CN103011726A - 一种铅锌冶炼废渣的固化处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，其特征在于，在铅锌冶炼废渣中加入表面活性剂、稳定剂、吸附剂和石灰搅拌均匀；在水硬性胶凝材料中，加入减水剂、活性掺和材料、河砂和水混合均匀；将预处理后的铅锌冶炼废渣加入到处理后的水硬性胶凝材料中，搅拌均匀后，成型，在室温条件下放置24h后，脱模，放入渣库中保存。该方法具有固化效果好，工艺简单、成本低、原材料易得等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶炼工业有害废渣的处理方法，特别涉及一种用水硬性胶凝材料固化铅锌冶炼废渣的处理方法。
背景技术
近十年来，我国铅锌冶金保持了快速增长的势头，2010年，铅锌总产量达到958.10万吨。我国铅锌金属产量已连续多年位居世界第一。在产品产能飞速发展的同时，生产过程中的各类冶炼渣的处理问题逐步凸现，不仅关系到资源的综合循环利用，而且更关系到对自然环境的深远影响。由于在矿物原生过程中，铅锌多以相互伴生的形式存在，这就形成了冶炼过程中铅锌联合的普遍格局。我国锌冶炼行业工艺繁多，火湿法并举，但采用湿法（焙烧—浸出—电积工艺）生产的约占70%，成为主流，并有进一步取代火法炼锌的趋势。在湿法炼锌过程中，首先要进行脱硫，目前国内多为焙烧脱硫，焙烧过程中产生的焙砂、焙尘均作为半成品进入下段流程。采用硫酸体系对焙烧矿进行浸出，此过程是产生锌渣的主要环节。在一个10×104t/a的电锌冶炼厂，投入锌品位约50%的情况下，系统产各类渣约为96121.5吨，其中，浸出渣为主要渣[侯晓波.铅锌冶炼渣处理的系统分析及研究[J].云南冶金，2011，40（3）：42-46]。以某大型铅/锌冶炼厂湿法炼锌中性-酸性复浸出工艺的浸出渣经挥发窑系统回收部分有价金属（锌、铅、铟、锗等）后所得到的二次渣；废渣风干后经球磨机磨细，过0.1mm筛，105℃下烘干，其主要化学成分及含量如下：Fe 34.81%、Cu 1.31%、Zn 2.84%、Pb 0.57%、As 0.42%、Ag 97mg/kg、Ga 923mg/kg、In 96mg/kg、Cd 30mg/kg、S 5.1%、C(焦炭)20.48%、石英20.36%，其余为Mn、Ca、K、Al、Mg等，约占14%[潘凤开，郭朝晖，程义，等.Pb/Zn冶炼废渣中重金属的生物浸出-盐浸处理[J].环境工程学报，2008，2（12）：1672-1676]。这些废渣的堆存直接影响自然环境，并对环境如土壤、水体和农作物等造成危害；在对废渣进行浸出实验发现，砷是弃渣中污染环境的重要有害元素之一，其次是氟；实验发现最大砷浸出浓度值为1075ug/L，氟为8.48mg/L；研究还发现在所研究的pH范围（4-60）内，浸出液pH与渣中重金属离子的浸出呈负相关，而与F以及As的浸出呈正相关[杨景田，苏欣捷，武庆芬，等.铅锌冶炼弃渣有害特征及其浸出行为研究[J].环境科学，1988，9（6）：17-22]。
铅锌渣由于含有Pb、Zn、Cu、Cd等重金属，As和F等有害非金属，属于危险废物的范畴。目前对于危险废物的处理，首先对有害物质稳定化后，再进行固化。
所谓稳定化是在危险废物中添加稳定剂，将有害污染物转变为化学上更稳定形式的过程，使有害污染物变成低溶解性、低迁移性或低毒性物质。稳定化一般分为化学稳定化和物理稳定化。化学稳定化是通过有害物质与稳定剂之间的化学反应，改变有害物质的化学形态和降低有害物质的溶解度和反应性；物理稳定化是将危险废物与稳定剂混合，形成坚固的物质，污染物被物理性捕获到固体物质的矩阵中[华明良，罗保明，薛军.高浓度含砷废液的直接固化稳定化试验研究[J].中国环保产业，2008，（7）：49-55]
所谓固化是在危险废物中添加固化剂，使其转变为不可流动固体或形成紧密固体的过程。在该工艺中所用的固化剂可以是一种，也可以是多种。在毒性污染物和添加剂之间可以有、也可以没有化学结合作用。固化产物可以运输和堆存。
