CN107335165B - 基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法，以水泥、矿粉、半干法脱硫灰、铬渣、钢渣、标准砂为主要原料，首先将干法脱硫灰与铬渣加水进行一次搅拌、烘干，然后依次加入钢渣、水泥、矿粉和标准砂，并加水继续进行二次搅拌、成型、固化、养护，即可得解毒后的铬渣固化物。本申请涉及的工艺简单、流程短，充分利用冶金行业的固体废弃物作为铬渣的解毒剂和固化剂，且所得铬渣固化物的铬渣浸出浓度极低、强度高，具有重要的经济和环境效益。

Description

基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法
技术领域
本发明属于冶金固废利用技术领域，具体涉及一种利用冶金行业内的固废一体化解毒并固化铬渣的方法。
背景技术
铬渣是钢铁企业在处理钢材表面质量时不可避免所产生的一种固体废弃物，由于含有六价铬，被国家环保部门定义为危险废弃物，禁止外排。目前钢铁企业一般简单处理后的铬渣交给有危废处理资质的公司进行处理，并支付高昂的处理费用。以武汉某钢企为例，年产铬渣量2000余吨，需支付的铬渣处理费用为800余万元。
铬渣的处理技术原理是利用化学药剂将铬渣中六价铬进行还原，转化为无毒的三价铬，再用沉淀剂将三价将解毒后的三价铬进行固化沉淀下来，防止铬元素浸出对环境造成的污染。目前国内外环保公司及科研机构针对铬渣开展了大量的研究，如：王丽娜(申请号：201210307828.2)发明了一种利用烧结烟气处理含铬废水的方法及设备：以预除尘后的烧结烟气作为还原剂，通过强迫气液两相接触，使烧结烟气中的SO2与六价铬反应，最终还原生成三价铬，尾气用碱液吸收，三价铬用碱块沉淀。陈鹏(申请号：20110077811.8)发明了一种改性高炉渣水泥固化体，将高炉渣、粉煤灰、铬渣和水泥等材料制备固化体，测出六价铬浸出浓度小于0.1mg/L。从上述研究结果可以看出，有的研究将解毒与固化技术分步进行，流程长，效率低，成本高；有的研究虽然是一体化，但固化体强度低，铬元素浸出浓度高。因此，发明一种低成本的，无污染的，且解毒与固化合二为一的处理铬渣技术是未来解决铬渣污染问题的研究方向。
发明内容
本发明的目的是针对冶金行业内产生的铬渣污染问题，提供一种基于冶金固废的铬渣解毒固化一体化技术，该技术涉及的工艺简单，流程短，所得铬渣固化体中六价铬浸出浓度小，对环境无污染；且固化体强度高，适合填埋。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法，具体步骤如下：
1)原料称取，各原料及其所占质量百分比为：水泥5～8％，矿粉15～20％，半干法脱硫灰2～6％，铬渣5～20％，钢渣20～30％，标准砂30～40％；
2)将称量好的半干法脱硫灰与铬渣加水进行一次搅拌，然后依次经压滤机滤和烘干机烘干至残余水分小于1wt％得混合料I，然后依次加入钢渣、水泥、矿粉和标准砂，并加水进行二次搅拌，再进行成型、固化、标准养护，即得解毒后的铬渣固化物。
上述方案中，所述钢渣为经选铁、过筛后的钢渣尾渣，其粒径不大于4.75mm，含铁量不大于1％。
上述方案中，所述矿粉由高炉矿渣粉磨至比表面积大于450m2/kg而成。
上述方案中，所述半干法脱硫灰来自于烧结烟气半干法脱硫工艺副产物，其主要成分及其所占质量百分比为：亚硫酸钙35～60％、硫酸钙15～30％、碳酸钙10～20％。
上述方案中，所述铬渣中六价铬的质量含量为2～15％。
优选的，所述半干法脱硫灰中亚硫酸根与铬渣中六价铬的质量比为(2.0～3.0):1；钢渣+铬渣的质量和与水泥+矿粉+半干法脱硫灰的质量和之比为(1.2～1.8):1。
上述方案中，所述一次搅拌过程中控制水灰比为(3～5):1。
上述方案中，所述一次搅拌速度为500～1000r/min，搅拌的时间为10～20min。
上述方案中，所述二次搅拌过程中加水量为固体原料总质量的20～25％。
