CN104291745A - 一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法 - Google Patents

一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法。其特点是，包括如下步骤：将污酸渣粉末、改质镁渣粉末和铝矾土粉末混合，其中污酸渣与改质镁渣的重量比例为1:1-3而铝矾土加入量占混合粉末总重量的20％-60％，再将质量浓度为20-50％的NaOH溶液与质量浓度为5-50％的水玻璃溶液按照体积比3:1-3混合，然后倒入前述混合粉末中，搅拌均匀，再倒入模具中制模，最后经过脱模、养护即可。本发明提供了一种可以用来固化污酸渣中的重金属Cd的清洁环保的处理方法，成本低廉。其制备工艺简单，不需要高温烧结，不用昂贵材料，容易工程实施，且可实现工业化生产。

Description

一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法
技术领域
本发明涉及一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法。 
背景技术
有色金属冶炼属于重污染行业，对我国经济发展起着举足轻重的作用，但有色冶金属工业废渣长期堆放，导致地下水体严重污染，存在重大安全隐患，严重制约了有色金属行业的可持续发展和“两型社会”的建设。 
铅锌行业是我国有色金属冶炼的重要代表。我国铅锌行业大宗工业固体废弃物主要来源于冶金炉渣和酸性水处理渣(污酸渣)，年产生的工业废渣估计超过600万吨。以株洲清水塘工业区为例，2010年排放的各种工业废渣接近300万吨，其中重金属冶炼固体废物近50万吨，化工废物电石泥干基54万吨，包括电厂、化工厂产生的粉煤灰100多万吨，含重金属废石膏2万多吨，无机硅白炭黑生产废渣包括尾砂达10多万吨。而且其历年堆存量逐年增长，其中重金属污酸废渣达到20多万吨，电石泥超过200万吨，尾砂超过100万吨。导致湘江水体严重污染、资源极大浪费，尤其是堆存的重金属污酸废渣等固体废物、占地近百亩的堆场令人触目惊心，存在重大安全隐患，迫切需要开发减量无害化处理利用工业化技术。 
发明内容
本发明的目的是提供一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法，能够作为污酸渣无害化处理的有效途径，并且该方法工艺简单，可以实现工业化 生产。 
一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法，其特别之处在于，包括如下步骤：将污酸渣粉末、改质镁渣粉末和铝矾土粉末混合，其中污酸渣与改质镁渣的重量比例为1:1-3而铝矾土加入量占混合粉末总重量的20％-60％，再将质量浓度为20-50％的NaOH溶液与质量浓度为5-50％的水玻璃溶液按照体积比3:1-3混合，然后倒入前述混合粉末中，搅拌均匀，再倒入模具中制模，最后经过脱模、养护即可。 
进一步的，包括如下步骤： 
(1)烘干：将污酸渣烘干； 
(2)研磨：将烘干的污酸渣进行干法研磨，得到粉末粒径＜40目，同时将改质镁渣超细粉碎，得到超细镁渣粉体的粒径＜40目； 
(3)混料：将得到的污酸渣与改质镁渣混合，污酸渣与改质镁渣的重量比例为1:1-3，再加入铝矾土粉末，其中铝矾土粉末的添加量占混合粉末总重量的20-60％，充分混合； 
(4)再加入质量浓度为20-50％的碱激发剂NaOH溶液和质量浓度为5-50％的水玻璃溶液，并且NaOH溶液与水玻璃溶液的体积比为3:1-3；其中NaOH溶液和水玻璃溶液的总重量占步骤(3)得到的混合粉末总重量的10-25％； 
(5)制模：倒入模具中，室温下静置1-2d； 
(6)脱模； 
(7)养护：放入水泥标准养护箱中养护即可。 
步骤(1)中烘干温度40-100℃，烘干至污酸渣中水分含量≤5％。 
步骤(2)中干法研磨，研磨时间3-10min；将改质镁渣利用振动磨超细粉碎，粉碎时间3-10min。 
步骤(8)中养护温度40-90℃，相对湿度40-80％，养护时间2-6h后， 至3d、7d、28d。 
本发明方法与现有技术相比具有以下优点:本发明提供了一种可以用来固化污酸渣中的重金属Cd的清洁环保的处理方法，成本低廉。其制备工艺简单，不需要高温烧结，不用昂贵材料，容易工程实施，且可实现工业化生产。在固化的过程中，不产生二次废渣、废水和废气，产品可作为建筑骨料，既可以固化重金属Cd，又可以实现工业固废资源化。 
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图； 
附图2为对本发明得到的地质聚合物进行浸出毒性实验的流程图。 
具体实施方式
