CN102358704A - 一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法，向污染土壤中添加粘土或粘土、SiO2和Al2O3混合物加压成型，在高温下烧结成陶粒。本发明不但操作简单，而且不产生二次污染，添加剂为SiO2、Al2O3及粘土，均为无害物质。单独添加时，土壤添加量大于60％的原料加压成型在1180℃下处理90min后产生的陶粒的抗压强度大于15MPa，总铬的溶出率均低于1％，浸出液中的总铬含量小于15mg/L，六价铬的溶出率均低于1.5％，浸出液中六价铬的浓度小于5mg/L，低于GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的成为危险废物浓度极限。

Description

一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法
技术领域：本发明涉及一种陶粒的结制方法，尤其是一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法。
背景技术：当今世界，环境问题已经成为人类面临的巨大挑战，重金属元素导致的土壤及农产品的污染问题最为严重，也是极难解决的问题之一。多年来，随着经济的发展，工业废弃物、生活垃圾、污泥、农药及饲料的排放及使用，导致土壤受到了污染，重金属污染。
铬渣是生产金属铬和铬盐过程中的一种固体废弃物，根据全国盐情报网的统计资料，全国每年要排放10万t以上的铬渣，年堆积量已经超过250万t。由于处理不彻底，其中含有的水溶性及酸溶性铬可以致癌，铬渣对环境造成的危害事件时有发生。和其他重金属污染一样，铬污染的治理途径主要有两种：一是改变铬在土壤中的存在形态，将六价铬还原为三价铬，降低其再环境中的迁移能力和生物可利用性；二是将铬从污染土壤中清除。
目前，现有的治理方法包括：还原法、清洗法、生物修复法、电修复法及固定化/稳定化(S/S)。还原法、清洗法所使用的还原剂及清洗液容易造成二次污染，而且难易去除土壤颗粒内部的重金属；生物修复法目前仅限于把六价铬还原成三价铬，目前从活性污泥、污泥消化池及土壤中都分离出对六价铬由耐受性和还原性的细菌，但缺少菌种进行土壤修复的研究报道，此项处理技术有待进一步系统的研究；电修复法具有耗费低，接触毒害物质少，经济效益高等优点，是近年来引起人们重视的一项技术，但土壤的理化性质对电修复效率影响大。
任何一种有效的处置方法都应该均衡环境生态效益和经济效益，利用高铬污染土壤烧结制取陶粒具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。一方面，铬渣污染的土壤中含有大量的碱性化合物和重金属等有害物质，如果处理不当回造成二次污染，诸如造成水体及土地盐碱化和重金属积累等环境问题，而利用污染土壤制取陶粒可以充分利用其中的碱性化合物作为助熔剂，高含量的CaO、MgO可以与Al2O3和SiO2生成CaO-Al2O3-SiO2结构进行重金属的固化，其主晶相为透辉石及钙黄长石等，可以将重金属固结在陶粒中，消除了重金属污染问题。另一方面，陶粒作为一种轻集料，其具有密度小、强度高、耐火、抗热、环保等特点，可以取代普通沙石配置轻集料混凝土。
烧结技术是固定化/稳定化方法的一种，工艺简单，解毒彻底，吃渣量大，可制成轻骨料，耐火骨料，耐酸耐碱骨料，烧结成型的成品重金属溶出量低。利用污染土壤制取陶粒的方法的提出，为有效处理高铬污染土壤找到一条新路径。
发明内容：针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种快速，效率高，不易造成二次污染的添加剂固化污染土壤中铬的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法，向污染土壤中添加粘土或粘土、SiO2和Al2O3混合物加压成型，在高温下烧结成陶粒。其操作条件为：1)单独添加粘土时，粘土添加量为质量含量的40-80％，成型压力为6-10MPa，其烧结制度为：预热时间0-1h，预热温度为900-1000℃，烧结时间为1-4h，烧结温度为1150-1250℃；2)添加剂为粘土、SiO2、Al2O3时，粘土添加量为质量含量的10-30％，SiO2添加量为质量含量的0-20％，Al2O3添加量为质量含量的0-10％；成型压力为6-10MPa。其烧结制度为：预热时间0-1h，预热温度为900-1000℃，烧结时间为3-6h，烧结温度为1200-1300℃。
所述污染土壤及添加剂的计算直径为50-200μm。所述污染土壤的总铬含量为30000-40000mg/Kg，六价铬含量为5000-8000mg/Kg。
本发明具有以下优点：
