CN101100342A - 重金属热稳定剂及其稳定重金属污染物中重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种重金属热稳定剂(TSA-1)及其稳定重金属污染物中重金属的方法。该稳定剂的组成及质量百分含量为：氧化铁：10～20％，氧化铝：30～40％，磷酸钠：30～35％，活性炭：10～20％。经本发明的重金属热稳定剂对重金属污染物中重金属进行稳定化处理后，可作为生态水泥，混凝土等材料的原料。本发明的稳定化方法成本低，工业化前景乐观。

Description

重金属热稳定剂及其稳定重金属污染物中重金属的方法
技术领域
本发明涉及一种重金属热稳定剂(TSA-1)及其稳定重金属污染物中重金属的方法。
背景技术
垃圾中所含的重金属在焚烧过程中将发生迁移和转化，其中有相当一部分富集在飞灰中，尤其挥发性重金属(如：Hg，Pb，Cd，Zn)在飞灰中的含量相当高，且焚烧改变了重金属的形态，使其转化为更易迁移的形式(如飞灰中Pb和Zn主要以酸溶态的形式存在)，采用我国的危险废物浸出毒性浸出方法标准-水平振荡法或美国TCLP方法测试结果都显示一些重金属浸出量超标，是国家标准(GB18485-2001)明文规定的危险废弃物。城市垃圾中的绝大多数的重金属以及有害物质在焚烧过程中以气态的形式挥发出来，大约有33％的Pb，92％的Cd和45％的Sb附着在细小粉尘颗粒上迁移到飞灰当中。重金属的危害在于它不能被微生物分解且能在生物体内富集形成其它毒性更强的化合物。在环境中重金属经历地质和生物双重循环迁移转化，最终通过大气、饮水、食物等渠道为人体所摄取，对人体的健康产生负面效应，如致癌、致畸等。重金属的环境污染问题一直引起世界的广泛关注，特别在欧洲陆续发现由重金属污染导致的严重后果，使重金属污染与防治的研究日益升温，成为环保领域的一个热点。飞灰中的易挥发性重金属物质总和超过了飞灰质量的1％，只有对其进行有效的处理才能解决飞灰重金属污染问题。
大多数国家采用的是稳定化填埋方式处理飞灰，但飞灰固化后增容大，并且随着填埋场容量相对飞灰增长减少，很多国家和地区在寻找飞灰资源化利用途径。只有荷兰和日本有少量飞灰资源化利用的实例，而国内尚未有飞灰资源化的报道。
飞灰中重金属的热稳定性一直是研究难点，目前重金属稳定方面的研究主要集中在水泥固化以及有机鳌合剂方面，在高温状态下重金属会重新挥发出来，不能作为制备生态水泥工艺的稳定剂。如何找到一种重金属热稳定剂成为当前各国飞灰资源化利用研究的热点。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种重金属热稳定剂(TSA-1)。
本发明的目的之二在于提供该重金属热稳定剂(TSA-1)稳定重金属污染物中重金属的方法。该方法首先水洗预处理后的重金属污染物，将其中可溶重金属的去除，再加入TSA-1，通过TSA-1与重金属离子矿物相之间的反应和重金属高温晶格的自束缚稳定化作用，达到稳定重金属污染物中重金属的目的。稳定后的重金属在较高的温度下仍能保持良好的稳定性。TSA-1对铅、锌、镉等高温挥发性重金属离子的稳定效果十分优异。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种重金属热稳定剂，其特征在于该稳定剂的组成及质量百分含量为：
氧化铁    10～20％，    氧化铝    30～40％，
磷酸钠    30～35％，    活性炭    10～20％。
上述的重金属热稳定剂稳定重金属污染物中重金属的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：首先洗涤重金属污染物，至洗涤液中的氯离子的含量低于1％；按上述的组成及含量充分混合后得到的重金属热稳定剂，按重金属热稳定剂与重金属污染物的质量比1～5∶100的比例混合，充分搅拌均匀，经脱水处理后即可。
上述的重金属污染物有：污泥、底泥或焚烧底灰。
TSA-1与重金属的部分反应机理如下：
mMn++nRm-→MmRn    (1)
aMn++bRm-+Cl-→MaRbCl(其中b×m+1＝a×n)(2)
aMn++bRm-+OH-→MaRbOH(其中b×m+1＝a×n)(3)
反应式(1)中的反应物M为飞灰中的重金属成分，包括Pb、Zn、Cd、Cr、Cu、Hg等，R为TSA-1的作用基团，TSA-1对Pb、Zn、Cd的稳定化作用最为显著，稳定化效果可以达到80％～99％。
反应式(2)为矿物化所形成的矿物质，具有良好的稳定性，即使温度升高至1000℃时亦可保持良好的热稳定性。
TSA-1对重金属稳定方法是利用其作用基团与重金属铅，锌等形成铁酸盐，硅酸盐，铝酸盐以及磷酸盐等稳定的矿物盐并与钙基溶液反应形成矿物质，矿石对重金属有取代稳定化和吸附的双重作用。若重金属浓度低，将很快吸附在矿物上；若浓度高，则重金属反应后生成物质将沉淀在矿物表面。
经本发明的重金属热稳定剂对重金属污染物中重金属进行稳定化处理后，可作为生态水泥，混凝土等材料的原料。本发明的稳定化方法成本低，工业化前景乐观。
附图说明
图1飞灰在高温下煅烧的重金属挥发情况
图2水洗飞灰加入TSA-1后重金属稳定情况
具体实施方式
TSA-1的制备：将氧化铁  10～20％，氧化铝  30～40％，磷酸钠30～35％，活性炭10～20％充分混合均匀，即得重金属热稳定剂TSA-1。
将垃圾焚烧飞灰水洗至洗涤液中的氯离子含量低于1％，再与TSA-1按TSA-1：处理后的飞灰＝5：100的质量比搅拌均匀，充分混合，形成了难溶出的重金属矿物盐类，经过EPA-TCLP毒性浸出实验表明，各种重金属的浸出均在标准限值以下。参见表1，符合相关环境标准；高温状态下，重金属通过晶格自束缚形成的重金属矿物盐具有良好热稳定性，在1000℃以下只有少量挥发或不挥发，参见图1，2。
表1    飞灰水洗预处理前、后TCLP重金属浸出浓度
重金属     浸出浓度(mg/L) 标准限值(mg/L)
  预处理前飞灰   预处理后飞灰
  Pb   15.45   0.229   5
  Zn   43.23   0.399   50
  Cd   2.31   0.018   0.3
  Cr   0.25   0.19   10

Claims (3)

1.一种重金属热稳定剂，其特征在于该稳定剂的组成及质量百分含量为：
氧化铁    10～20％，    氧化铝    30～40％，
磷酸钠    30～35％，    活性炭    10～20％。
2.根据权利要求1所述的重金属热稳定剂稳定重金属污染物中重金属的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：首先洗涤重金属污染物，至洗涤液中的氯离子的含量低于1％；按上述的组成及含量充分混合后得到的重金属热稳定剂，按重金属热稳定剂与重金属污染物的质量比1～5∶100的比例混合，充分搅拌均匀，经脱水处理后即可。
3.根据权利要求2所述的重金属热稳定剂稳定重金属污染物中重金属的方法，其特征在于所述的重金属污染物有：污泥、底泥或焚烧底灰。
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