本发明提供了一种污酸渣清洁环保处理的方法，其固化剂为铝矾土，碱激发剂提供一种污酸渣无害化处理的方法；污酸渣固化工艺简单，不用高温烧结，不用昂贵材料，容易工程实施，且可实现工业化生产；在固化的过程中，不产生二次废渣、废水和废气，实现安全绿化实施；污酸渣经固化后最终形成的地质聚合物，这种地质聚合物结构是类沸石相，而沸石是具有三维网状结构的含水硅酸铝，且沸石材料可以吸附有毒重金属离子Cd，稳定污酸渣中的重金属Cd；达到以废治废的，具有工艺简单，生产成本低、安全有效，并有明显的经济效益和环境效益。 
表1 污酸渣化学组分(％) 
表2 改质镁渣化学组分(％) 
下列实施例所用原料中改质(金属)镁渣为宁夏惠冶镁业集团有限公司金属镁冶炼渣料，污酸渣为铅锌冶炼企业(株洲冶炼集团股份有限公司)的渣料。 
实施例1： 
首先将污酸渣、改质镁渣采用机械方法磨料至粒度40目以下，再将污酸渣与改质镁渣混合，污酸渣与改质镁渣重量比为4:6，混合渣料与铝矾土按照7:3的重量比混合，加入混合后的碱激发剂NaOH溶液(质量浓度40％)和水玻璃溶液(质量浓度20％)，该NaOH溶液和水玻璃溶液的质量均占配制总质量(指污酸渣、镁渣和铝矾土重量相加)的8％，配制总量为5Kg的混合物。 
将混合好的物料倒入倒入40mm×40mm×160mm三联模具中，室温下静置1d后脱模，放入水泥标准养护箱中养护，养护温度80℃，相对湿度85％，养护4h后，放至3d、7d、28d，最终得到固镉类地质聚合物。 
进行抗折强度测试，3d、7d和28d的固镉类地质聚合物抗折强度依次0.64、1.55和4.15MPa，3d、7d和28d的固镉类地质聚合物抗压强度依次6.85、7.05和22.41MPa。 
对采用上述方法制备的固镉类地质聚合物进行浸出毒性实验。 
表3 某冶炼厂污酸渣固化前后Cd浸出毒性 
表3：某冶炼厂污酸渣固化前后Cd浸出毒性，固化后Cd的浸出毒性大大下降，低于《固体废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5058.3-2007)标准规定的最高限定值。(重金属浸出按照GB5085.3-2007和 HJ/T299-2007进行测定) 
实施例2： 
将污酸渣(化学组分如表1)和改质镁渣(化学组分如表2)采用机械方法磨料至粒度40目以下；再将污酸渣与改质镁渣混合，污酸渣与改质镁渣重量比为3:7，混合渣料与铝矾土按照6:4的重量比例混合，加入碱激发剂NaOH(质量浓度30％)和水玻璃(质量浓度30％)，NaOH和水玻璃的质量均占配制总质量(指污酸渣、镁渣和铝矾土重量相加)7％，配制总量为5Kg的混合物。 
将混合好的物料倒入40mm×40mm×160mm三联模具中，室温下静置1d后脱模，放入水泥标准养护箱中养护，养护温度75℃，养护时间6h后，相对湿度85％，放至3d、7d和28d，最终得到固镉类地质聚合物。 
抗折强度测试，3d、7d和28d的抗折强度依次0.68、1.52和3.25MPa，3d、7d和28d的抗压强度依次4.85、8.77和22.41MPa。对固镉类地质聚合物进行浸出毒性实验(重金属浸出按照GB5085.3-2007和HJ/T299-2007进行测定)。 
表4 某冶炼厂污酸渣固化前后Cd浸出毒性 
表4：某冶炼厂污酸渣固化前后Cd浸出毒性，固化后Cd的浸出毒性大大下降，低于《固体废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5058.3-2007)标准规定的最高限定值。 
实施例3： 
将污酸渣(化学组分如表1)和改质镁渣(化学组分如表2)采用机械方法磨料至粒度40目以下；再将污酸渣与改质镁渣混合，污酸渣与改质镁渣重量比为2:8，混合渣(重量比)与铝矾土按照8:2的重量比例混合， 加入碱激发剂NaOH和水玻璃，NaOH(质量浓度30％)和水玻璃(质量浓度25％)的质量均占配制总质量(指污酸渣、镁渣和铝矾土重量相加)10％，配制总量为5Kg的混合物。将混合好的物料倒入倒入40mm×40mm×160mm三联模具中，室温下静置1d后脱模，放入标准养护箱中养护，养护温度70℃，养护时间5h后，相对湿度85％，放至3d、7d和28d，抗折强度测试，3d、7d和28d的抗折强度依次0.48、1.42和4.10MPa，3d、7d和28d的抗压强度依次4.15、11.15和14.95MPa。对固镉类地质聚合物进行浸出毒性实验(重金属浸出按照GB5085.3-2007和HJ/T299-2007进行测定)。 
表5 某冶炼厂污酸渣固化前后Cd浸出毒性 
表5：某冶炼厂污酸渣固化前后Cd浸出毒性，固化后Cd的浸出毒性大大下降，低于《固体废弃物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB5058.3-2007)标准规定的最高限定值。 

