅锌冶炼渣、石灰石、胶凝固化剂混合后进行球磨，球磨后物料中添加步骤(1)干燥粉碎后的含砷及其它重金属污泥，还添加水，搅拌制得混合物料；

[0008] (3)将混合物料进行自然养护，即得到含砷及其它重金属污泥固化块。

[0009] 所述的含砷及其它重金属污泥的来源是冶金工业在生产过程中产生大量酸性废水，对这类废水采用石灰中和沉淀处理使重金属以氢氧化物的形式沉淀析出，产生的大量含Zn、As、Cd的混合污泥。

[0010] 所述的含砷及其它重金属污泥主要成分及质量百分比为：As0.47％～6.81％、Pb0％～0.47％、Zn0.05％～11.56％、Cd0.48％～0.84％、Mg1.48％～2.60％、Fe0.23％～0.61％。

[0011] 将步骤(1)中含砷及其它重金属污泥干燥至含水率在10％～50％，并粉碎至粒度为80～100目。

[0012] 步骤(2)中所述的胶凝固化剂为Ca(OH)2与SiO2摩尔比为2:1～4:1，优选3:1，在1300℃～1700℃(优选1450-1550℃)煅烧后制成；Ca(OH)2与Al2O3摩尔比为5:1～7:1，优选
6:1，在1200℃～1600℃(优选1300-1500℃)煅烧后制成；烧成后两种物料按照质量比3:1～
5:1(优选4:1)条件下混合制成胶凝固化剂。Ca(OH)2与SiO2煅烧1～4小时，优选1.5-2.5小时；Ca(OH)2与Al2O3煅烧1～5小时，优选2-4小时。

[0013] 步骤(2)中将质量百分比20％～40％的铅锌冶炼渣、质量百分比2％～4％的石灰石、质量百分比4％～8％的胶凝固化剂混合进行球磨，球磨后物料添加质量百分比50％～70％的含砷及其它重金属污泥。

[0014] 步骤(2)球磨后的物料添加含砷及其它重金属污泥，水的添加量为物料质量的30％～33％，对混合物料进行搅拌，制得混合物料。

[0015] 步骤(2)球磨后的物料过80μm的筛网，筛余量不超过10％。

[0016] 步骤(3)中将混合物料浇注成型，进行自然养护，养护条件1～3天，温度20～35℃，湿度90％～100％，即得到含砷及其它重金属污泥固化块。

[0017] 本发明得到的含砷及其它重金属污泥固化块按国家标准进行毒性浸出和强度测试。

[0018] 本发明添加剂为胶凝固化剂与石灰石的混合固化剂。

[0019] 本发明所述铅锌冶炼渣为铅锌火法冶炼过程所产生的高温渣，包括但不局限于挥发窑渣、烟化炉渣等，铅锌冶炼渣风干后即可使用。主要成分及质量百分比为：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％。

[0020] 本发明中处理的含砷及其它重金属污泥为铅锌冶炼过程中产生的重金属废水，经石灰沉淀处理后产生的含砷等重金属污泥，包括但不局限于污酸渣、废水中和渣等。

[0021] 由于含砷及其它重金属污泥自身的缺陷导致固化体可能强度低，增容比大等问题，石灰石的添加十分重要。污泥中主要物相为二水硫酸钙、及少量半水硫酸钙与氢氧化钙。石灰石可以改变硫酸钙盐的晶型，并且石灰石、冶炼渣与胶凝固化剂球磨会有少量石灰石变成石灰，石灰可以改变原料中一些化学性质，并提高反应速度，从而更好的固化污泥中的重金属。通过添加剂来弥补早期原料带来的强度低的缺点，采用普遍的震动浇注成型节省成本，养护可以降低石膏膨胀同时可以增加成品的强度。

