CN103011738B - 一种铜污泥的固化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜污泥的固化方法，该方法以冶金工业铜污泥、粉煤灰、水泥、艾萨炉渣等为原料，通过混配混磨、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；解决铜污泥固化的问题，同时可以将废弃物重新利用，带来了可观的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜污泥的固化技术，是一种对冶金行业铜污泥资源化利用新技术，属于能源化学领域。
背景技术
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Cu、Sn、As的混合污泥。由于铜污泥中的铜、镍、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，因此对铜污泥进行无害化处理与处置具有很现实的意义。
另一方面，冶金行业每年产生的大量的冶金污泥，对其随意堆砌不仅需要占用土地资源而且浪费其有用价值。如果将冶金污泥固化后进行最大限度的有效利用那么就可以为可持续发展做出贡献而且有很高的经济价值。
发明内容
鉴于以上两点，本发明提供了一种对冶金工业铜污泥固化及综合利用的方法，该方法以冶金工业铜污泥、粉煤灰、水泥、艾萨炉渣等为原料，通过混配混磨、注模、成型、养护等工艺制备得到成品，最终成品应用于建材方面。
本发明方法通过如下具体实施过程实现：
前期：铜污泥在自然条件下晾干后粉碎并混合均匀，然后通过微波加热方式对污泥进行处理，条件为400-800℃下处理0.5-1h。
中期：将质量百分比10%-30%的铜污泥、质量百分比20%-35%的艾萨炉渣、质量百分比20%-35%的粉煤灰、质量百分比10%-30%的水泥混合，进行混磨，混磨时间为25-35min，混磨过程中添加混合物质量7%-9%的石灰，混磨后物料添加水和添加剂，水的添加量为水泥与粉煤灰质量的0.175%-0.2%，添加剂的添加量为混合物质量的0.10-0.12%，对混合物料进行强力搅拌5-10min，制得压制前物料。
后期：将压制前物料放在模具中压制成型，把成型的样品进行养护，养护条件为先蒸汽养护1-2天后，放入自然养护1-3天，最后对产品按国家标准进行毒性浸出和强度测试，即得到铜污泥固化后成品砖。
本发明所述添加剂为亚硝酸钠与萘系早强剂的混合剂。
本发明所述水泥为普通硅酸盐水泥，如32.5型号；艾萨炉渣为铜精矿经过艾萨炉提炼冰铜后排出的炉渣，艾萨炉渣风干后即可使用。
本发明中处理的铜污泥为铜火法冶炼过程中用烟气制酸后产生的废水，废水经废水处理站后产生的含高砷及其它重金属污泥，一般统称为铜污泥。
由于原料自身的缺陷导致成品可能强度低，增容比大等问题，污泥的预处理可以减少砷和结晶水的含量，增加污泥固化后的强度，物料的混磨与添加可以提高后期成品的强度，通过外加剂来弥补早期原料带来的强度低的缺点，石灰可以改变原料中一些化学性质提高反应，从而更好的固化污泥中的重金属。压制成型的样品强度要高于浇注成型的样品，养护可以降低石膏膨胀同时可以增加成品的强度。
本发明中微波加热可减少污泥中硫酸钙的结晶水，半水硫酸钙与粉煤灰发生化学反应进而提高抗压强度，而原料混磨可以改善砖体后期强度。
本发明中添加剂为亚硝酸钠与萘系早强剂，萘系早强剂在水泥类材料中使用广泛，此添加剂克服水泥早期强度不足的弱点，亚硝酸钠可以很好的改善污泥与粉煤灰砖材料的早期强度不足，二者结合使用可以充分改善早期强度不足的缺陷；外加石灰可以改善粉煤灰与铜污泥性质，有利于破坏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，导致砖体强度下降，所以要注意石灰的添加量。
本发明中采用的原料既增强成品砖性能同时减少成本，充分体现了废弃物综合利用的新思路，例如艾萨炉渣作为骨料替代了建筑细沙减少成本的同时增加了成品砖的强度，粉煤灰在替代部分水泥并且有利于金属离子的固化；采用先湿热后自然的养护方法，相对于湿式养护和自然养护可以更好的抑制硫酸钙的膨胀，改善成品砖的整体强度。
本发明具有的优点如下：
（1）实验解决了铜污泥无法随意堆放的问题；
（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；
