CN107265855A - 一种湿法冶炼渣与煤系固体废物共处理的配方及方法 - Google Patents

一种湿法冶炼渣与煤系固体废物共处理的配方及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种湿法冶炼渣与煤系固体废物共处理的配方及方法，配方以质量百分比计组成如下：湿法冶炼渣50～75％；煤系固体废物25～50％；所述煤系固体废物为粉煤灰或煤矸石。方法包括：(1)湿法冶炼渣脱水、干化后破碎、过筛；煤系固体废物破碎后过筛；(2)将过筛后的湿法冶炼渣与煤系固体废物按配比混合，得混合物，将所得混合物进行高温熔融，得玻璃化产物。本发明从简单易行、普适性的角度出发，直接利用湿法冶炼渣、煤矸石或粉煤灰共处理，不外加纯化学物质，以废治废，多种废物协同处置，通过玻璃化的方式实现湿法冶炼渣及煤矸石的无害化。

Description

一种湿法冶炼渣与煤系固体废物共处理的配方及方法
技术领域
本发明涉及湿法冶炼渣、煤系固体废物处理领域，具体涉及一种湿法冶炼渣与煤系固体废物共处理玻璃化配方及方法。
背景技术
湿法冶炼因其提取金属的效率较高被普遍使用，但其提取金属后留下的湿法冶炼渣仍不能直接作为资源进行回收利用，部分湿法冶炼渣还具有一定的危险特性。目前常用的湿法冶炼渣后续处理处置工艺，主要包括固化、稳定化和水泥窑协同处置，固化、稳定化后的湿法冶炼渣的去处通常为危险废物填埋场，但危险废物填埋场容积有限不能持续接收；水泥窑协同处置为了保证水泥的品质，对入窑物料的特性和协同处置废物的量有严格要求，这使得水泥窑协同处置也不能满足湿法冶炼渣处置的需求。公开号为CN 102399993A的中国发明专利，公开了一种湿法黄金冶炼废渣的处理方法，其特点是采用高温磁化还原熔炼浮选工艺，将湿法黄金冶炼废渣与还原剂配料烘干预处理，进入回转窑进行还原熔炼，产出回转窑成品渣；同时，回转窑产生的高温烟气进入烘干机烘干废渣，然后经布袋收尘器收尘、余热锅炉回收余热、脱硫后经环保烟囱外排；回转窑成品渣送往浮选系统，经传统球磨浮选工序产出合格金精矿，同时磁选出铁精矿，磁选尾渣属一般硅酸盐可作为建筑材料综合利用。该工艺过程复杂，须额外添加还原剂，且为了使磁选尾渣可作为建筑材料，对入窑物料的特性和协同处置废物的量有严格要求。
煤系固体废物，如煤矸石，是在掘进、开采和洗煤过程中排出的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石状固体废物，其主要化学成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。我国历年已积存煤矸石约50多亿吨，并且每年仍继续排放逾2亿吨，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。目前煤矸石主要被用于生产矸石水泥、混凝土的轻质骨料、耐火砖等建筑材料，此外还可用于回收煤炭，煤与矸石混烧发电，制取结晶氯化铝、水玻璃等化工产品以及提取贵重稀有金属，也可作肥料。因其内含大量二氧化硅和氧化铝，且热值很低，使得其利用率很低。公告号为CN 101495420 A的中国发明专利，公开了一种处理粉煤灰的化合物及方法。即利用两性氧化物、烷基多糖苷、酯、甘油三酯衍生物、脂肪醇、烷氧基化脂肪醇、烷氧基化多元醇，以及其混合物，处理粉煤灰，并可将处理过的粉煤灰掺入水泥混合物中，有效阻止吸收性碳。但该处理方法须要外加氧化物，不够经济，且容易产生二次污染。
公告号为CN 105392760 A的中国发明专利，公开了一种煤矸石整治工艺。即将煤矸石与炉渣混合，形成煤质，再应用于煤矸石积堆以促进植被生长。但该方法处理周期长，且无法从根本上快速解决煤矸石的堆积危害，故该方法有很大的应用局限性。
基于上述两大类大宗固体的基本属性及当前处理技术局限性，本发明将湿法冶炼渣与煤系固体废物玻璃化共处理，实现二者的安全处置。
发明内容
本发明的目的在于解决湿法冶炼渣、煤系固体废物处理处置过程中的短板，从而使得湿法冶炼成为一种更合理的含金属废物处理工艺，并同时使粉煤灰、煤矸石等煤系固体废物真正变废为宝，而提供一种湿法冶炼渣与粉煤灰或煤矸石共处理玻璃化无害化工艺。
一种湿法冶炼渣与煤系固体废物玻璃化共处理的配方，以质量百分比计组成如下：
