CN107500618B - 一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，属于工业固体废弃物资源化利用技术领域。本发明利用高砷重金属污泥、水泥、铁渣、锰渣进行固化，控制酸性溶液的pH值为2.3‑4.5之间，铁渣和锰渣表面呈正电性，以负离子存在的砷通过静电吸引力的作用到达渣表面，与Mn‑OH、α‑FeOOH和α‑Fe2O3发生化学反应形成内层配位络合物，在水泥、激发剂、外加剂共同作用下对砷及其他重金属进行固化，混合浇筑或振动压制成砖，经固化养护即得抗压强度高、金属浸出率低的高强固化砖。

Description

一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法
技术领域
本发明涉及一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，属于工业固体废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，污泥重金属污染日益严重。随着经济全球化的迅速发展，含重金属砷的污染物仅仅通过露天堆放，不仅会占用大量的土地，而且会污染堆放的土地，造成土壤污染，威胁人类的健康和环境安全，并且土壤重金属砷污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。
钢渣是炼钢过程中产生的废渣，其量的产生具有大规模性，但目前钢渣的综合利用水平较低，未能综合利用的钢渣直接填埋或倾倒在钢厂周围,不仅会影响土地资源的节约利用,而且会造成破坏大气、污染土壤等环境问题。
由于锰的需求量大，锰产量的增加，带动着锰行业的快速发展，锰渣的排放量也随之增大。而大批量锰渣的堆放必然占用了大片的土地，这就增加了企业堆置废渣的费用，使企业生产成本的增加，进而制约企业可持续发展。又因为废锰渣中含有一定量的有害物质，如果长期堆放不加以利用，经过日晒，雨水冲刷会使一些有害元素通过土层渗透，以致渣堆附近土质酸化、硬化。此外，露天堆放的废锰渣经过长时间风干后容易随风飘扬，扩散到很远的地方，由于废渣颗粒比较小，废渣也很容易进入大气，这样一来不仅污染了环境，也对人体健康造成影响。可见，如果对锰渣不加予合理利用，就会造成严重的危害，因此对其如何处理已成为电解锰行业和环保领域的研究热点和迫切需要解决的一项艰巨的任务。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，实现高砷重金属污泥和铁锰渣的资源化利用和无害化处理，保护环境。
本发明的技术方案：利用高砷重金属污泥、水泥、铁渣、锰渣进行固化，控制酸性溶液的pH值为2.3~4.5之间，铁渣和锰渣表面呈正电性，以负离子存在的砷通过静电吸引力的作用到达渣表面，与Mn-OH、α-FeOOH和α-Fe2O3发生化学反应形成内层配位络合物，在水泥、激发剂、外加剂共同作用下对砷及其他重金属进行固化，混合浇筑或振动压制成砖，经固化养护即得抗压强度高、金属浸出率低的建筑砖。
一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，具体步骤为：
（1）将铁渣破碎至粒径不大于2mm，加水混匀，在温度为70~95℃、密封条件下，恒温恒湿养护3~ 8h后冷却至室温得到预处理铁渣；
（2）将锰渣破碎至粒径不大于2mm，加水混匀，在温度为70~95℃、密封条件下，恒温恒湿养护3~ 8h后冷却至室温得到预处理锰渣；
（3）将高砷重金属污泥、水泥、步骤（1）所得预处理铁渣、步骤（2）所得预处理锰渣、激发剂、外加剂混合均匀得到混合物料；
（4）将酸性水溶液加入到步骤（3）所得混合物料中并混合均匀，压制成型；
（5）在温度为25~95℃、湿度10~60%的条件下，将步骤（4）所得压制产物进行恒温恒湿养护8~14h即得高强度固化砖；
所述步骤（1）中铁渣为热焖钢渣或热泼钢渣，水与铁渣的质量比为(0.12~0.2 ):1；
所述步骤（2）中水与锰渣的质量比为(0.2~0.28 ):1；