上述方案中，所述二次搅拌步骤为：首先以200～400r/min的速度搅拌2～5min，然后提高转速至400～600r/min搅拌5～10min。
发明的原理为：本发明采用脱硫灰中亚硫酸钙作为还原剂，对铬渣中的六价铬进行还原得到无毒的三价铬；同时亚硫酸钙被氧化为硫酸钙，可替代石膏作为水泥缓凝剂，同时可用作固化材料激发剂，无需额外引入其他激发剂，进一步激发得到高强度的固化体，从而保证铬渣毒性浸出浓度达到要求，在解决铬渣毒性的同时，可有效解决脱硫灰的资源化利用问题；还原后的铬渣还可代替一部分钢渣，通过与水泥、矿粉、脱硫灰及铬渣、标准砂的配合，制备固化体，使铬渣固化彻底解毒铬渣；本在实现铬渣中六价铬的还原的同时，可实现脱硫灰中亚硫酸钙的氧化过程，有效实现六价铬解毒与亚硫酸钙资源化的统一；同时通过对原料配方进行优化，保证铬渣解毒完全，显著降低处理后铬渣的浸出毒性。
本发明以钢渣、矿渣、少量水泥为固化材料，脱硫灰中亚硫酸钙作为还原剂，脱硫灰除用作还原剂外，自身氧化后所得脱硫灰可进一步作为激发剂，激发钢渣与矿渣等固化材料生成水化硅酸钙凝胶，固化还原后的铬渣，形成高强固化体。本发明所得固化体强度高，铬渣浸出毒性小，环境友好。
本发明的有益效果为：
1)本发明利用脱硫灰中的亚硫酸钙作为还原剂，对铬渣中的六价铬进行还原，同步实现六价铬的还原和亚硫酸钙的氧化，氧化所得硫酸钙可用作钢渣等固化材料的激发剂，进一步激发得到高强度的固化体，保证铬渣的解毒效果；本发明无需调节pH，控制反应酸碱性，也无需额外引入激发剂，即可实现解毒固化铬渣的目的，且经本发明处理后的铬渣浸出浓度小于0.02mg/L，毒性极低，环境友好。
2)本发明利用冶金行业的固体废弃物作为铬渣的解毒剂和固化材料，避免使用化学药剂，从而减少化学药剂对环境带来的二次污染，可有效实现多种冶金固废的资源化利用问题，具有重要的环境和经济效益。
3)经本发明处理后铬渣中六价铬还原率高，固化体强度高，铬元素浸出浓度低，适合填埋处理。
4)本发明制备工艺简单，流程短，易于市场推广及实施。
5)本发明投资成本低，环保及经济效益显著。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下实施例中，采用的水泥由市售42.5强度等级普硅酸盐水泥，所述标准砂由市售标准砂生产厂提供。
以下实施例中，所述钢渣为经选铁、过筛后的钢渣尾渣，其粒径不大于4.75mm，含铁量不大于1％。
所述半干法脱硫灰来自于烧结烟气半干法脱硫工艺副产物，其主要成分及其所占质量百分比为：亚硫酸钙48％、硫酸钙27.8％、碳酸钙19.3％。
所述铬渣中六价铬的含量为4％。
所述矿粉由高炉矿渣粉磨至比表面积不小于450m2/kg而成。
实施例1
一种基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法，具体步骤如下：
1)原料称取，各原料及其所占质量百分比为：水泥5％，矿粉20％，半干法脱硫灰3％，铬渣8％，钢渣28％，标准砂36％；
2)将称量好的半干法脱硫灰与铬渣倒入搅拌锅中，按4:1的水灰比加入自来水，控制搅拌速度为600r/min，搅拌15min，然后经压滤机滤去水份，再用烘干机继续烘至水分小于1％；然后依次加入钢渣、水泥、矿粉及标准砂，并加入占固体原料总质量25％的水，开动搅拌机，首先以300r/min的速度搅拌3分钟，再提高转速至500r/min继续搅拌6分钟，然后经过振动台成型，入模固化，标准养护条件下养护24小时脱模，脱模后继续放置在养护箱中养护28天，即得解毒后的铬渣固化物。
对本实施例所得经28天养护处理后的铬渣固化物进行测定，结果为：28天抗压强度达到40.2MPa、六价铬的浸出浓度为0.013mg/L。
实施例2
一种基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法，具体步骤如下：
1)原料称取，各原料及其所占质量百分比为：水泥8％，矿粉18％，半干法脱硫灰5％，铬渣16％，钢渣23％，标准砂30％；