[0022] 本发明中添加剂为自制胶凝固化剂与石灰石，铅锌冶炼渣为惰性胶凝材料，需要激发剂激发才能产生效应。本发明中自制的胶凝固化剂与含砷及其它重金属污泥中的硫酸钙盐形成早期固化块强度框架，并且形成一定晶种诱发冶炼渣的反应。铅锌冶炼渣中有效成分在胶凝固化剂与污泥中氢氧化钙的激发下生成类似于水泥成分的胶凝材料，此类材料充分固化含砷及其它重金属污泥中的重金属成分，同时提高固化体的强度。外加石灰石可以改善含砷及其它重金属污泥的性质，对于破坏冶炼渣中Si-O键起到一定催化作用，由于原料本身含钙很高容易膨胀，导致固化块强度下降，所以要注意石灰石的添加量。

[0023] 本发明中球磨后物料粒度需要控制在30～80μm，当粒度高于80μm时，加入水后其水化反应较慢，需要较长的反应时间，导致前期强度过低，无法满足强度要求。当粒度低于30μm时，加入水后物料发生团聚现象，球磨后的材料无法充分与含砷及其它重金属污泥充分接触，也导致水化反应不能充分进行，并且球磨时间过长增加成本，最佳粒度控制在30～
80μm。

[0024] 本发明中自制胶凝固化剂加入量超过8％时固化块强度提高效果不明显，并且加大经济成本，当低于4％时固化体强度下降明显，并且砷的浸出浓度增加。当石灰石加入量超过4％时，固化体强度有明显降低，低于2％时固化体强度与未添加效果相同。通过探索实验得出当添加剂添加量在10％时效果较佳。

[0025] 本发明中采用的原料既增强固化块性能同时减少成本，充分体现了废弃物综合利用的新思路，例如铅锌冶炼渣作为胶凝材料替代了传统水泥成分，减少成本的同时增加了固化块的强度；采用自然的养护方法，可以更好的抑制硫酸钙的膨胀，改善固化块的整体强度。

[0026] 本发明具有的优点如下：

[0027] (1)解决了含砷及其它重金属污泥固化稳定化的问题；

[0028] (2)采用以废治废的方法，以工业污泥和工业废渣为主要原料，充分利用了冶金行业中的废物资源。

附图说明

[0029] 图1是本发明含砷及其它重金属污泥的固化方法的流程示意图。

具体实施方式

[0030] 下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。

[0031] 实施例1：本发明含砷及其它重金属污泥的固化方法，具体操作如下：

[0032] 含砷及其它重金属污泥自然干燥至含水率为20％、粉碎至100目，将质量百分比40％的铅锌冶炼渣、质量百分比2％的石灰石、质量百分比8％的胶凝固化剂混合，进行球磨，球磨时间为45min，粒径控制在30～80μm；球磨后物料添加质量百分比50％含砷及其它重金属污泥，水的添加量为物料质量的30％，含砷及其它重金属污泥加入后初步混合，同时将水加入到物料中。对混合物料进行搅拌6min，制得混合物料；混合物料进行震动成型，养护条件为自然养护3天，养护温度20～35℃，湿度90％～100％，即得到含砷及其它重金属污泥固化块；并按国标进行强度和毒性浸出测试。

[0033] 所用胶凝固化剂制备过程：Ca(OH)2与SiO2摩尔比为3:1，在1450-1550℃煅烧1.5-2.5小时；Ca(OH)2与Al2O3摩尔比为6:1，在1300～1500℃煅烧2-4小时；烧成后的两种物料按照质量比4:1条件下混合制成胶凝固化剂。

[0034] 强度检测结果显示：固化块3天强度为6.3Mpa、28天强度为16.5Mpa均满足《粉煤灰砖》(JC239---2001)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实例固化块达到MU10级要求。

[0035] 毒性浸出检测结果显示：固化前砷的浸出浓度为8.6mg/L，固化后的砷的浸出浓度≤1.33mg/L，浸出毒性低于国家标准《危险废物鉴别标准----浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中毒性浸出标准≤5mg/L，可安全堆放。

