CN107056111B - 一种含砷尾砂免烧陶粒及制备方法 - Google Patents

一种含砷尾砂免烧陶粒及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含砷尾砂免烧陶粒及制备方法，该免烧陶粒的原料为含砷尾砂、水泥、铁锰材料、膨胀珍珠岩、生石灰、粉煤灰，原料重量百分比为含砷尾砂50％～55％，水泥15％～20％，铁锰材料2％～3％，膨胀珍珠岩4％～6％，生石灰2％～2.5％，粉煤灰18％～22.5％，拌合用水量占混合料干重的15％～20％。制作步骤为：物料称量、物料干拌、物料湿拌、造粒成型、养护。本发明提供的免烧陶粒工艺简单，操作方便，能耗低，对含砷尾砂、粉煤灰的利用率高，即可以合理有效的处置含砷尾砂、粉煤灰等固体废弃物，达到固体废弃物资源再利用的目的，又可以减少了传统造粒时的土方消耗。

Description

一种含砷尾砂免烧陶粒及制备方法
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用、环境工程及建材领域，具体涉及一种含砷尾砂免烧陶粒及制备方法。
背景技术
砷是广泛分布于自然界的一种微量元素，属于类金属。全世界已探明的砷储量约为200万吨，其中中国占约70％，居世界首位。砷及其许多化合物被广泛用于除草剂、杀鼠药、半导体、涂料等领域，随着工农业的发展，砷矿的开采也在加剧，含砷尾砂产量也不断增加，据统计，全国砷采出量至少达到139.2万t，大部分来自广西、云南、湖南，而采出的砷有70％弃留于尾砂中。不仅需要占用大量的土地资源，也容易造成环境污染，影响人体健康。如何对含砷尾砂进行安全处理，已受到全社会广泛关注。
砷(As)是一种对人体和动物具有毒害作用的致癌物质，由于矿产资源的开采及含砷农药的滥用，已使砷成为较为普遍的土壤、水体污染物。尾砂中的砷元素主要以无机态为主，有+3和+5两种价态，当所处环境的pH为4～8时，常以H3AsO3、H2AsO4或HAsO4 2-等砷酸根形式存在。尾砂中的砷在一定条件下会从尾砂组分中解吸出来并随水体迁移，容易被生物利用，造成环境危害。
常用的砷污染物处理技术主要有固化/稳定化技术、淋洗技术、玻璃化技术、生物修复技术和电动修复技术等，而其中淋洗技术投资大，易造成土壤营养物质流失或沉淀；玻璃化技术能耗大，成本高；电动修复技术对污染物类型有要求严格；生物修复技术对土壤要求高，耗时长，易造成二次污染。而固化/稳定化技术能有效、快速、经济地对土壤中的砷进行固化稳定化，且应用较广，技术成熟。
目前相关人员对含砷尾砂的研究，主要是通过上述方法的一种或多种联合使用，以去除尾砂中的砷或改变砷的形态，以降低其迁移性或毒性，而很少涉及含砷尾砂的再利用。因此，如何在含砷尾砂安全处理的基础上，进一步实现资源化再利用，减少传统陶粒生产对自然环境的危害和土地资源的消耗，是今后将要解决的重大问题和研究方向，也是本发明的目的。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种含砷尾砂免烧陶粒及制备方法，既减少了传统陶粒生产对自然环境的危害和土地资源的消耗，又解决了含砷尾砂修复后处理为题，且方法简单易行。利用含As尾砂、粉煤灰等固体废弃物，制备出来的免烧陶粒可以当作混凝土轻骨料，不仅解决了含砷尾砂处理难题，而且可以以废治废，实现了资源化再利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种含砷尾砂免烧陶粒，按质量百分比称量含砷尾砂50％～55％，水泥15％～20％，铁锰材料2％～3％，膨胀珍珠岩4％～6％，生石灰2％～2.5％，粉煤灰18％～22.5％。