在危险废物处理时，常采用水泥固化法。水泥固化法，它具有工艺简单、成本低、原材料易得等特点。但是水泥固化也存在一些不可忽视的问题：孔隙率较大，体积成倍增多，进入安全填埋场，造成库容浪费；此外，由于水泥固化以包裹形式为主，易产生反溶，造成二次污染等。吴少林等采用药剂稳定化、水泥固化以及二者结合等方法对锌渣进行了处理研究，研究发现采用该方法处理锌渣是完全可行的[吴少林，钟玉凤，戴玉芬，等.锌渣的固化处理及浸出毒性试验研究[J].南昌航空大学学报(自然科学版)，2007，21（2）：67-71]。
但是吴少林等采用的药剂为有机物，随着时间的延长，有机物将发生分解，使其失去对有害离子的螯合能力，在地下水、地表水和雨水的作用下，有害离子将回到生物圈，对环境再次造成危害。
发明内容
本发明的目的是提供一种可提高固化体抗水的浸蚀能力及稳定性的用水泥固化铅锌废渣的处理方法。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，其特征是，包括下述步骤：
（1）铅锌冶炼废渣的预处理
在铅锌冶炼废渣中加入表面活性剂、稳定剂、吸附剂和石灰，并搅拌均匀，其中，表面活性剂为：松香皂、烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐、羧酸或氧化石蜡皂及其衍生物，加入量为铅锌冶炼废渣质量的0.1-5%；稳定剂为：铁盐FeSO4、Fe2(SO4)3或FeCl3，铝盐Al2(SO4)3或AlCl3中的一种，加入量为铅锌冶炼废渣质量的0.1-5%；吸附剂为活性炭、沸石、硅胶、氧化铝、凹凸棒粘土、膨润土、累托石中的一种，加入量为铅锌冶炼废渣质量的1-50%；石灰的加入量为铅锌冶炼废渣质量的1-50%；
（2）水硬性胶凝材料的处理
在水硬性胶凝材料中，加入减水剂、活性掺和材料、河砂和水，并混合均匀，其中胶凝材料为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、复合硅酸盐水泥或碱矿渣水泥；减水剂为：木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的一种，加入量为水硬性胶凝材料质量的0.1-5%；活性掺和材料为粉磨后粒径小于40μm的粉煤灰、矿渣、钢渣、氧化硅微粉、活性高岭土、活性煤矸石中的一种，加入量为胶凝材料质量的1-50%；河砂加入量为胶凝材料质量的1-50%，水的加入量为胶凝材料质量的1-50%。
（3）将步骤（1）预处理后的铅锌冶炼废渣加入到步骤（2）处理后的水硬性胶凝材料中，搅拌均匀后，得到可塑性混合物，然后成型，室温下放置24h后，脱模得到固化体，放入渣库中保存；固化体中，铅锌冶炼废渣与水硬性胶凝材料的重量比为6：4。
上述工艺中，所述活性高岭土为高岭土矿石在600-900℃煅烧1-3小时制成。
所述活性煤矸石为煤矸石在600-900℃煅烧1-3小时制成。
所述成型方法为将可塑性混合物倒入模具中，用混凝土振动棒或混凝土振动台对其进行捣震，直到混合物表面有水泌出，用钢尺将混合物表面刮平；或者将可塑性混合物倒入模具中，在压力机上进行压制成型。
本发明工艺与背景技术中的处理工艺相比，在铅锌冶炼废渣中加入稳定剂和吸附剂对有害物质进行稳定化，加入石灰对废渣进行中和，加入表面活性剂提高废渣的和易性。用水硬性胶凝材料对废渣进行固化，并在胶凝材料中加入活性掺和材料，提高了固化体的致密度和强度，从而提高了其抗水的浸蚀能力，加入河砂提高了固化体的稳定性。该工艺具有固化效果好，工艺简单、成本低、原材料易得等优点。
具体实施方式
一种铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，包括下述步骤：
（1）铅锌冶炼废渣的预处理
在铅锌冶炼废渣中加入表面活性剂、稳定剂、吸附剂和石灰，并搅拌均匀，其中，表面活性剂、稳定剂、吸附剂和石灰的各组份及加入量参考表1；表1列出了编号为1-10的10个实施例的配方组成。
（2）水硬性胶凝材料的处理
在水硬性胶凝材料中，加入减水剂、活性掺和材料、河砂和水，并混合均匀，其中，胶凝材料、减水剂、活性掺和材料、河砂、水的各组份及加入量参考表2；表2列出了编号为1-10的10个实施例的配方组成。活性掺和材料中的活性高岭土为高岭土矿石在600-900℃煅烧1-3小时制成；活性煤矸石为煤矸石在600-900℃煅烧1-3小时制成（参考表3）。