湿法冶炼渣 50～75％；
煤系固体废物 25～50％；
所述煤系固体废物为粉煤灰或煤矸石。
优选地，当选择粉煤灰时，以质量百分比计组成如下：
湿法冶炼渣 50～65％；
煤系固体废物 35～50％。
当选择煤矸石时，以质量百分比计组成如下：
湿法冶炼渣 50～75％；
煤系固体废物 25～50％。
本发明还提供一种湿法冶炼渣与煤系固体废物玻璃化共处理的方法，包括如下步骤：
(1)湿法冶炼渣脱水、干化后破碎、过筛；煤系固体废物破碎后过筛；
(2)将过筛后的湿法冶炼渣与煤系固体废物按配比混合，得混合物，将所得混合物进行高温熔融，得玻璃化产物；
过筛后的湿法冶炼渣与粉煤灰以质量百分比计按如下配比混合：
湿法冶炼渣 50～75％；
煤系固体废物 25～50％；
所述煤系固体废物为粉煤灰或煤矸石。
本发明利用湿法冶炼渣中的二氧化硅、氧化钙、氧化钠等氧化物、煤系固体废物中的二氧化硅、氧化铝等共熔融产生玻璃态物质，协同处理处置危险废物。并将得到的玻璃态物质用作建筑材料。达到真正的无害化处理。
熔融过程中湿法冶炼渣提供氧化钠、氧化钙以及少量二氧化硅，粉煤灰或煤矸石提供大量二氧化硅及氧化铝；所有物料变成熔融物，熔融物中形成大量中间体氧化物和网络生成体氧化物，熔融物冷却后形成玻璃体。熔融温度及熔融时间均由大量实践探索确定，在上述熔融温度及熔融时间下能更好的实现本发明的目的。
本发明从简单易行、普适性的角度出发，利用湿法冶炼渣中的二氧化硅、氧化钙、氧化钠等玻璃化基础氧化物，协同煤系固体废物中大量二氧化硅、氧化铝共处理，通过玻璃化的方式实现湿法冶炼渣、煤系固体废物以废治废的共处理无害化。
本发明所得玻璃化产物中玻璃体含量不低于70％，满足湿法冶炼渣、煤系固体废物无害化的要求。
本发明所述湿法冶炼渣为含金属废物通过湿法冶炼金属后的残余物；所述粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是外观类似水泥，颜色在乳白色到灰黑色之间变化的燃煤电厂排出的主要固体废物；所述煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物。
所述湿法冶炼渣为《国家危险废物名录》中的有色金属冶炼废物，例如含铍废物、含铬废物、含铜废物、含锌废物、含砷废物、含硒废物、含镉废物、含锑废物、含碲废物、含汞废物、含铊废物、含铅废物、含镍废物、含钡废物、有色金属冶炼废物、废催化剂。
所述湿法冶炼为含金属废物在酸性介质水溶液、碱性介质水溶液、有机溶剂中进行化学处理、萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。
所述粉煤灰为晶体矿物和非晶体矿物的混合物。其矿物组成的波动范围较大。一般晶体矿物为石英、莫来石、氧化铁、氧化镁、生石灰及无水石膏等，非晶体矿物为玻璃体、无定形碳和次生褐铁矿，其中玻璃体含量占50％以上。
所述煤矸石为一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。
步骤(1)中过筛后物料的粒径小于0.5mm。
步骤(1)中脱水后的湿法冶炼渣含水率低于75％；干化后的湿法冶炼渣含水率低于10％。
优选地，步骤(2)中湿法冶炼渣和煤系固体废物按如下质量百分比混合：
湿法冶炼渣 50～55％；
粉煤灰或煤矸石 45～50％。
所述质量百分比以灰分为计算基础。
进一步优选地，步骤(2)中湿法冶炼渣和煤系固体废物按如下质量百分比混合：
湿法冶炼渣 50％；
粉煤灰或煤矸石 50％。
优选地，所述高温熔融的温度为1200℃～1500℃。
当所述煤系固体废物为粉煤灰时，所述高温熔融的温度进一步优选为1300℃～1500℃；更进一步优选为1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃；最优选为1400℃。
当所述煤系固体废物为粉煤灰时，所述高温熔融的温度进一步优选为1350℃～1450℃；进一步优选为1350℃、1400℃、1450℃；最优选为1400℃。
优选地，所述高温熔融的保温时间为1h～3h。
进一步优选地，所述高温熔融的保温时间为1.5h～3h；最优选为为2h。
一种更优选地，湿法冶炼渣与煤系固体废物玻璃化共处理的方法，包括如下步骤：