制备方法如下：
(1)物料干拌：按重量百分比称量含砷尾砂50％～55％，水泥15％～20％，铁锰材料2％～3％，膨胀珍珠岩4％～6％，生石灰2％～2.5％，粉煤灰18％～22.5％，加入搅拌机，搅拌2～5min，
(2)物料湿拌：向搅拌机中加入占物料干重15％～20％的水，搅拌2～5min，这样搅拌完全充分；
(3)造粒：将湿物料装入造粒设备中，开启设备开始造粒，在造粒过程中，依据陶粒表面干湿情况，加入适当的水或干混合料，以陶粒表面有轻微水迹为宜；
(4)养护：对粒径符合要求的陶粒在室温条件下养护25～30天，以使水泥充分水化。
所述砷尾砂砷含量为(1620.25±75.12)mg/kg。
所述铁锰材料为七水合硫酸亚铁和高锰酸钾按摩尔比配置，比值为3～4:1，配置成pH为7～8的溶液，搅拌1～2小时后静置12～15小时，最后在100℃～105℃的条件下烘干制得。
所述步骤(1)中，水泥为42.5普通硅酸盐水泥。
所述步骤(1)中，生石灰为工业级生石灰。
所述步骤(4)中，室温是指温度在20～28℃左右，以使水泥顺利水化，经过大量试验25℃最宜，养护时间优选28天。
本发明的优点在于：
(1)采用此方法将含砷尾砂制备成的免烧陶粒，含砷尾砂消纳量大，掺量可达55％，同时掺有粉煤灰，可消纳大宗固体废弃物。
(2)采用此方法将含砷尾砂制备成的免烧陶粒，除对砷有较高的固化效率外，对镉、铅、锌等重金属也有明显的固化效果，减少了环境风险。
(3)采用此方法将含砷尾砂制备成的免烧陶粒，减少了对页岩、粘土等自然资源的消耗。
附图说明
图1为本发明免烧陶粒制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、达成目的与功效易于了解，下面结合工艺流程图与实施例，进一步阐述本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，不仅仅限于本实施例。
本实施例中涉及的含砷尾砂来自湖南某尾矿库，晾晒后使用。
实施例1
一种含砷尾砂免烧陶粒制备步骤如下：
(1)物料干拌：按重量百分比称量含砷尾砂55％，水泥18％，铁锰材料3％，膨胀珍珠岩4％，生石灰2％，粉煤灰18％，加入搅拌机，搅拌3min；
(2)物料湿拌：向搅拌机中加入占物料干重17％的水，搅拌3min；
(3)造粒：调节圆盘倾角为45°，将湿物料装入圆盘造粒机中，启动造粒机，开始造粒。在其过程中，依据陶粒表面干湿情况，加入适当的水或干物料。
(4)养护：对粒径符合要求的陶粒在室温条件下养护28天。
其中砷尾砂中砷含量为(1620.25±75.12)mg/kg，铁锰材料为七水合硫酸亚铁和高锰酸钾按摩尔比配置，比值为3:1，配置成pH为7～8的溶液，搅拌1小时后静置12小时，最后在105℃的条件下烘干制得，水泥为42.5普通硅酸盐水泥，生石灰为工业级生石灰。室温是指温度在25℃。
以此方法制备的免烧陶粒，筒压强度为5.22MPa，堆积密度为894.3kg/m3，吸水率8.5％，软化系数0.95，满足900等级的人造轻集料要求，类金属As及重金属Cd、Pb、Zn的硫酸硝酸法浸出浓度分别为0.0224mg/L、0.0009mg/L、0.0766mg/L、0.0171mg/L，满足《地表水环境质量标准》中浸出浓度要低于0.1mg/L、0.01mg/L、0.1mg/L、2mg/L的Ⅴ类标准限值，浸出浓度分别降低87.3％、97.3％、27.1％、98.5％。
实施例2
一种含砷尾砂免烧陶粒制备步骤如下：