所述步骤（3）中高砷重金属污泥、水泥、预处理铁渣、预处理锰渣、激发剂、外加剂的质量比为(10~55):(10~40):(5~25):(5~25):(2~4):(1~4)；
所述步骤（3）中激发剂为水玻璃、硫酸钠、氯化钙，外加剂为微硅粉、聚羧酸、三乙醇胺；外加剂与激发剂共同作用，可填充水泥混合物颗粒间的空隙，同时与水化产物生成凝胶体，从而提高砖的抗压强度，在低水泥浇注料中应用可降低成本，提高耐久性；
所述步骤（4）酸性水溶液的pH值为2.3~4.5，酸性水溶液与混合物料的质量比为(5~20):100；
所述铁渣中铁的质量百分数含量不小于15%；
所述锰渣中锰的质量百分数含量不小于25%；
所述高砷重金属污泥中砷的质量百分数含量不小于10%；
本发明的有益效果：
（1）本发明高效利用了高砷及重金属污泥固体废物，避免其污染环境，以及危害人类的身体健康和生命；
（2）本发明方法同时处理了铁渣、锰渣，实现了多种固体废弃物的资源化利用，且由于铁渣本身具备胶凝活性，可以减少水泥的用量，实现了资源化利用，保护环境，降低生产成本；
（3）本发明在养护的过程中采用恒温恒湿养护的方法，比蒸压养护的方法时间更短，成本更低，并且安全系数高，养护完成的固化体的内部结构更加稳定，毒性更低，稳定性更强；
（4）本发明在固化的过程采用蒸压养护，延长了静置的时间，能够使得成品内部结构更加稳定，也使得固化体更加牢固；
（5）本发明方法的工艺简单，具有较好的灵活性，可根据处置场地和生产效率的需求提供高效、快速、安全的处置方案。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例中，铁渣的成分如表1所示，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，具体步骤为：
（1）将铁渣破碎至粒径不大于2mm，加水混匀，其中铁渣为热焖钢渣，水与铁渣的质量比为0.12:1，在温度为70℃、密封条件下，恒温恒湿养护3h后冷却至室温得到预处理铁渣；
（2）将锰渣破碎至粒径不大于2mm，加水混匀，其中水与锰渣的质量比为0.2:1，在温度为70℃、密封条件下，恒温恒湿养护3h后冷却至室温得到预处理锰渣；
（3）将高砷重金属污泥、水泥、步骤（1）所得预处理铁渣、步骤（2）所得预处理锰渣、激发剂（激发剂为水玻璃）、外加剂（外加剂为微硅粉）混合均匀得到混合物料，其中高砷重金属污泥、水泥、预处理铁渣、预处理锰渣、激发剂（水玻璃）、外加剂（微硅粉）的质量比为55:10:5:25:4:1；
（4）将酸性水溶液加入到步骤（3）所得混合物料中并混合均匀，压制成砖；其中酸性水溶液的pH值为2.3，酸性水溶液与混合物料的质量比为20:100，压制成型为静压和振动成型结合，压力>20MPa，砖的尺寸为240mm×115mm×53mm；
（5）在温度为95℃、湿度10%的条件下，将步骤（4）所得砖进行恒温恒湿养护14h即得高强度固化砖；
本实施例的高强度固化砖经放置28天，测试其抗压强度为36.23Mpa，达到蒸压灰砂砖国家标准GB11945-1999的抗压强度性能；固化前，砷元素浸出结果为244.36mg/L，固化后的砷元素浸出＜0.02mg/L，浸出毒性达到国家标准《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-1996）中毒性浸出标准≤5mg/L，成品使用安全。
实施例2：本实施例中，铁渣的成分如表4所示，
一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，具体步骤为：
（1）将铁渣破碎至粒径不大于1.8mm，加水混匀，其中铁渣为热焖钢渣，水与铁渣的质量比为0.15 :1，在温度为95℃、密封条件下，恒温恒湿养护8 h后冷却至室温得到预处理铁渣；
（2）将锰渣破碎至粒径不大于1.8mm，加水混匀，其中水与锰渣的质量比为0.23 :1，在温度为95℃、密封条件下，恒温恒湿养护8 h后冷却至室温得到预处理锰渣；
（3）将高砷重金属污泥、水泥、步骤（1）所得预处理铁渣、步骤（2）所得预处理锰渣、激发剂（激发剂为硫酸钠）、外加剂（外加剂为聚羧酸）混合均匀得到混合物料，其中高砷重金属污泥、水泥、预处理铁渣、预处理锰渣、激发剂（硫酸钠）、外加剂（聚羧酸）的质量比为10:35:25:25:2:3；