(1)湿法冶炼渣脱水、干化后破碎、过筛；煤系固体废物破碎后过筛；
(2)将过筛后的湿法冶炼渣与煤系固体废物按配比混合，得混合物，将所得混合物在1300℃～1500℃熔融1.5～3h，得玻璃化产物；
过筛后的湿法冶炼渣与煤系固体废物以质量百分比计按如下配比混合：
湿法冶炼渣 50～55％；
粉煤灰或煤矸石 45～50％。
最优选地，湿法冶炼渣与煤系固体废物玻璃化共处理的方法，包括如下步骤：
(1)湿法冶炼渣脱水、干化后破碎、过筛；煤系固体废物破碎后过筛；
(2)将过筛后的湿法冶炼渣与煤系固体废物按配比混合，得混合物，将所得混合物在1400℃熔融2h，得玻璃化产物；
过筛后的湿法冶炼渣与煤系固体废物以质量百分比计按如下配比混合：
湿法冶炼渣 50％；
粉煤灰或煤矸石 50％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过熔融玻璃化的方式实现湿法冶炼渣与粉煤灰或煤矸石的无害化。本发明从简单易行、普适性的角度出发，直接利用湿法冶炼渣、粉煤灰或煤矸石共处理，不外加纯化学物质，以废治废，多种废物协同处置，通过玻璃化的方式实现湿法冶炼渣及粉煤灰或煤矸石的无害化。
具体实施方式
实施例1
取普通湿法冶炼渣高温烘干脱水干化，使冶炼渣含水率从78％降低到10％以下；粉煤灰因本身含水率低于5％，无须干化，可直接研磨过筛使用。
将研磨过筛后的湿法冶炼渣与粉煤灰，分别以质量百分比65:35；60:40；55:45；50:50混合均匀。
混合物在1400℃的条件下高温熔融，保温2h。
四种混合物玻璃化产物中玻璃体质量百分比均大于70％，且第四种配方，即湿法冶炼渣与煤矸石以质量百分比50:50混合，混合物熔融所得玻璃体含量最高可达85％(检测方法为XRD)。各配比下玻璃体含量如下表1。TCLP法测定重金属浸出毒性，均低于环境阈值。
表1：湿法冶炼渣与粉煤灰各配比下玻璃体含量
实施例2
取普通湿法冶炼渣高温烘干脱水干化，使冶炼渣含水率从78％降低到10％以下；粉煤灰因本身含水率低于5％，无须干化，可直接研磨过筛使用。
将研磨过筛后的湿法冶炼渣与粉煤灰，以质量百分比50:50混合均匀，混合物分别在1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃的条件下高温熔融，保温2h。
七种条件下得到玻璃化产物中玻璃体含量1200℃低于70％，其他均高于70％，且随着熔融温度升高，玻璃化产物中玻璃体含量增加，最高达85％以上(检测方法为XRD，具体结果如下表2)。TCLP法测定重金属浸出毒性，均低于环境阈值。
表2：湿法冶炼渣与粉煤灰各温度条件下玻璃体含量
项目
温度(℃) 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500
玻璃体(％) 68 72 75 80 85 87 88
实施例3
取普通湿法冶炼渣高温烘干脱水干化，使冶炼渣含水率从78％降低到10％以下；粉煤灰因本身含水率低于5％，无须干化，可直接研磨过筛使用。
将研磨过筛后的湿法冶炼渣与粉煤灰，以质量百分比50:50混合均匀，混合物在1400℃下熔融，保温时间分别为1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3h。
五种条件下得到玻璃化产物中玻璃体含量1.0h低于70％，其他均高于70％，且随着保温时间延长，玻璃化产物中玻璃体含量增加，最高达85％以上(检测方法为XRD，具体数值见下表3)。TCLP法测定重金属浸出毒性，均低于环境阈值。
表3：湿法冶炼渣与粉煤灰各保温时间下玻璃体含量
项目
保温时间(h) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
玻璃体(％) 67 75 85 86 87
实施例4
取普通湿法冶炼渣高温烘干脱水干化，使冶炼渣含水率从78％降低到10％以下；煤矸石因本身含水率低于10％，无须干化，可直接研磨过筛使用。
将研磨过筛后的湿法冶炼渣与煤矸石，分别以质量百分比75:25；70:30；65:35；60:40；55:45；50:50混合均匀。
混合物在1400℃的条件下高温熔融，保温2h。