（3）将步骤（1）预处理后的铅锌冶炼废渣加入到步骤（2）处理后的水硬性胶凝材料中（实施例编号相对应），搅拌均匀后，得到可塑性混合物，然后成型，室温下放置24h后，脱模得到固化体，放入渣库中保存。固化体中，铅锌冶炼废渣与水硬性胶凝材料的重量比为6：4。成型方法为将可塑性混合物倒入模具中，用混凝土振动棒或混凝土振动台对其进行捣震，直到混合物表面有水泌出，用钢尺将混合物表面刮平；或者将可塑性混合物倒入模具中，在压力机上进行压制成型。
表1铅锌冶炼废渣的预处理工艺
表2水硬性胶凝材料的处理工艺
表3活性高岭土和活性煤矸石的制备工艺
根据中华人民共和国国家标准“危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别”（GB508513-2007），检测得到本发明方法所得铅锌冶炼废渣固化体中有害元素的浸出浓度如表4所示。从表4可以看出，浸出液中有害离子浓度均低于国家标准要求。另外根据表4，固化体的强度均大于50MPa。
表4固化体强度和浸出液浓度
Claims (5)
1.一种铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，其特征是，包括下述步骤：
（1）铅锌冶炼废渣的预处理
在铅锌冶炼废渣中加入表面活性剂、稳定剂、吸附剂和石灰，并搅拌均匀，其中，表面活性剂为：松香皂、烷基苯磺酸盐、木质素磺酸盐、羧酸或氧化石蜡皂及其衍生物，加入量为铅锌冶炼废渣质量的0.1-5%；稳定剂为：铁盐FeSO4、Fe2(SO4)3或FeCl3，铝盐Al2(SO4)3或AlCl3中的一种，加入量为铅锌冶炼废渣质量的0.1-5%；吸附剂为活性炭、沸石、硅胶、氧化铝、凹凸棒粘土、膨润土、累托石中的一种，加入量为铅锌冶炼废渣质量的1-50%；石灰的加入量为铅锌冶炼废渣质量的1-50%；
（2）水硬性胶凝材料的处理
在水硬性胶凝材料中，加入减水剂、活性掺和材料、河砂和水，并混合均匀，其中胶凝材料为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、复合硅酸盐水泥或碱矿渣水泥；减水剂为：木质素磺酸钠盐减水剂、萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂、氨基高效减水剂、聚羧酸高性能减水剂中的一种，加入量为水硬性胶凝材料质量的0.1-5%；活性掺和材料为粉磨后粒径小于40μm的粉煤灰、矿渣、钢渣、氧化硅微粉、活性高岭土、活性煤矸石中的一种，加入量为胶凝材料质量的1-50%；河砂加入量为胶凝材料质量的1-50%，水的加入量为胶凝材料质量的1-50%；
（3）将步骤（1）预处理后的铅锌冶炼废渣加入到步骤（2）处理后的水硬性胶凝材料中，搅拌均匀后，得到可塑性混合物，然后成型，室温下放置24h后，脱模得到固化体，放入渣库中保存；固化体中，铅锌冶炼废渣与水硬性胶凝材料的重量比为6：4。
2.如权利要求1所述的铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，其特征是，所述活性高岭土为高岭土矿石在600-900℃煅烧1-3小时制成。
3.如权利要求1所述的铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，其特征是，所述活性煤矸石为煤矸石在600-900℃煅烧1-3小时制成。
4.如权利要求1所述的铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，其特征是，所述成型方法为，将可塑性混合物倒入模具中，用混凝土振动棒或混凝土振动台对其进行捣震，直到混合物表面有水泌出，用钢尺将混合物表面刮平。
5.如权利要求1所述的铅锌冶炼废渣的固化处理工艺，其特征是，所述成型方法为，将可塑性混合物倒入模具中，在压力机上进行压制成型。
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