[0036] 实施例2：本发明含砷及其它重金属污泥的固化方法，具体操作如下：

[0037] 含砷及其它重金属污泥自然干燥至含水率为30％、粉碎至100目，将质量百分比40％的铅锌冶炼渣、质量百分比2％的石灰石、质量百分比4％的胶凝固化剂(制备同实施例
1)混合，进行球磨，球磨时间为45min，粒径控制在30～80μm；球磨后物料添加质量百分比
54％含砷及其它重金属污泥，水的添加量为物料质量的30％，含砷及其它重金属污泥加入后初步混合，同时将水加入到物料中。对混合物料进行搅拌4min，制得混合物料；混合物料进行震动成型，养护条件为自然养护2天，养护温度20～35℃，湿度90％～100％，即得到含砷及其它重金属污泥固化块；并按国标进行强度和毒性浸出测试。

[0038] 强度检测结果显示：固化块3天强度为3.8Mpa、28天强度为12.3Mpa均满足《粉煤灰砖》(JC239---2001)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实例固化块达到MU10级要求。

[0039] 毒性浸出检测结果显示：固化前砷的浸出浓度为8.6mg/L，固化后的砷浸出浓度≤1.73mg/L，浸出毒性低于国家标准《危险废物鉴别标准----浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-
2007)中毒性浸出标准≤5mg/L，可安全堆放。

[0040] 实施例3：本发明含砷及其它重金属污泥的固化方法，具体操作如下：

[0041] 含砷及其它重金属污泥自然干燥至含水率为40％、粉碎至100目，将质量百分比20％的铅锌冶炼渣、质量百分比2％的石灰石、质量百分比8％的胶凝固化剂(制备同实施例
1)混合，进行球磨，球磨时间为45min，粒径控制在30～80μm；球磨后物料添加质量百分比
70％含砷及其它重金属污泥，水的添加量为物料质量的33％，含砷及其它重金属污泥加入后初步混合，同时将水加入到物料中。对混合物料进行搅拌3min，制得混合物料；混合物料震动成型，养护条件为自然养护1天，养护温度20～35℃，湿度90％～100％，即得到含砷及其它重金属污泥固化块；并按国标进行强度和毒性浸出测试。

[0042] 强度检测结果显示：固化块3天强度为3.3Mpa、28天强度为11.0Mpa均满足《粉煤灰砖》(JC239---2001)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实例固化块达到MU10级要求。

[0043] 毒性浸出检测结果显示：固化前砷的浸出浓度为8.6mg/L，固化后的砷的浸出浓度≤2.97mg/L，浸出毒性低于国家标准《危险废物鉴别标准----浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中毒性浸出标准≤5mg/L，可安全堆放。

[0044] 实施例4：本发明含砷及其它重金属污泥的固化方法，具体操作如下：

[0045] 含砷及其它重金属污泥自然干燥至含水率为50％、粉碎至100目，将质量百分比30％的铅锌冶炼渣、质量百分比4％的石灰石、质量百分比6％的胶凝固化剂(制备同实施例
1)混合，进行球磨，球磨时间为45min，粒径控制在30～80μm；球磨后物料添加质量百分比
60％含砷及其它重金属污泥，水的添加量为物料质量的30％，含砷及其它重金属污泥加入后初步混合，同时将水加入到物料中。对混合物料进行搅拌4min，制得混合物料；混合物料震动成型，养护条件为自然养护1天，养护温度20～35℃，湿度90％～100％，即得到含砷及其它重金属污泥固化块；并按国标进行强度和毒性浸出测试。

[0046] 强度检测结果显示：固化块3天强度为4.2Mpa、28天强度为13.0Mpa均满足《粉煤灰砖》(JC239---2001)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实例固化块达到MU10级要求。

[0047] 毒性浸出检测结果显示：固化前砷的浸出浓度为8.6mg/L，固化后的砷的浸出浓度≤1.93mg/L，浸出毒性低于国家标准《危险废物鉴别标准----浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)中毒性浸出标准≤5mg/L，可安全堆放。