CN104671717A - 一种危险废弃物碳化固化处理工艺 - Google Patents

一种危险废弃物碳化固化处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种危险废弃物碳化固化处理工艺,其特征在于,包括:(1)、将水泥和危险废弃物注入容器中进行搅拌,搅拌完成后进行标准养护;(2)、标准养护28d后,将容器放入超临界二氧化碳循环设备中,通入二氧化碳,闭合设备,设定设备内压强和温度,设定保压时间;(3)保压完成后,缓慢泄压,取出容器,封盖,得水泥和危险废弃物形成的水泥固化体。经过碳化处理后的水泥固化体致密度得到提升,水泥固化体将具有更高的强度,更好的抗浸出性,而随着内部水分的减少,水泥体的耐辐照稳定性也得到提高。水泥固化体性能指标达到建筑材料的相关性能要求时,亦可作为建筑材料再次被使用。

Description

一种危险废弃物碳化固化处理工艺
技术领域
本发明属危险废弃物水泥固化技术领域,特别涉及一种危险废弃物碳化固化处理工艺。
背景技术
对危险废弃物水泥固化体固化性能的提高一直受到广泛的关注,较为常见的水泥固化体品种为普通硅酸盐水泥固化体和掺有不同骨料的水泥固化体,例如现有技术CN102201272A和CN1736948A。
其中,普通硅酸盐水泥固化体工艺成熟,成本低廉,稳定性较好,但对核素和部分重金属的滞留能力较差,增容比大,辐照稳定性一般。
掺入污酸渣的固化体胶凝效果良好,内部重金属的浸出浓度较低,工艺简单,成本较低,有一定的经济效益与环境效益,但污酸渣的排放量有限,成分不稳定,形成的水泥固化体的稳定性一般,适用范围有限,浸出浓度较高。
另有以焚烧飞灰为主要组分并加入铝工业废渣粉末,石灰粉等物质浇筑而成的新型水泥固化基质,能够很好的通过以废治废的手段使危险废弃物能够无害化处理,但采用此方法废渣的可控性较差,新型水泥基质的稳定性一般,浸出浓度降低不明显。
综上现有技术一般存在以下问题和缺陷:
(1)、对内部粒子的滞留能力的提高程度有限:由于水泥体的多孔性,造成粒子易在水泥体内部发生迁移。
(2)、资源化利用的水泥固化体质量难于保证:掺入的工业废渣质量与成分难于保证,造成新的水泥固化体的固化性能难于控制。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,为了提高危险废弃物水泥固化体的抗浸出性和可靠性,提供了一种危险废弃物碳化固化处理工艺。具体地:
一种危险废弃物碳化固化处理工艺:包括:
(1)、将水泥和危险废弃物注入容器中进行搅拌,搅拌完成后进行标准养护;
所述水泥和危险废弃物的重量比例范围优选为1:9-9:1。
所述水泥用现在常用的普通硅酸盐水泥,需要加入一定量的水,优选水灰比0.35-0.4。也根据和易性和固化要求选取,以现在常用的比例和技术标准为基础做改进。
危险废弃物包括:核废料和飞灰,其中核废料指核反应过后不再需要但又具有放射性的废料,核电站、核工业和其他的一些研究机构都会产生危险废弃物,而核电站核的危险废弃物的主要来源,核反应过程中的乏燃料、冷却剂、树脂交换剂、浓缩液等都是危险废弃物,其中主要是核素;垃圾焚烧厂焚烧垃圾后会产生飞灰和炉渣,其中飞灰含有一定量的重金属,危害性更强,更难处理。
搅拌时间和搅拌速度以常规水泥搅拌技术为准,也可以现在常用的技术标准为基础做改进
标准养护是在养护室或者养护箱中进行,标准养护的温湿度条件优选为25℃的温度和不小于90%的湿度。
所述容器包括各种适合水泥搅拌的容器,一般是钢桶,便于搬运与贮存,少数也有加筋混凝土桶的。
(2)、标准养护28d(天)后,将容器放入超临界二氧化碳循环设备中,通入二氧化碳,闭合设备,设定设备内压强和温度,设定保压时间;