（4）将酸性水溶液加入到步骤（3）所得混合物料中并混合均匀，压制成砖；其中酸性水溶液的pH值为4.5，酸性水溶液与混合物料的质量比为15:100，压制成型为静压和振动成型结合，压力>20MPa，砖的尺寸为240mm×115mm×53mm；
（5）在温度为25℃、湿度60%的条件下，将步骤（4）所得砖进行恒温恒湿养护8h即得高强度固化砖；
本实施例的高强度固化砖经放置28天，测试其抗压强度为38.63Mpa，达到蒸压灰砂砖国家标准GB11945-1999的抗压强度性能；固化前，砷元素浸出率为256.78mg/L，固化后的砷元素浸出＜0.02mg/L，浸出毒性达到国家标准《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-1996）中毒性浸出标准≤5mg/L，成品使用安全。
实施例3：本实施例中，铁渣的成分如表7所示，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，具体步骤为：
（1）将铁渣破碎至粒径不大于1.5mm，加水混匀，其中铁渣为热焖钢渣，水与铁渣的质量比为0.18 :1，在温度为80℃、密封条件下，恒温恒湿养护5 h后冷却至室温得到预处理铁渣；
（2）将锰渣破碎至粒径不大于1.5mm，加水混匀，其中水与锰渣的质量比为0.25 :1，在温度为80℃、密封条件下，恒温恒湿养护5 h后冷却至室温得到预处理锰渣；
（3）将高砷重金属污泥、水泥、步骤（1）所得预处理铁渣、步骤（2）所得预处理锰渣、激发剂（激发剂为氯化钙）、外加剂（外加剂为三乙醇胺）混合均匀得到混合物料，其中高砷重金属污泥、水泥、预处理铁渣、预处理锰渣、激发剂（氯化钙）、外加剂（三乙醇胺）的质量比为33:32:25: 5:3:2；
（4）将酸性水溶液加入到步骤（3）所得混合物料中并混合均匀，压制成砖；其中酸性水溶液的pH值为3.3，酸性水溶液与混合物料的质量比为10:100，压制成型为静压和振动成型结合，压力>20MPa，砖的尺寸为240mm×115mm×53mm；
（5）在温度为60℃、湿度45%的条件下，将步骤（4）所得砖进行恒温恒湿养护10h即得高强度固化砖；
本实施例的高强度固化砖经放置28天，测试其抗压强度为42.53Mpa，达到蒸压灰砂砖国家标准GB11945-1999的抗压强度性能；固化前，砷元素浸出率为286.35mg/L，固化后的砷元素浸出＜0.02mg/L，浸出毒性达到国家标准《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-1996）中毒性浸出标准≤5mg/L，成品使用安全。
实施例4：本实施例中，铁渣的成分如表10所示，
Figure 945610DEST_PATH_IMAGE004
一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，具体步骤为：
（1）将铁渣破碎至粒径不大于1.2mm，加水混匀，其中铁渣为热泼钢渣，水与铁渣的质量比为0.2 :1，在温度为85℃、密封条件下，恒温恒湿养护7 h后冷却至室温得到预处理铁渣；
（2）将锰渣破碎至粒径不大于1.2mm，加水混匀，其中水与锰渣的质量比为0.28 :1，在温度为85℃、密封条件下，恒温恒湿养护7 h后冷却至室温得到预处理锰渣；
（3）将高砷重金属污泥、水泥、步骤（1）所得预处理铁渣、步骤（2）所得预处理锰渣、激发剂（激发剂为硫酸钠）、外加剂（外加剂为三乙醇胺）混合均匀得到混合物料，其中高砷重金属污泥、水泥、预处理铁渣、预处理锰渣、激发剂（硫酸钠）、外加剂（三乙醇胺）的质量比为40:30:13: 12:4:1；
（4）将酸性水溶液加入到步骤（3）所得混合物料中并混合均匀，压制成砖；其中酸性水溶液的pH值为4，酸性水溶液与混合物料的质量比为5:100，压制成型为静压和振动成型结合，压力>20MPa，砖的尺寸为240mm×115mm×53mm；
（5）在温度为60℃、湿度25%的条件下，将步骤（4）所得砖进行恒温恒湿养护10h即得高强度固化砖；