(1)物料干拌：按重量百分比称量含砷尾砂54％，水泥15％，铁锰材料2％，膨胀珍珠岩4％，生石灰2.5％，粉煤灰22.5％，加入搅拌机，搅拌3min；
(2)物料湿拌：向搅拌机中加入占物料干重17％的水，搅拌3min；
(3)造粒：调节圆盘倾角为45°，将湿物料装入圆盘造粒机中，启动造粒机，开始造粒。在其过程中，依据陶粒表面干湿情况，加入适当的水或干物料。
(4)养护：对粒径符合要求的陶粒在室温条件下养护28天。
其中砷尾砂中砷含量为(1620.25±75.12)mg/kg，铁锰材料为七水合硫酸亚铁和高锰酸钾按摩尔比配置，比值为3:1，配置成pH为7～8的溶液，搅拌2小时后静置15小时，最后在100℃的条件下烘干制得，水泥为42.5普通硅酸盐水泥，生石灰为工业级生石灰。室温是指温度在25℃。
以此方法制备的免烧陶粒，筒压强度为5.02MPa，堆积密度为871.1kg/m3，吸水率8.9％，软化系数0.95，满足900等级的人造轻集料要求，类金属As及重金属Cd、Pb、Zn的硫酸硝酸法浸出浓度分别为0.0735mg/L、0.0005mg/L、0.0827mg/L、0.0161mg/L，满足《地表水环境质量标准》中浸出浓度要低于0.1mg/L、0.01mg/L、0.1mg/L、2mg/L的Ⅴ类标准限值，浸出浓度分别降低58.3％、98.5％、21.3％、98.6％。
实施例3
一种含砷尾砂免烧陶粒制备步骤如下：
(1)物料干拌：按重量百分比称量含砷尾砂50％，水泥18％，铁锰材料2％，膨胀珍珠岩5％，生石灰2.5％，粉煤灰22.5％，加入搅拌机，搅拌3min；
(2)物料湿拌：向搅拌机中加入占物料干重17％的水，搅拌3min；
(3)造粒：调节圆盘倾角为45°，将湿物料装入圆盘造粒机中，启动造粒机，开始造粒。在其过程中，依据陶粒表面干湿情况，加入适当的水或干物料。
(4)养护：对粒径符合要求的陶粒在室温条件下养护28天。
其中砷尾砂中砷含量为(1620.25±75.12)mg/kg，铁锰材料为七水合硫酸亚铁和高锰酸钾按摩尔比配置，比值为3:1，配置成pH为7～8的溶液，搅拌1.5小时后静置14小时，最后在105℃的条件下烘干制得，水泥为42.5普通硅酸盐水泥，生石灰为工业级生石灰。室温25℃以使水泥顺利水化。
以此方法制备的免烧陶粒，筒压强度为5.09MPa，堆积密度为869.6kg/m3，吸水率9.25％，软化系数0.95，满足900等级的人造轻集料要求，类金属As及重金属Cd、Pb、Zn的硫酸硝酸法浸出浓度分别为0.0678mg/L、0.0010mg/L、0.0691mg/L、0.0140mg/L，满足《地表水环境质量标准》中浸出浓度要低于0.1mg/L、0.01mg/L、0.1mg/L、2mg/L的Ⅴ类标准限值，浸出浓度分别降低61.5％、96.9％、34.3％、98.8％。
实施例4
一种含砷尾砂免烧陶粒制备步骤如下：
(1)物料干拌：按重量百分比称量含砷尾砂52％，水泥20％，铁锰材料2％，膨胀珍珠岩6％，生石灰2％，粉煤灰18％，加入搅拌机，搅拌3min；
(2)物料湿拌：向搅拌机中加入占物料干重17％的水，搅拌3min；
(3)造粒：调节圆盘倾角为45°，将湿物料装入圆盘造粒机中，启动造粒机，开始造粒。在其过程中，依据陶粒表面干湿情况，加入适当的水或干物料。
(4)养护：对粒径符合要求的陶粒在室温条件下养护28天。
其中砷尾砂中砷含量为(1620.25±75.12)mg/kg，铁锰材料为七水合硫酸亚铁和高锰酸钾按摩尔比配置，比值为3:1，配置成pH为7～8的溶液，搅拌1小时后静置12小时，最后在105℃的条件下烘干制得，水泥为42.5普通硅酸盐水泥，生石灰为工业级生石灰。室温25℃以使水泥顺利水化。
