CN105506292A - 一种重金属污泥无害化处理及资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，包括以下步骤：1)将重金属污泥调制成含水率为92％～95％的泥浆，向泥浆中加入占重金属污泥重量3～5％的重金属稳定剂；2)将稳定后的泥浆泵入隔膜式板框压滤机，在1.2～1.5MPa压力下脱水30～40min；3)将脱水后的泥浆在600～750℃下干燥30～40min；4)向干燥后的重金属污泥中掺入硅酸盐水泥，然后将掺有硅酸盐水泥的重金属污泥加压制得砖型物料；5)在熔剂和还原剂存在的条件下，将制得的砖型物料在1250～1300℃下进行还原熔炼，将所述重金属污泥中的金属氧化物还原；6)分离金属与料渣。本发明的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法具有环保节能、经济效益好、重金属回收率高的优点。

Description

一种重金属污泥无害化处理及资源化利用方法
技术领域
本发明属于工业危险废弃物处理领域，尤其涉及一种重金属污泥无害化处理及资源化利用方法。
背景技术
近年来我国经济高速发展，城市化进程加快，但粗放型的经济发展模式造成了资源短缺、环境污染等一系列问题，严重影响了经济、生态的可持续发展。因此，将传统经济发展中“经济—产品—废物排放”这一线性物流模式改造成为“资源—产品—再生资源”的物资循环模式，从而实现可持续发展，具有非常重要的现实意义。
重金属污泥中由于含有Cu、Ni、Al、Cr等多种重金属离子，具有潜在的开采价值。重金属污泥的处理技术从最初的简单填埋、焚烧处置到系统地从中回收各种金属，污泥的综合利用从消纳性的无害化处理已提高到资源良性循环的新水平。熔炼法冶炼重金属污泥，能够彻底解决重金属污泥的金属污染问题，可以实现“零排放”，金属回收率高，从环境保护方面讲，熔炼法是值得推广的清洁生产工艺。
公开号为“CN101597691A”的中国专利申请公开了处理含铜含镍固体废物的工艺方法，其特点是首先采用沸腾回转干燥法对固体废物进行预处理得到入炉炉料，然后采用还原法对入炉炉料进行还原熔炼，所述的还原熔炼为在还原熔炼炉内加入炭精燃料，其燃烧放出的热量使炉料熔化，同时形成一氧化碳还原气氛，使铜或镍的金属氧化物还原，还原熔炼得到的液铜或液镍经过浇铸得到次粗铜、次粗镍、冰铜或冰镍，还原熔炼得到的炉渣经过水淬处理回收利用，还原熔炼得到的烟气经过尾气处理系统回收利用。但由于重金属污泥含水率高，熔炼炉对进炉物料含水率要求高、脱水耗能高，导致经济效益不高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供了一种环保节能、经济效益好、重金属回收率高的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法。
本发明采用的技术方案为：一种重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，包括以下步骤：
1)将重金属污泥调制成含水率为92％～95％的泥浆，向泥浆中加入占重金属污泥重量3～5％的重金属稳定剂，搅拌混合均匀；
其中，重金属稳定剂由以下重量份的组分混合而成：火山石粉5～10份，石灰石粉10～20份，氧化钙5～10份，丙烯酰胺3～5份，聚合氯化铝25～30份以及重金属螯合剂3～5份；
2)将稳定后的泥浆泵入隔膜式板框压滤机，在1.2～1.5MPa压力下脱水30～40min；
3)将脱水后的泥浆在600～750℃下干燥30～40min，使其含水率下降至15％～20％；
4)向干燥后的重金属污泥中掺入硅酸盐水泥，然后将掺有硅酸盐水泥的重金属污泥加压制得砖型物料；其中，所述硅酸盐水泥的重量为重金属重量的4％～7％；
5)在熔剂和还原剂存在的条件下，将制得的砖型物料在1250～1300℃下进行还原熔炼，将所述重金属污泥中的金属氧化物还原；其中，还原剂为炭精，炭精燃烧时放出的热量足以使砖型物料熔化，同时形成还原气氛；砖型物料和熔剂的重量比为100：5-8；
6)分离金属与料渣，并处理重金属污泥在干燥及还原熔炼过程产生的废气。