六种混合物玻璃化产物中玻璃体含量除湿法冶炼渣与煤矸石质量百分比75:25组别外，其他组别玻璃体含量均大于70％，且第四种配方，即湿法冶炼渣与煤矸石以质量百分比50:50混合，混合物熔融所得玻璃体含量最高可达80％(检测方法为XRD，具体数值见下表4)。TCLP法测定重金属浸出毒性，均低于环境阈值。
表4：湿法冶炼渣与煤矸石各配比下玻璃体含量
实施例5
取普通湿法冶炼渣高温烘干脱水干化，使冶炼渣含水率从78％降低到10％以下；煤矸石因本身含水率低于10％，无须干化，可直接研磨过筛使用。
将研磨过筛后的湿法冶炼渣与煤矸石，以质量百分比50:50混合均匀，混合物分别在1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃的条件下高温熔融，保温2h。
五种条件下得到玻璃化产物中玻璃体含量1300℃低于70％，其他均高于70％，且随着熔融温度升高，玻璃化产物中玻璃体含量增加，最高达85％左右(检测方法为XRD，具体数值见下表5)。TCLP法测定重金属浸出毒性，均低于环境阈值。
表5：湿法冶炼渣与煤矸石各温度条件下玻璃体含量
项目
温度(℃) 1300 1350 1400 1450 1500
玻璃体(％) 69 74 80 83 85
实施例6
取普通湿法冶炼渣高温烘干脱水干化，使冶炼渣含水率从78％降低到10％以下；煤矸石因本身含水率低于10％，无须干化，可直接研磨过筛使用。
将研磨过筛后的湿法冶炼渣与煤矸石，以质量百分比50:50混合均匀，混合物在1400℃下熔融，保温时间分别为1.0h、1.5h、2.0h、2.5h、3h。
五种条件下得到玻璃化产物中玻璃体含量1.0h低于70％，其他均高于70％，且随着保温时间延长，玻璃化产物中玻璃体含量增加，最高达85％左右(检测方法为XRD，具体数值见下表6)。TCLP法测定重金属浸出毒性，均低于环境阈值。
表6：湿法冶炼渣与煤矸石各保温时间下玻璃体含量
项目
保温时间(h) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
玻璃体(％) 67 75 80 82 85
以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种湿法冶炼渣与煤系固体废物玻璃化共处理的配方，其特征在于，以质量百分比计组成如下：
湿法冶炼渣 50～75％；
煤系固体废物 25～50％；
所述煤系固体废物为粉煤灰或煤矸石。
2.一种湿法冶炼渣与煤系固体废物玻璃化共处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)湿法冶炼渣脱水、干化后破碎、过筛；煤系固体废物破碎后过筛；
(2)将过筛后的湿法冶炼渣与煤系固体废物按配比混合，得混合物，将所得混合物进行高温熔融，得玻璃化产物；
过筛后的湿法冶炼渣与粉煤灰以质量百分比计按如下配比混合：
湿法冶炼渣 50～75％；
煤系固体废物 25～50％；
所述煤系固体废物为粉煤灰或煤矸石。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，脱水、干化后的湿法冶炼渣含水率低于10％。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤(2)中湿法冶炼渣和煤系固体废物按如下质量百分比混合：
湿法冶炼渣 50～55％；
粉煤灰或煤矸石 45～50％。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，步骤(2)中湿法冶炼渣和煤系固体废物按如下质量百分比混合：
湿法冶炼渣 50％；
粉煤灰或煤矸石 50％。
6.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述高温熔融的温度为1200℃～1500℃。
7.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述高温熔融的温度为1300℃～1500℃。
8.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述高温熔融的保温时间为1h～3h。
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