以此本发明方法制备的免烧陶粒，筒压强度为5.70MPa，堆积密度为861.70kg/m3，吸水率9.57％，软化系数0.94，满足900等级的人造轻集料要求，类金属As及重金属Cd、Pb、Zn的硫酸硝酸法浸出浓度分别为0.0718mg/L、0.0009mg/L、0.0843mg/L、0.0570mg/L，满足《地表水环境质量标准》中浸出浓度要低于0.1mg/L、0.01mg/L、0.1mg/L、2mg/L的Ⅴ类标准限值，浸出浓度分别降低59.2％、97.3％、19.7％、95.0％。
总之，本发明提供的免烧陶粒工艺简单，操作方便，能耗低，对含砷尾砂、粉煤灰的利用率高，即可以合理有效的处置含砷尾砂、粉煤灰等固体废弃物，达到固体废弃物资源再利用的目的，又可以减少了传统造粒时的土方消耗。
需要说明的是，按照本发明上述各实施例，本领域技术人员是完全可以实现本发明独立权利要求及从属权利的全部范围的，实现过程及方法同上述各实施例；且本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种含砷尾砂免烧陶粒，其特征在于：按质量百分比称量含砷尾砂50％～55％，水泥15％～20％，铁锰材料2％～3％，膨胀珍珠岩4％～6％，生石灰2％～2.5％，粉煤灰18％～22.5％；
所述铁锰材料为七水合硫酸亚铁和高锰酸钾按摩尔比配置，比值为(3～4):1，配置成pH为7～8的溶液，搅拌1～2小时后静置12～15小时，最后在100℃～105℃的条件下烘干制得。
2.根据权利要求1所述的含砷尾砂免烧陶粒，其特征在于：所述砷尾砂砷含量为(1620.25±75.12)mg/kg。
3.根据权利要求1所述的含砷尾砂免烧陶粒，其特征在于：所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的含砷尾砂免烧陶粒，其特征在于：所述生石灰为工业级生石灰。
5.一种含砷尾砂免烧陶粒制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)物料干拌：按质量百分比称量含砷尾砂50％～55％，水泥15％～20％，铁锰材料2％～3％，膨胀珍珠岩4％～6％，生石灰2％～2.5％，粉煤灰18％～22.5％，加入搅拌机，搅拌时间2～5min；所述铁锰材料为七水合硫酸亚铁和高锰酸钾按摩尔比配置，比值为(3～4):1，配置成pH为7～8的溶液，搅拌1～2小时后静置12～15小时，最后在100℃～105℃的条件下烘干制得；
(2)物料湿拌：向搅拌机中加入占物料干重15％～20％的水，搅拌时间2～5min；
(3)造粒：将湿物料装入造粒机中，开启造粒机开始造粒，在造粒过程中，依据陶粒表面干湿情况，加入适当的水或干混合料，以陶粒表面有轻微水迹为宜；
(4)养护：对粒径符合要求的陶粒在室温条件下养护。
6.根据权利要求5所述的一种含砷尾砂免烧陶粒制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的造粒机为圆盘造粒机、挤压式造粒机或螺旋塑性挤出造粒机。
7.根据权利要求5所述的一种含砷尾砂免烧陶粒制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，室温为20～28℃；养护25～30天。
8.根据权利要求5所述的一种含砷尾砂免烧陶粒制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，室温为25℃；养护28天。
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