（3）利用此方法不仅可以解决铜污泥固化的问题，同时可以将废弃物重新利用，带来了可观的经济价值。
（4）通过本发明方法制得的产品可做墙体用砖和道路用砖，通过此方法满足废弃物综合利用。
附图说明
图1 是本发明铜污泥的固化方法的流程示意图。
具体实施方式
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。
实施例1：本铜污泥的固化方法，具体操作如下：
（1）本实施例采用的某炼铜厂铜污泥成分如表1所示，某炼铜厂艾萨炉渣成分如表2所示，粉煤灰成分如表3所示：
表1：某炼铜厂铜污泥成分
| 成份 | As | S | Zn | Fe | Sb | Pb | Bi | Cu | Cd | 其他 |
| % | 9.44 | 4.65 | 2.08 | 1.93 | 0.64 | 0.22 | 0.05 | 0.02 | - | - |
表2：某炼铜厂艾萨炉渣成分
| 成份 | Cu | S | Fe | CuO | SiO2 | Pb | Zn | As | Al2O3 | MgO |
| % | 9.47 | 4.17 | 35.36 | 2.56 | 24.18 | 0.45 | 1.93 | 0.09 | 3.90 | 1.40 |
表3：粉煤灰成分
| 成份 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | 损失 |
| % | 59.47 | 27.98 | 6.33 | 4.11 | 0.98 | 3.70 |
（2）铜污泥自然风干、粉碎后，对污泥进行800℃微波加热处理1h，将质量百分比25%铜污泥、质量百分比30%的艾萨炉渣、质量百分比30%的粉煤灰、质量百分比15%的普通硅酸盐水泥混合，进行混磨，混磨时间为30min，混磨过程中外加混合物质量8%的石灰，混磨后物料添加水和添加剂，水的添加量为水泥与粉煤灰质量的0.185%，添加剂与水同时加入混磨好的物料中，添加剂的添加量为混合物质量的0.11%（亚硝酸钠为0.06%、萘系早强剂为0.05%），对混合物料进行强力搅拌10min，制得压制前物料；压制前物料在25Mpa下压制成型，成型样品进行养护，养护条件为先蒸汽养护1天，然后自然养护2天，即得到铜污泥固化后产品；产品按国标进行强度和毒性浸出测试。
强度检测结果显示：成品砖3天强度为13.3Mpa、28天强度为18.5 Mpa均达到国家建筑行业标准，《粉煤灰砖》(JC239---91)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实施例产品达到10级要求。
毒性浸出检测结果显示：固化前砷元素浸出结果为462.87mg/L，固化后的浸出砷元素浸出≤0.001mg/L，浸出毒性达到国家标准《危险废物鉴别标准----漫出毒性鉴别》(GB115085．3-1996)中毒性浸出标准≤5mg/L，成品使用安全（见图1）。
实施例2：本铜污泥的固化方法，具体操作如下：
（1）本实施例采用的某炼铜厂铜污泥，某炼铜厂艾萨炉渣，粉煤灰成分同实施例1；
（2）对铜污泥自然风干、粉碎混匀后，对污泥进行600℃微波加热处理0.5h，将质量百分比20%铜污泥、质量百分比35%的艾萨炉渣、质量百分比20%的粉煤灰、质量百分比25%的普通硅酸盐水泥混合，进行混磨，混磨时间为25min，混磨过程中外加混合物质量7%的石灰，混磨后物料添加水和添加剂，水的添加量为水泥与粉煤灰质量的0.177%，添加剂与水同时加入混磨好的物料中，添加剂的添加量为混合物质量的0.12%，其中亚硝酸钠为0.07%、萘系早强剂为0.05%，对混合物料进行强力搅拌8min，制得压制前物料；压制前物料在25Mpa下压制成型，成型样品进行养护，养护条件为先蒸汽养护2天，然后自然养护3天，即得到铜污泥固化后产品；产品按国标进行强度和毒性浸出测试。
强度检测结果：成品砖3天强度为11.7Mpa、28天强度为16.2Mpa均达到国家建筑行业标准，《粉煤灰砖》(JC239---91)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实施例产品达到10级要求。
毒性浸出检测结果：固化前砷元素浸出结果为462.87mg/L，固化后的浸出砷元素为0.003mg/L，浸出毒性达到国家标准《危险废物鉴别标准—漫出毒性鉴别》(GB115085．3-1996)中毒性浸出标准≤5mg/L，成品使用安全。
实施例3：本铜污泥的固化方法，具体操作如下：