1、操作简单。本发明是污染土壤的处理程序简单，易于操作。采集污染土壤后实验室条件下风干，研磨后筛分处理，将污染土壤和添加剂混合后加压成型，在固定的烧结制度下进行热处理。
2、不产生二次污染。添加剂为SiO2、Al2O3及粘土，均为无害物质，土壤添加量大于60％的原料加压成型在1180℃下处理90min后产生的陶粒的抗压强度大于15MPa，其重金属溢出量依据GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》对陶粒进行测定；粘土、SiO2、Al2O3的添加量分别为20％、15％、5％的原料加压成型后在1260℃下处理120min后产生的陶粒的抗压强度大于30MPa，其重金属溢出量依据GB5086.2-1997《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》对陶粒进行测定。实验结果表明：总铬的溶出率均低于1％，浸出液中的总铬含量小于15mg/L，六价铬的溶出率均低于1.5％，浸出液中六价铬的浓度小于5mg/L，低于GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》中规定的成为危险废物浓度极限。
具体实施方式：
实施例1
原料预处理：污染土壤和粘土在实验室条件下风干，磨碎，过200目分样筛。
原料的配比：粘土添加量分别为50％、60％、70％、80％，机械混合均匀，分别编号为1#、2#、3#、4#，原料中污染土壤的质量含量依次为50％、40％、30％、20％。
陶粒坯的制备：将混合好的原料进行压制成型，压强为8MPa，保压时间为30s，其外观尺寸为直径12mm，高15mm左右。
烧结制度：将陶粒坯放入石英瓷舟上，置于马弗炉中，常温下升温，升温速率为20℃/min，预热温度为950℃，预热时间为0.5h，烧结温度为1180℃，烧结时间为2h。
处理效果：1#、2#、3#、4#陶粒的抗压强度超过15MPa，溶出率均低于1％，溶出液浓度均低于15mg/L，六价铬的溶出率均低于1.5％，浸出液中六价铬的浓度小于5mg/L，其中4#陶粒的抗压强度为55MPa，总铬溶出率为0.56％，六价铬溶出率为0.92％，溶出液中铬的浓度为3.75mg/L，六价铬的浓度为1.38mg/L。
实例2
原料预处理：污染土壤和粘土在实验室条件下风干，磨碎，过200目分样筛。
原料的配比：粘土添加量固定为20％，SiO2，Al2O3的添加量分别为20％、0％，15％、5％，10％、10％进行物料配比，机械混合均匀，分别编号为1#、2#、3#，原料中污染土壤的质量含量为60％。
陶粒坯的制备：将混合好的原料进行压制成型，压强为8MPa，保压时间为30s，其外观尺寸为直径12mm，高15mm左右。
烧结制度：将陶粒坯放入石英瓷舟上，置于马弗炉中，常温下升温，升温速率为20℃/min，预热温度为950℃，预热时间为0.5h，烧结温度为1260℃，烧结时间为4h。
处理效果：1#、2#、3#陶粒的抗压强度超过30MPa，溶出率均低于1％，溶出液浓度均低于15mg/L，六价铬的溶出率均低于1.5％，浸出液中六价铬的浓度小于5mg/L，其中2#陶粒的抗压强度为75MPa，铬溶出率为0.43％，六价铬溶出率为0.72％，溶出液中铬的浓度为8.64mg/L，六价铬的浓度为3.24mg/L。

Claims (3)

1.一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法，其特征在于：向污染土壤中添加粘土或粘土、SiO2和Al2O3混合物加压成型，在高温下烧结成陶粒。其操作条件为：1)单独添加粘土时，粘土添加量为质量含量的40-80％，成型压力为6-10MPa，其烧结制度为：预热时间0-1h，预热温度为900-1000℃，烧结时间为1-4h，烧结温度为1150-1250℃；2)添加剂为粘土、SiO2、Al2O3时，粘土添加量为质量含量的10-30％，SiO2添加量为质量含量的0-20％，Al2O3添加量为质量含量的0-10％；成型压力为6-10MPa。其烧结制度为：预热时间0-1h，预热温度为900-1000℃，烧结时间为3-6h，烧结温度为1200-1300℃。
2.如权利要求1所述的一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法，其特征在于：所述污染土壤及添加剂的计算直径为50-200μm。
3.如权利要求1所述的一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法，其特征在于：所述污染土壤的总铬含量为30000-40000mg/Kg，六价铬含量为5000-8000mg/Kg。
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