CN108467236A - 一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺 - Google Patents

一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺 Download PDF

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Abstract

一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其步骤如下：将重金属废渣、电石渣、重金属稳定剂按一定计量比例加入到双螺旋卧式搅拌机中，搅拌均匀后卸料进入活化搅拌机中，同时活化搅拌机中添加减水剂及胶凝材料，搅拌均匀后卸料至活塞式工业泵，最后通过管路输送至指定区域进行养护堆存。本发明提供的工艺具有处理量大、可连续生产、重金属废渣稳定化/固化效果好、成本低的特点，可广泛运用于重金属废渣、矿山修复、垃圾及工业废物焚烧飞灰处理等多种领域。

Description

一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺。
背景技术
稳定/固化(Stablization/Solidification，S/S)技术是广泛应用于欧美国家的一种比较成熟的固体废弃物处理技术，经过几十年的研究，已成功应用于处理含重金属废渣、土壤和淤泥沉积物、铬渣、汞渣、砷渣等领域的环境治理中。在美国1982-2005年间重金属污染场地修复项目中，稳定化/固化处理技术超过了50％。通常意义上的S/S，一般包含重金属稳定化和固化两种技术的应用。与其他技术相比，该技术具有处理时间短、适用范围较广等优势，尤其适用于控制固体废弃物中的重金属离子扩散溶出，因此美国环保局曾将稳定/固化技术称为处理有毒有害废物的最佳技术之一。
目前对重金属废渣或重金属污染场地的修复主要集中在修复药剂的研究中，对稳定化/固化工艺研究的不多，对大多数重金属废渣治理而言，主要采用将重金属废渣运送至处理站进行集中处理，现有处理工艺处理量小，且不能连续处理，频繁的汽车外运容易造成二次污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是在于提供一种高效的重金属废渣稳定固化连续处理工艺，且不会对环境造成二次污染。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，包括以下步骤：
将重金属废渣、电石渣、含重金属稳定剂的溶液加入至双螺旋卧式搅拌机中搅拌均匀获得浆料A，浆料A由双螺旋卧式搅拌机推送至活化搅拌机，同时加入减水剂及胶凝材料，搅拌均匀获得浆料B，将浆料B卸料至活塞式工业泵，再通过管路输送至养护区域；
所述浆料B的含固量为35～78％，泌水率为3～5％，塌落度为15～28cm。
本发明先采用具有连续性生产能力的双螺旋卧式搅拌机将重金属废渣与金属稳定剂进行混合搅拌均匀，然后通过双螺旋卧式搅拌机的螺旋将物料推送至活化搅拌机后，进行强化搅拌，可充分保证物料的搅拌均匀性，同时在该过程中加入了减水剂和胶凝材料，减水剂的加入可减少胶凝材料的加入量，进一步增加所得浆料B的流动性，最终通过控制浆料B的含固量以及流动指标，利用活塞式工艺泵可实现长距离的管道输送，将浆料B输送至指定养护区域，通过本发明的工艺即可实现连续化处理，又可以保证在处理过程中不出现二次污染的问题。
对于大型重金属矿业和重金属冶炼企业来说，每天都有大量的重金属废渣处理，通常都将形成大量的堆积，对环境产生巨大的影响，而采用本发明的工艺，可以源源不断的对这重金属废渣进行处理，避免了重金属废渣的堆积，具有重大的污染治理意义。
本发明还包括以下优选方案：
优选的方案中，重金属废渣的粒径≤16mm。
优选的方案中，电石渣中的活性氧化钙的含量为10～60wt％。作为进一步的优选，电石渣中的活性氧化钙的含量为35～45％。作为更进一步的优选，电石渣的中活性氧化钙的含量为35～39％。
优选的方案中，电石渣的粒径≤2mm。
优选的方案中，所述电石渣按重金属废渣质量的2～10wt％加入。
作为进一步的优选，所述电石渣按重金属废渣质量的3～5wt％加入。
电石渣为电石水解获取乙炔气体后的废渣，由于具有强碱性，被列为第II类一般工业固体废物，在本发明中，利用电石渣的强碱性特征促使重金属转换为碳酸盐和氢氧化物沉淀，同时电石渣在后续经胶凝材料的固化后能达到环保的要求，因而采用电石渣与重金属稳定剂配合即能达到稳定化的目的，同时后续电石渣自身也得到了固化，使本发明实现了以废治废的目的。
优选的方案中，所述重金属稳定剂为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸二氢铵中的至少一种。作为进一步的优选，所述重金属稳定剂为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵中的至少一种。作为更进一步的优选，所述重金属稳定剂为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠中的一种。
优选的方案中，所述重金属稳定剂在含重金属稳定剂的溶液中的质量分数为0.01～2％。作为进一步的优选，所述重金属稳定剂在含重金属稳定剂的溶液中的质量分数为0.01～0.02％。
在本发明中，在物料混合过程中不直接加水，而是将重金属稳定剂配成低浓度溶液，相当于利用含重金属稳定剂的溶液对整个物料的含固量进行调整，这样可以使重金属稳定剂能够最大程度的与重金属废渣进行接触混合，实现更好的稳定化效果，同时又简化了工艺流程。