所述二氧化碳的浓度为超临界二氧化碳循环设备的常规使用浓度。
所述设定设备内压强范围优选为7.29mPa以上;温度优选为31.26℃以上。
所述需要保压时间的优选为保压4小时以上。
所述碳化室优选为超临界二氧化碳循环设备。
(3)保压完成后,缓慢泄压,取出桶,封盖。
缓慢泄压的泄压速度取决于反应室内的温度变化(泄压时碳化室内的温度会下降)目的是让温度下降速度不太快以免试块开裂,具体极限下降临界速度以不开裂为准。
将封盖桶进行标记,准备进行下一步处置,处理好后放入处置室内贮存,或进行填埋,或作为建筑材料进行使用。
通过上述碳化工艺后,水泥的物理化学性质发生改变,水泥和危险废弃物形成的固化体中的某些重金属离子溶解度降低或与水泥石中的某些粒子发生化学反应,进而使水泥体对内部包含得一些重金属粒子的滞留能力得到提高,同时提高强度,增加可靠性。
以上设计工艺流程中对加入料成分与比例进行把控保证了水泥固化体品质的均衡,待水泥体正常硬化后进行碳化处理有利于质量的把控。以上设计的流程适用于对水泥固化体进行填埋等地质处置的情况。
本发明的另一目的在于提供一种水泥和危险废弃物形成的水泥固化体,其通过前述危险废弃物碳化固化处理工艺制备得到。此水泥固化体可作为建筑材料使用。
本发明与现有技术对比的有益效果是:
1.固化性能的提高。
由于经过碳化处理后的水泥固化体致密度得到提升,水泥固化体将具有更高的强度,更好的抗浸出性,而随着内部水分的减少,水泥体的耐辐照稳定性也得到提高。
2:环保节能,废物资源化。
由于是采用温室气体二氧化碳进行碳化处理,有利于环保节能,而对危险废弃物水泥固化体进行处理后,当其性能指标达到建筑材料的相关性能要求时,亦可作为建筑材料再次被使用,使得本已是不能再被利用的废物能够得到资源化利用。
3:性能可控。
通过对添加料组分与比例的控制和处理顺序与时间的控制可以得到较为稳定的水泥固化体,对其性能指标具有较好的稳定性和可操控性,为其进一步的资源化利用打下基础。
附图说明
图1是本发明危险废弃物碳化固化处理工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体事例对本发明和附图作进一步详细说明,但是本发明的内容不局限于实施例。
实施例一
如图1所示,一种危险废弃物碳化固化处理工艺,包括:
(1)、将水泥和危险废弃物注入钢桶中进行搅拌,搅拌完成后进行标准养护,其中,水泥和危险废弃物的重量比为9:1,水泥的水灰比为0.37,标准养护的温湿度条件为25℃的温度和90%的湿度;
(2)、标准养护28d后,将容器放入超临界二氧化碳循环设备中,通入二氧化碳,闭合设备,设定设备内压强和温度,设定保压时间,设定设备内7.29mPa;温度为31.26℃,保压时间4小时;
(3)保压完成后,缓慢泄压,取出钢桶,封盖,得水泥和危险废弃物形成的水泥固化体。
实施例二
如图1所示,一种危险废弃物碳化固化处理工艺,包括:
(1)、将水泥和危险废弃物注入桶中进行搅拌,搅拌完成后进行标准养护,其中,水泥和危险废弃物的重量比为9:1,水泥的水灰比为0.37,标准养护的温湿度条件为25℃的温度和95%的湿度;
(2)、标准养护28d后,将容器放入超临界二氧化碳循环设备中,通入二氧化碳,闭合设备,设定设备内压强和温度,设定保压时间,设定设备内7.29mPa;温度为31.26℃,保压10小时;
(3)保压完成后,缓慢泄压,取出桶,封盖,得水泥和危险废弃物形成的水泥固化体。
实施例三
如图1所示,一种危险废弃物碳化固化处理工艺,包括:
(1)、将水泥和危险废弃物注入桶中进行搅拌,搅拌完成后进行标准养护,其中,水泥和危险废弃物的重量比为5:5,水泥的水灰比为0.4,标准养护的温湿度条件为25℃的温度和92.5%的湿度;