在上述技术方案中，重金属稳定剂可将重金属稳定在污泥中，在进行污泥的压滤时，可有效减少进入压滤废水中的重金属的量；特别是，重金属稳定剂中加入比表面积大的火山石粉后，显著提高了重金属稳定剂对重金属的稳定效果；石灰石不仅可以在步骤1)和步骤2)用于稳定重金属，还可在还原熔炼步骤中起到稳定重金属，减少重金属向飞灰、烟气中的迁移的作用。
优选地，所述重金属稳定剂由以下重量份的组分混合而成：火山石粉3份，石灰石粉15份，丙烯酰胺4份，聚合氯化铝28份以及重金属螯合剂4份。
优选地，所述重金属螯合剂基本骨架为聚乙烯亚胺，其分子量为50000～100000。更优选地，所述重金属螯合剂的分子量为80000。
优选地，所述硅酸盐水泥中掺有占硅酸盐水泥总重量3％的硫酸钠以及占硅酸盐水泥总重量3％的十二烷基苯磺酸钠。
十二烷基苯磺酸钠和硫酸钠的加入不仅可以改善水泥的性能，降低水泥工业能耗和设备损耗；同时发明人发现在还原熔炼时，硫酸钠的存在还有助于提高石灰石对重金属的吸附能力，减少重金属向飞灰、烟气中的迁移。
优选地，所述熔剂为石灰石、碎玻璃和硼砂的混合物，其中，石灰石、碎玻璃和硼砂的重量比为6:2:0.2。
优选地，所述重金属污泥为含铜、含镍重金属污泥。
优选地，所述步骤5)中的还原熔炼在熔炼炉中进行，还原剂、砖型物料和熔剂通过箕斗提升机轮流加入到熔炼炉中，自上而下运行，熔炼炉底部风口为熔化区，炉料到达风口区熔化，空气以16m/s的速度经风口鼓入，在风口区使炭精燃烧，产生高温，高温炉气自下而上运行，与炉料逆向运行，进行热交换，使炉料逐渐受热而完成各种冶炼过程，从而得到冶炼产物，风口区熔炼的炉料经炉缸沉降，料渣和金属澄清分离，料渣从出渣口阶段性放出水淬，金属从出料口阶段性放出浇铸成块。
优选地，所述步骤1)中，通过重金属废水将重金属污泥调制成含水率为92％～95％的泥浆。
优选地，所述步骤3)中的干燥在回转式干燥机中进行，从熔炼炉顶部排出的烟气进入回转式干燥机，回转式干燥机产生的尾气采用多管除尘器及布袋除尘器处理，去除其中的重金属烟尘后，再经旋流式脱硫塔脱硫处理后高空排放。
优选地，所述多管除尘器及布袋除尘器收集下来的烟尘返回制砖后再返回还原熔炼系统；旋流式脱硫塔中循环使用的碱液更换时排入污泥渗漏液收集池，与污泥渗漏液一同处理。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1)本发明先采用压滤机对重金属污泥脱水后，再对污泥进行干燥处理，降低了污泥干燥的能耗，解决了重金属污泥处理能耗高、经济效益差的问题；
2)本发明通过向重金属污泥中加入重金属稳定剂可将重金属稳定在污泥中，在进行污泥的压滤时，可有效预防重金属进入压滤废水中；
3)本发明的方法具有条件易于控制、适用性强、操作简单等优点，同时可有效地回收有价重金属，减少重金属对环境的危害，实现资源化利用；
4)本发明的方法处理后的重金属污泥体积变小，解决了重金属污泥固化/稳定化处理占地较大的问题，为环境友好型的处理方法；同时该方法产生的料渣可用作建筑材料，有利于料渣的资源化再生利用。
附图说明
图1为本发明的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法的流程图；
图2为本发明的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法的流程框图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，包括以下步骤：
S1、将重金属污泥调制成含水率为92％～95％的泥浆，向泥浆中加入占重金属污泥重量3～5％的重金属稳定剂，搅拌混合均匀；
其中，重金属稳定剂由以下重量份的组分混合而成：火山石粉5～10份，石灰石粉10～20份，氧化钙5～10份，丙烯酰胺3～5份，聚合氯化铝25～30份以及重金属螯合剂3～5份；
所述重金属污泥为含铜、含镍重金属污泥。关于泥浆调制用水在此优选重金属废水，重金属稳定剂不仅可以稳定重金属污泥中的重金属，还可以将重金属废水中的部分重金属固定在污泥中，从而提高重金属污泥中的重金属含量，提升污泥的开采利用价值。优选地，重金属稳定剂由以下重量份的组分混合而成：火山石粉3份，石灰石粉15份，丙烯酰胺4份，聚合氯化铝28份以及重金属螯合剂4份。优选地，所述重金属螯合剂基本骨架为聚乙烯亚胺，其分子量为50000～100000。优选地，搅拌混合均匀后，稳定8～15h。