2)将称量好的半干法脱硫灰与铬渣倒入搅拌锅中，按5:1的水灰比加入自来水，控制搅拌速度为800r/min，搅拌10min，然后经压滤机滤去水份，再用烘干机继续烘至水分小于1％；然后依次加入钢渣、水泥、矿粉及标准砂，并加入占固体原料总质量22％的水，开动搅拌机，首先以200r/min的速度搅拌4分钟，再提高转速至600r/min继续搅拌7分钟，然后经过振动台成型，入模固化，标准养护条件下养护24小时脱模，脱模后继续放置在养护箱中养护28天，即得解毒后的铬渣固化物。
对本实施例所得经28天养护处理后的铬渣固化物进行测定，结果为：28天抗压强度达到43.4MPa、六价铬的浸出浓度为0.016mg/L。
实施例3
一种基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法，具体步骤如下：
1)原料称取，各原料及其所占质量百分比为：水泥7％，矿粉18％，半干法脱硫灰6％，铬渣18％，钢渣20％，标准砂31％；
2)将称量好的半干法脱硫灰与铬渣倒入搅拌锅中，按5:1的水灰比加入自来水，控制搅拌速度为700r/min，搅拌16min，然后经压滤机滤去水份，再用烘干机继续烘至水分小于1％；然后依次加入钢渣、水泥、矿粉及标准砂，并加入占固体原料总质量23％的水，开动搅拌机，首先以300r/min的速度搅拌3分钟，再提高转速至500r/min继续搅拌8分钟，然后经过振动台成型，入模固化，标准养护条件下养护24小时脱模，脱模后继续放置在养护箱中养护28天，即得解毒后的铬渣固化物。
对本实施例所得经28天养护处理后的铬渣固化物进行测定，结果为：28天抗压强度达到42.3MPa、六价铬的浸出浓度为0.018mg/L。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。以上实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原料前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于冶金固废的铬渣一体化解毒固化方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)原料称取，各原料及其所占质量百分比为：水泥5～8％，矿粉15～20％，半干法脱硫灰2～6％，铬渣5～20％，钢渣20～30％，标准砂30～40％；所述半干法脱硫灰中亚硫酸根与铬渣中六价铬的质量比为(2.0～3.0):1；
2)将称量好的半干法脱硫灰与铬渣加水进行一次搅拌，所述一次搅拌过程中控制水灰比为(3～5):1；然后依次经压滤机滤和烘干机烘干至残余水分小于1wt％得混合料I，然后依次加入钢渣、水泥、矿粉和标准砂，并加水进行二次搅拌，再进行成型、固化、标准养护，即得解毒后的铬渣固化物；
所述一次搅拌速度为500～1000r/min，搅拌的时间为10～20min；
所述钢渣与铬渣的质量和与水泥、矿粉、半干法脱硫灰质量和之比为(1.2～1.8):1；
所述二次搅拌过程中加水量为固体原料总质量的20～25％。
2.根据权利要求1所述的铬渣一体化解毒固化方法，其特征在于，所述钢渣为经选铁、过筛后的钢渣尾渣，其粒径不大于4.75mm。
3.根据权利要求1所述的铬渣一体化解毒固化方法，其特征在于，所述矿粉由高炉矿渣粉磨至比表面积大于450m2/kg而成。
4.根据权利要求1所述的铬渣一体化解毒固化方法，其特征在于，所述半干法脱硫灰的主要成分及其所占质量百分比为：亚硫酸钙35～60％、硫酸钙15～30％、碳酸钙10～20％。
5.根据权利要求1所述的铬渣一体化解毒固化方法，其特征在于，所述二次搅拌步骤为：首先以200～400r/min的速度搅拌2～5min，然后提高转速至400～600r/min搅拌5～10min。
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