(2)、标准养护28d后,将容器放入超临界二氧化碳循环设备中,通入二氧化碳,闭合设备,设定设备内压强和温度,设定保压时间,设定设备内7.29mPa;温度为31.26℃,保压时间为7h;
(3)保压完成后,缓慢泄压,取出桶,封盖,得水泥和危险废弃物形成的水泥固化体。
实施例四:水泥和危险废弃物形成的水泥固化体的性能检测
取实施例1、2和3的水泥固化体进行致密度,强度,浸出性检测,以未加入危险废弃物的水泥作为对比。
检测方法如下:致密度检测用压汞法,强度用压力机,浸出性是根据《低、中放水平放射性废物固化体标准浸出试验方法》(GB/T 7023-2011)》
致密度检测结果为:碳化后不但材料的总体孔隙率降低了,材料大孔所占的比率也降低了。
强度检测结果为:以未加入危险废弃物的水泥作为对比强度提高5%-30%,与水泥基材料、碳化条件和碳化时间有关。
浸出性检测结果为:以未加入危险废弃物的水泥作为对比更好的抗浸出性。
总结:经过碳化处理后的水泥固化体致密度得到提升,水泥固化体将具有更高的强度,更好的抗浸出性,而随着内部水分的减少,水泥体的耐辐照稳定性也得到提高。
实施例五:水泥和危险废弃物形成的水泥固化体中危险废弃物碳化结果(重金属)检测
取实施例1、2和3的水泥固化体进行碳化结果检测,以未碳化危险废弃物作为对比,检测方法如下:用切割机切开截面,喷酚酞,未碳化部分pH值为11-13,碳化部分pH值为8-9,酚酞变色区间为大于9,因此喷酚酞不变色的区域就是碳化部分。其中,未碳化的为全截面变红,碳化处理后的外围有3-5mm不变色层。
重金属检测结果为:对危险废弃物水泥固化体进行处理后,当其性能指标达到建筑材料的相关性能要求时,危险废弃物中重金属含量明显下降,以未碳化危险废弃物作为对比(下降率为50%-70%),由于没有相关标准,暂不能认定可作为安全的建筑材料使用,但认为有条件作为建筑材料再次被使用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种危险废弃物碳化固化处理工艺,其特征在于,包括:
(1)、将水泥和危险废弃物注入容器中进行搅拌,搅拌完成后进行标准养护;
(2)、标准养护28d后,将容器放入超临界二氧化碳循环设备中,通入二氧化碳,闭合设备,设定设备内压强和温度,设定保压时间;
(3)保压完成后,缓慢泄压,取出容器,封盖,得水泥和危险废弃物形成的水泥固化体。
2.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,步骤(1)中水泥和危险废弃物的重量比为1:9-9:1。
3.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,步骤(1)中水泥的水灰比为0.35-0.4。
4.根据权利要求1所述的工艺,其特征在于,步骤(1)中所述标准养护的温湿度条件为25℃的温度和不小于90%的湿度。
5.根据权利要求1—4任一权利要求所述的工艺,其特征在于,步骤(2)中设备内压强指的是7.29MPa以上的压强,温度指的是31.26℃以上的温度。
6.根据权利要求5所述的工艺,其特征在于,步骤(2)中保压时间为4小时以上。
7.根据权利要求1—4任一权利要求所述的工艺,其特征在于,危险废弃物包括:核废料和飞灰。
8.根据权利要求1—4任一权利要求所述的工艺,其特征在于,所述容器为钢桶或者加筋混凝土桶。
9.一种水泥和危险废弃物形成的水泥固化体,其特征在于,其通过权利要求1—8所述的工艺制备得到。
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