S2、将稳定后的泥浆泵入隔膜式板框压滤机，在1.2～1.5MPa压力下脱水30～40min；脱水之后的泥浆的含水率低于50％；
脱水后形成的污泥压滤液可以回用，它可以继续用作泥浆调制用水，也可以将其用于本发明实施过程中其他需要用水的设备或步骤中，具体可为：炉渣淬渣用水、熔炼炉循环冷却补充水等。如未特别说明，本发明中的炉渣即料渣。
S3、将脱水后的泥浆在600～750℃下干燥30～40min，使其含水率下降至15％～20％；
本发明对干燥方法和干燥设备没有特殊限制，只要能使干燥后的污泥含水率下降至15％～20％即可。优选地，干燥在回转式干燥机中进行，本着环保及资源化利用的理念，从熔炼炉顶部排出的烟气进入回转式干燥机，回转式干燥机产生的尾气采用多管除尘器及布袋除尘器处理，去除其中的重金属烟尘后，再经旋流式脱硫塔脱硫处理后高空排放。回转窑入口烟气温度控制在650℃，出口烟气温度控制在150℃。
S4、向干燥后的重金属污泥中掺入硅酸盐水泥，然后将掺有硅酸盐水泥的重金属污泥加压制得砖型物料；其中，所述硅酸盐水泥的重量为重金属重量的4％～7％；
将经烘干的污泥掺入4％～7％(优选地，5％)的水泥混合，再送到制砖机中加压制成具有一定强度的砖型物料，作为环保还原熔炼炉的入炉炉料，增加炉料的透气性。优选地，所述硅酸盐水泥中掺有占硅酸盐水泥总重量3％的硫酸钠以及占硅酸盐水泥总重量3％的十二烷基苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠和硫酸钠的加入不仅可以改善水泥的性能，降低水泥工业能耗和设备损耗；同时发明人发现在还原熔炼时，硫酸钠的存在还有助于提高石灰石对重金属的吸附能力，减少重金属向飞灰、烟气中的迁移。
S5、在熔剂和还原剂存在的条件下，将制得的砖型物料在1250～1300℃下进行还原熔炼，将所述重金属污泥中的金属氧化物还原；其中，还原剂为炭精，炭精燃烧时放出的热量足以使砖型物料熔化，同时形成还原气氛；砖型物料和熔剂的重量比为100：5-8；
优选地，所述熔剂为石灰石、碎玻璃和硼砂的混合物，其中，石灰石、碎玻璃和硼砂的重量比为6:2:0.2。优选的溶剂不仅成本较低且能够提高熔融体的流动性，而且对重金属具有良好的稳定效果，可有效减少重金属向飞灰、烟气中的迁移。
S6、分离金属与料渣，并处理重金属污泥在干燥及还原熔炼过程产生的废气。
优选地，还原熔炼在熔炼炉中进行，还原剂、砖型物料和熔剂通过箕斗提升机轮流加入到熔炼炉中，自上而下运行，熔炼炉底部风口为熔化区，炉料到达风口区熔化，空气以16m/s的速度经风口鼓入，在风口区使炭精燃烧，产生高温，高温炉气自下而上运行，与炉料逆向运行，进行热交换，使炉料逐渐受热而完成各种冶炼过程，从而得到冶炼产物，风口区熔炼的炉料经炉缸沉降，料渣和金属澄清分离，料渣从出渣口阶段性放出水淬，金属从出料口阶段性放出浇铸成块；从熔炼炉顶部排出的烟气进入回转式干燥机，回转式干燥机产生的尾气采用多管除尘器及布袋除尘器处理，去除其中的重金属烟尘后，再经旋流式脱硫塔脱硫处理后高空排放；所述多管除尘器及布袋除尘器收集下来的烟尘返回制砖后再返回还原熔炼系统；旋流式脱硫塔中循环使用的碱液更换时排入污泥渗漏液收集池，与污泥渗漏液一同处理。
为了检测重金属稳定剂对含铜含镍重金属污泥中的铜、镍的稳定效果，将本发明中使用的重金属稳定剂掺入重金属污泥中，搅拌混合均匀；然后将污泥摊开，自然晾晒养护，2天后根据美国环境保护署的固体废弃物毒性浸出(TCLP)法，用原子吸收分光光度计测定浸出液中的铜、镍的含量，在下表中列出了测试结果。
由上表可知，用本发明中使用的的重金属稳定剂处理含铜含镍重金属污泥，浸出液中铜、镍含量均较低，符合标准要求，说明重金属稳定剂具有良好的稳定效果。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将重金属污泥调制成含水率为92％～95％的泥浆，向泥浆中加入占重金属污泥重量3～5％的重金属稳定剂，搅拌混合均匀；
其中，重金属稳定剂由以下重量份的组分混合而成：火山石粉5～10份，石灰石粉10～20份，氧化钙5～10份，丙烯酰胺3～5份，聚合氯化铝25～30份以及重金属螯合剂3～5份；
2)将稳定后的泥浆泵入隔膜式板框压滤机，在1.2～1.5MPa压力下脱水30～40min；
