CN104001709A - 一种利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法，属环境工程技术领域。本发明步骤如下：（1）将脱硫石膏与一定量的硫化物(0.5wt%)混合，加少量的水混合；（2）将样品与MgO、KH₂PO₄、水混合强力搅拌30min倒入模具，将模具放入标准养护箱2-3h后脱模；（3）将模块放入标准养护箱固化3个星期；（4）反应后得到固定有汞的CBPC材料，将该样品做TCLP和SPLP毒性浸出实验，测定样品中汞的浸出毒性，未检测到汞；试验表明该陶瓷材料能达到汞无浸出的效果。

Description

一种利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法

技术领域

本发明涉及一种利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法，属环境工程技术领域。

背景技术

燃煤烟气排放的汞是汞污染的主要来源，烟气中的Hg²⁺易溶于水，湿法烟气脱硫装置在脱硫的过程中可通过溶解吸收烟气中的Hg²⁺将其捕捉进入脱硫石膏，达到同时净化烟气中汞的目的。所以脱硫石膏必须经过对汞的稳定固化处理后才可以进行填埋堆放。传统的汞废物固化稳定化方法采用水泥固化法，在水泥水合过程中Hg²⁺在高碱性条件下形成HgO沉淀被包裹在硅酸盐中，属于简单的物理封装作用，在水泥的多孔化基质中容易造成再次溶出。因此，针对脱硫石膏副产品的总量日益增大及填埋堆放的安全性问题，必须寻找一种无害化稳定固化脱硫石膏中汞的方法。

化学键磷酸盐陶瓷（CBPC）类似水泥，可以在室温下凝固，是一种坚硬、高密度陶瓷，内部是一种磷酸钾镁水合物——MgKPO₄·6H₂O（MKP）的晶体结构，其具有良好的化学抗性、水束性、较高的强度、低空率，通过化学和物理结合作用达到封装固化汞的效果。加入一定量的硫化物与汞反应生成溶解度较低的硫化汞可促进汞的稳定化,硫化汞存在于CBPC的孔隙结构中。

发明内容

    针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法。

本发明的构思是将脱硫石膏加入一定量的硫化物，形成较稳定的HgS。然后将处理后的脱硫石膏、与煅烧后的白云土（主要是MgO）和KH₂PO₄与水混合，在一定条件下反应，通过形成MKP·6H₂O而被固化，硫化汞被固定在CBPC的晶体结构中。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法，包括以下步骤：

a.将脱硫石膏与一定量的硫化物混合，加少量的水混合10-50min，生成稳定硫化汞，其中硫化物的重量比为0.5 wt%；

b.将白云土790℃煅烧后1-3h后得到MgO；

c.将步骤a中处理后的样品与MgO、KH₂PO₄、水混合后强力搅拌30min，其中MgO和KH₂PO₄的物质的量比为0.8-1.2；然后倒入模具，将模具放入标准养护箱2-3h后脱模；

d.将脱模后的模块放入标准养护箱固化3个星期，反应后得到包裹有硫化汞的化学键磷酸盐陶瓷材料；

e.将上述材料进行TCLP和SPLP毒性浸出实验，测定样品中汞的浸出毒性。

本发明主要机理如下所述：

本发明利用化学结合磷酸盐陶瓷良好的致密性和抗水性，将难溶的硫化汞包裹于CBPC水化产物的晶格结构中，形成稳定的固化体，防止其浸出，达到环境友好的目的。硫化汞的溶解度极低，所以可利用加入硫化物（硫化钠或硫化钾）将汞转化成硫化汞提高稳定固化效果。另外，CBPC的成形机理由下式给出：MgO+KH₂PO₄+5H₂O=MgKPO₄·6H₂O 。在制造化学键磷酸盐陶瓷时，碱性MgO和脱硫石膏搅拌进入酸性磷酸盐溶液，溶液pH值由4缓慢升至8时CBPC成形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

固化后的材料有较高的力学性能和耐酸碱腐蚀性，材料成形速度较快，汞污染可达到无浸出的效果，使脱硫石膏得到有效的无害化，稳定化的预处理。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例作进一步的说明。

本实施例的利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法过程和步骤如下：

（1）将取自安徽宿州的燃煤电厂脱硫石膏40g与0.2g硫化钠混合，加少量的水混合30min；

（2）将31g KH₂PO₄溶于20mL水中，待KH₂PO₄全部溶解，将步骤（1）处理后的样品与9g 煅烧后的白云土加入溶液中强力搅拌30min，倒入模具，将模具放入标准养护箱2h后脱模；

（3）将脱模后的模块放入标准养护箱固化3个星期，反应后得到包裹有硫化汞的化学键磷酸盐陶瓷材料；

（4）将上述材料进行TCLP和SPLP毒性浸出实验，测定样品未检出汞；实验表明该陶瓷材料能达到很好的稳定固化汞的效果。

TCLP毒性浸出实验步骤如下：

（1）按照EPA的TCLP毒性浸出试验法配制浸提溶液，将 17.25 mL醋酸用蒸馏水定容至 1 L，提取液的 pH 为 2.64±0.05。

（2）将上述CBPC材料以及脱硫石膏原样品用上述浸提剂进行浸取，保持液固比为20:1，即1g样品用20mL浸提剂，在常温下于 TCLP 浸出试样制备仪中浸出 18±4 h，上下颠倒速率为 30 rpm。

（3）浸提结束后将样品进行离心固液分离，上层液过膜加入 BrCl 并使用冷原子吸收方法测定溶液中汞离子浓度。测定结果为脱硫石膏样品浸出浓度为0.01894μg/L，CBPC材料浸出液未检测出汞。

SPLP毒性浸出实验步骤如下：

（1）按照EPA的SPLP毒性浸出实验法配制浸提溶液，选用硫酸和硝酸溶液作为提取液，其中硫酸和硝酸的质量比为 2:1，pH=3.20±0.05。

（2）将上述CBPC材料以及脱硫石膏原样品用上述浸提剂进行浸取，保持液固比为10:1，即1g样品用10mL浸提剂，在常温下于 TCLP 浸出试样制备仪中浸出 18±4 h，上下颠倒速率为 30 rpm。

（3）浸提结束后将样品进行离心固液分离，上层液过膜加入 BrCl 并使用冷原子吸收方法测定溶液中汞离子浓度。测定结果为脱硫石膏样品浸出浓度为0.01268mg/L，CBPC材料浸出液未检测出汞。

说明CBPC材料对脱硫石膏中汞有很好的稳定固化作用。 

Claims (1)

1.一种利用化学键磷酸盐陶瓷-硫化物结合固化稳定化脱硫石膏中汞的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.将脱硫石膏与一定量的硫化物混合，加少量的水混合10-50min，生成稳定硫化汞，其中硫化物的重量比为0.5 wt%；

b.将白云土790℃煅烧后1-3h后得到MgO；

c.将步骤a中处理后的样品与MgO、KH₂PO₄、水混合后强力搅拌30min，其中MgO和KH₂PO₄的物质的量比为0.8-1.2；然后倒入模具，将模具放入标准养护箱2-3h后脱模；

d.将脱模后的模块放入标准养护箱固化3个星期，反应后得到包裹有硫化汞的化学键磷酸盐陶瓷材料；

e.将上述材料进行TCLP和SPLP毒性浸出实验，测定样品中汞的浸出毒性。