本实施例的高强度固化砖经放置28天，测试其抗压强度为40.53Mpa，达到蒸压灰砂砖国家标准GB11945-1999的抗压强度性能；固化前，砷元素浸出率为299.76mg/L，固化后的砷元素浸出＜0.02mg/L，浸出毒性达到国家标准《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-1996）中毒性浸出标准≤5mg/L，成品使用安全。
实施例5：本实施例中采用的铁渣、锰渣、高砷重金属污泥与实施例4相同；
一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，具体步骤为：
（1）将铁渣破碎至粒径不大于1.1mm，加水混匀，其中铁渣为热泼钢渣，水与铁渣的质量比为0.19 :1，在温度为80℃、密封条件下，恒温恒湿养护6 h后冷却至室温得到预处理铁渣；
（2）将锰渣破碎至粒径不大于1.1mm，加水混匀，其中水与锰渣的质量比为0.27 :1，在温度为80℃、密封条件下，恒温恒湿养护6 h后冷却至室温得到预处理锰渣；
（3）将高砷重金属污泥、水泥、步骤（1）所得预处理铁渣、步骤（2）所得预处理锰渣、激发剂（激发剂为水玻璃）、外加剂（外加剂为三乙醇胺）混合均匀得到混合物料，其中高砷重金属污泥、水泥、预处理铁渣、预处理锰渣、激发剂（水玻璃）、外加剂（三乙醇胺）的质量比为30:40:11: 12:3:4；
（4）将酸性水溶液加入到步骤（3）所得混合物料中并混合均匀，压制成砖；其中酸性水溶液的pH值为4.2，酸性水溶液与混合物料的质量比为15:100，压制成型为静压和振动成型结合，压力>20MPa，砖的尺寸为240mm×115mm×53mm；
（5）在温度为50℃、湿度35%的条件下，将步骤（4）所得砖进行恒温恒湿养护8h即得高强度固化砖；
本实施例的高强度固化砖经放置28天，测试其抗压强度为43.78Mpa，达到蒸压灰砂砖国家标准GB11945-1999的抗压强度性能；固化前，砷元素浸出率为299.76mg/L，固化后的砷元素浸出＜0.02mg/L，浸出毒性达到国家标准《危险废弃物鉴别标准—浸出毒性鉴别》（GB 5085.3-1996）中毒性浸出标准≤5mg/L，成品使用安全。

Claims (4)

1.一种高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将铁渣破碎至粒径不大于2mm，加水混匀，在温度为70~95℃、密封条件下，恒温恒湿养护3~8h后冷却至室温得到预处理铁渣；
（2）将锰渣破碎至粒径不大于2mm，加水混匀，在温度为70~95℃、密封条件下，恒温恒湿养护3~8h后冷却至室温得到预处理锰渣；
（3）将高砷重金属污泥、水泥、步骤（1）所得预处理铁渣、步骤（2）所得预处理锰渣、激发剂、外加剂混合均匀得到混合物料；其中激发剂为水玻璃、硫酸钠、氯化钙，外加剂为微硅粉、聚羧酸、三乙醇胺；
（4）将酸性水溶液加入到步骤（3）所得混合物料中并混合均匀，压制成型；其中酸性水溶液的pH值为2.3~4.5，酸性水溶液与混合物料的质量比为(5~20):100；
（5）在温度为25~95℃、湿度10~60%的条件下，将步骤（4）所得压制产物进行恒温恒湿养护8~14h即得高强度固化砖。
2.根据权利要求1所述高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，其特征在于：步骤（1）中水与铁渣的质量比为(0.12~0.2):1。
3.根据权利要求1所述高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，其特征在于：步骤（2）中水与锰渣的质量比为(0.2~0.28 ):1。
4.根据权利要求1所述高砷重金属污泥和铁锰渣综合利用的方法，其特征在于：步骤（3）中高砷重金属污泥、水泥、预处理铁渣、预处理锰渣、激发剂、外加剂的质量比为(10~55):(10~40):(5~25):(5~25):(2~4):(1~4)。
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