3)将脱水后的泥浆在600～750℃下干燥30～40min，使其含水率下降至15％～20％；
4)向干燥后的重金属污泥中掺入硅酸盐水泥，然后将掺有硅酸盐水泥的重金属污泥加压制得砖型物料；其中，所述硅酸盐水泥的重量为重金属重量的4％～7％；
5)在熔剂和还原剂存在的条件下，将制得的砖型物料在1250～1300℃下进行还原熔炼，将所述重金属污泥中的金属氧化物还原；其中，还原剂为炭精，炭精燃烧时放出的热量足以使砖型物料熔化，同时形成还原气氛；砖型物料和熔剂的重量比为100：5-8；
6)分离金属与料渣，并处理重金属污泥在干燥及还原熔炼过程产生的废气。
2.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述重金属稳定剂由以下重量份的组分混合而成：火山石粉3份，石灰石粉15份，丙烯酰胺4份，聚合氯化铝28份以及重金属螯合剂4份。
3.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述重金属螯合剂基本骨架为聚乙烯亚胺，其分子量为50000～100000。
4.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述硅酸盐水泥中掺有占硅酸盐水泥总重量3％的硫酸钠以及占硅酸盐水泥总重量3％的十二烷基苯磺酸钠。
5.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述熔剂为石灰石、碎玻璃和硼砂的混合物，其中，石灰石、碎玻璃和硼砂的重量比为6:2:0.2。
6.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述重金属污泥为含铜、含镍重金属污泥。
7.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤5)中的还原熔炼在熔炼炉中进行，还原剂、砖型物料和熔剂通过箕斗提升机轮流加入到熔炼炉中，自上而下运行，熔炼炉底部风口为熔化区，炉料到达风口区熔化，空气以16m/s的速度经风口鼓入，在风口区使炭精燃烧，产生高温，高温炉气自下而上运行，与炉料逆向运行，进行热交换，使炉料逐渐受热而完成各种冶炼过程，从而得到冶炼产物，风口区熔炼的炉料经炉缸沉降，料渣和金属澄清分离，料渣从出渣口阶段性放出水淬，金属从出料口阶段性放出浇铸成块。
8.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤1)中，通过重金属废水将重金属污泥调制成含水率为92％～95％的泥浆。
9.根据权利要求1所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述步骤3)中的干燥在回转式干燥机中进行，从熔炼炉顶部排出的烟气进入回转式干燥机，回转式干燥机产生的尾气采用多管除尘器及布袋除尘器处理，去除其中的重金属烟尘后，再经旋流式脱硫塔脱硫处理后高空排放。
10.根据权利要求9所述的重金属污泥无害化处理及资源化利用方法，其特征在于：所述多管除尘器及布袋除尘器收集下来的烟尘返回制砖后再返回还原熔炼系统；旋流式脱硫塔中循环使用的碱液更换时排入污泥渗漏液收集池，与污泥渗漏液一同处理。
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Denomination of invention: A harmless treatment and resource utilization method for heavy metal sludge

Effective date of registration: 20230912

Granted publication date: 20161026

Pledgee: Agricultural Bank of China Co.,Ltd. Zhaoqing Gaoyao Sub branch

Pledgor: ZHAOQING XINRONGCHANG ENVIRONMENTAL PROTECTION CO.,LTD.

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