Claims (5)

1.一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：将污酸渣粉末、改质镁渣粉末和铝矾土粉末混合，其中污酸渣与改质镁渣的重量比例为1:1-3而铝矾土加入量占混合粉末总重量的20％-60％，再将质量浓度为20-50％的NaOH溶液与质量浓度为5-50％的水玻璃溶液按照体积比3:1-3混合，然后倒入前述混合粉末中，搅拌均匀，再倒入模具中制模，最后经过脱模、养护即可。 
2.如权利要求1所述的一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法，其特征在于，包括如下步骤： 
(1)烘干：将污酸渣烘干； 
(2)研磨：将烘干的污酸渣进行干法研磨，得到粉末粒径＜40目，同时将改质镁渣超细粉碎，得到超细镁渣粉体的粒径＜40目； 
(3)混料：将得到的污酸渣与改质镁渣混合，污酸渣与改质镁渣的重量比例为1:1-3，再加入铝矾土粉末，其中铝矾土粉末的添加量占混合粉末总重量的20-60％，充分混合； 
(4)再加入质量浓度为20-50％的碱激发剂NaOH溶液和质量浓度为5-50％的水玻璃溶液，并且NaOH溶液与水玻璃溶液的体积比为3:1-3；其中NaOH溶液和水玻璃溶液的总重量占步骤(3)得到的混合粉末总重量的10-25％； 
(5)制模：倒入模具中，室温下静置1-2d； 
(6)脱模； 
(7)养护：放入水泥标准养护箱中养护即可。 
3.如权利要求2所述的一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法，其特征在于：步骤(1)中烘干温度40-100℃，烘干至污酸渣中水分含量≤5％。 
4.如权利要求2所述的一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法，其特征在于：步骤(2)中干法研磨，研磨时间3-10min；将改质镁渣利用振动磨超细粉碎，粉碎时间3-10min。 
5.如权利要求2所述的一种利用污酸渣制备地质聚合物的方法，其特征在于：步骤(8)中养护温度40-90℃，相对湿度40-80％，养护时间2-6h后，至3d、7d、28d。 
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