（1）本实施例采用的某炼铜厂铜污泥，某炼铜厂艾萨炉渣，粉煤灰成分同实施例1；
（2）对铜污泥自然风干、粉碎混匀后，对污泥进行400℃微波加热处理0.8h，将质量百分比30%铜污泥、质量百分比20%的艾萨炉渣、质量百分比35%的粉煤灰、质量百分比15%的普通硅酸盐水泥混合，进行混磨，混磨时间为30min，混磨过程中外加混合物质量9%的石灰，混磨后物料添加水和添加剂，水的添加量为水泥与粉煤灰质量的0.2%，添加剂与水同时加入混磨好的物料中，添加剂的添加量为混合物质量的0.10%，其中亚硝酸钠为0.05%、萘系早强剂为0.05%，对混合物料进行强力搅拌5min，制得压制前物料；压制前物料在25Mpa下压制成型，成型样品进行养护，养护条件为先蒸汽养护2天，然后自然养护1天，即得到铜污泥固化后产品；产品按国标进行强度和毒性浸出测试。
强度检测结果显示：成品砖3天强度为10.3Mpa、28天强度为16.4Mpa均达到国家建筑行业标准，《粉煤灰砖》(JC239---91)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实施例产品达到10级要求。
毒性浸出检测结果显示：固化前砷元素浸出结果为462.87mg/L，固化后的浸出砷元素为0.27mg/L。浸出毒性达到国家标准《危险废物鉴别标准——漫出毒性鉴别》(GB115085．3—1996)中毒性浸出标准≦5mg/L，成品使用安全。
实施例4：本铜污泥的固化方法，具体操作如下：
（1）本实施例采用的某炼铜厂铜污泥，某炼铜厂艾萨炉渣，粉煤灰成分同实施例1；
（2）对铜污泥自然风干、粉碎混匀后，对污泥进行500℃微波加热处理0.9h，将质量百分比10%铜污泥、质量百分比30%的艾萨炉渣、质量百分比30%的粉煤灰、质量百分比30%的普通硅酸盐水泥混合，进行混磨，混磨时间为25min，混磨过程中外加混合物质量8%的石灰，混磨后物料添加水和添加剂，水的添加量为水泥与粉煤灰质量的0.19%，添加剂与水同时加入混磨好的物料中，添加剂的添加量为混合物质量的0.10%，其中亚硝酸钠为0.05%、萘系早强剂为0.05%，对混合物料进行强力搅拌6min，制得压制前物料；压制前物料在25Mpa下压制成型，成型样品进行养护，养护条件为先蒸汽养护1天，然后自然养护1天，即得到铜污泥固化后产品；产品按国标进行强度和毒性浸出测试。
强度检测结果显示：成品砖3天强度为11.3Mpa、28天强度为17.0Mpa均达到国家建筑行业标准，《粉煤灰砖》(JC239---91)中强度级别10，即抗压强度≥10Mpa，本实施例产品达到10级要求。
毒性浸出检测结果显示：固化前砷元素浸出结果为462.87mg/L，固化后的浸出砷元素为0.07mg/L。浸出毒性达到国家标准《危险废物鉴别标准---漫出毒性鉴别》(GB115085．3-1996)中毒性浸出标准≦5mg/L，成品使用安全。
Claims (1)
1.一种铜污泥的固化方法，其特征在于按如下步骤进行：
铜污泥自然风干、粉碎后，在400-800℃下用微波加热干燥处理0.5~1h，备用；
将质量百分比10%-30%的铜污泥、质量百分比20%-35%的艾萨炉渣、质量百分比20%~35%的粉煤灰、质量百分比10%-30%的水泥混合，进行混磨，混磨时间为25-35min，混磨过程中添加混合物质量7%-9%的石灰，混磨后物料添加水和添加剂，水的添加量为水泥与粉煤灰质量的0.175%~0.2%，添加剂的添加量为混合物质量的0.10-0.12%，对混合物料进行强力搅拌5~10min，制得压制前物料；
将压制前物料压制成型，成型样品进行养护，养护条件为先蒸汽养护1-2天，然后进行自然养护1~3天，即得到铜污泥固化后成品砖；
其中所述添加剂为亚硝酸钠与萘系早强剂的混合剂。
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| 水泥基材固化处理含铜污泥的析出性能研究;张亚梅等;《硅酸盐学报》;20021231;第30卷(第4期);第537-539页 * |
| 电镀污泥制砖试验研究;聂鑫淼等;《污染防治技术》;20061231;第19卷(第6期);第20-22页 * |
| 聂鑫淼等.电镀污泥制砖试验研究.《污染防治技术》.2006,第19卷(第6期),第20-22页. |
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