优选的方案中，重金属稳定剂的加入量按重金属废渣质量的0.5～10wt％。作为优选，重金属稳定剂的加入量按重金属废渣质量的1～3wt％。作为更进一步的优选，重金属稳定剂的加入量按重金属废渣质量的2.5～3wt％。
优选的方案中，双螺旋卧式搅拌机的转速为30～300r/min，搅拌时间为30s～3min。作为优选，双螺旋卧式搅拌机的转速为130～200r/min，搅拌时间为45s～1.2min。
优选的方案中，双螺旋卧式搅拌机的生产能力为30～500t/h。
在本发明中，搅拌机的搅拌时间是指物料颗粒从一个搅拌机中进料至出料的时间。
优选的方案中，所述减水剂为木质素磺酸盐。
在本发明中，采用早强型减水剂，它可以提高固化体的早期强度，减少水泥用量，提高浆体的流动性能。
优选的方案中，所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.5～1.0wt％。作为更进一步的优选，所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.5～0.8wt％。
优选的方案中，所述胶凝材料选自水泥、粉煤灰、活性矿渣中的一种。
在本发明中，胶凝材料可以选用廉价的粉煤灰及活性矿渣，粉煤灰及活性矿渣具有潜在胶凝性能，需要碱性物质激化，而在前期添加的电石渣正好可以激化这些具有潜在胶凝性能的物质。
优选的方案中，所述胶凝材料加入量为重金属废渣质量的5～20wt％。作为优选，所述胶凝材料加入量为重金属废渣质量的9～15wt％。
优选的方案中，所述活化搅拌机的转速为80～300r/min，搅拌时间为30s～2min。作为进一步的优选，所述活化搅拌机的转速在220～270r/min，搅拌时间为1～1.5min.
优选的方案中，活化搅拌机的生产能力为30～500t/h。
优选的方案中，所述浆料B的含固量为65～72％，泌水率为1.8～3.5％，塌落度为23.5～26.5cm。
作为进一步的优选，所述浆料B的含固量为65～72％，泌水率为2.5～3.5％，塌落度为25～26.5cm。
优选的方案，所述活塞式工业泵出口压力为5～35Mpa，泵送能力在15～200m3/h，输送管路直径为100～300mm。
在实际操作过程中，管路末端设有布料管及截止阀，可以对不同方向进行布料。
本发明的有益效果
本发明提供的工艺流程中，对重金属进行稳定化反应时采用工业废弃物电石渣对重金属废渣pH进行调整，其有效成分活性氧化钙对重金属有比较明显的稳定化效果，这样可以降低重金属稳定剂的添加量，本发明采用早强型减水剂，可以提高料浆的流动性，同时可以降低胶凝材料的使用量，从而降低原材料的成本。
本发明将重金属稳定剂配取为溶液后使用，不直接加入水，可使得其与重金属反应更均匀和充分，同时利用重金属稳定剂溶液对物料的质量浓度进行调整，使得工艺流程更加简单。
本发明利用双螺旋卧式搅拌机本身自带的特殊结构及有效的缓冲时间，达到了边进料边出料的效果，保证了工艺的连续性，此外，配制好的浆体在管道输送过程中会进一步混合，相当于强化搅拌的作用，缩短了实际处理时间，另外浆体在密闭管道中输送不会对环境造成二次污染。
附图说明
图1为本发明处理工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明，但不受这些实施例的限制。
实施例1
南方某冶炼厂产生的重金属废渣，外观为灰黑色，夹杂部分土壤、石块、沙粒等杂物，主要金属污染因子为Pb、Cd、Zn、Mn，其中Pb的平均含量2210mg/kg，Cd平均含量123mg/kg，Zn平均含量2323mg/kg，Mn的平均含量521mg/kg。
将重金属废渣破碎后，过筛16mm筛，取筛下物，与电石渣及含磷酸二氢钠的溶液按一定计量比例加入到双螺旋卧式搅拌机中搅拌均匀获得浆体A；搅拌时间为1min，搅拌转速为150r/min,
所述电石渣的加入量按重金属废渣质量的5％加入，所述含磷酸二氢钠的溶液中，磷酸二氢钠的质量分数为0.01％，磷酸二氢钠的加入量按重金属废渣质量的3％加入。
浆体A搅拌完成后卸料至活化搅拌机中，同时添加木质素磺酸盐早强型减水剂及水泥，搅拌均匀，获得浆体B，搅拌时间为1.2min，搅拌转速为250r/min,
浆体B卸料至活塞式工业泵通过管路输送到指定区域进行养护堆存，养护时间为7天；所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.5％，所述水泥的加入量为重金属废渣质量的10％，控制浆体B的含固量为65％，泌水率为3.2％，塌落度为26cm。
以上工艺中，电石渣含水率为1.1％，活性氧化钙的含量在37％；所用水泥为425型普通硅酸盐水泥，双螺旋卧式搅拌机的型号为KW2000，生产能力为80t/h；活化搅拌机的型号为BHS，生产能力为100t/h，
活塞式工业泵型号为HBT60/10-75S，输送管内径为120mm，输送距离可达1500m。
按以上工艺处理，重金属废渣处理能力为80-100t/h。养护7天后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后重金属Pb：未检出，Cd：0.021mg/L，Zn：未检出，Mn：0.051mg/L。
对比例1
其余条件与实施例1相同，仅仅改变磷酸二氢钠的加入形式，即磷酸二氢钠以干粉形式添加，后面单独添加水对浆体A的质量浓度进行调整。在后续工业参数相同情况下，养护7天后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后重金属Pb：0.675mg/L，Cd：0.854mg/L，Zn：1.285mg/L，Mn：0.078mg/L。
实施例2
某铜矿尾矿库产生的重金属废渣，外观为灰色，粒径在1mm内，主要金属污染因子为Pb、Cu、Zn、Ni，其中Pb的平均含量870mg/kg，Cu平均含量1023mg/kg，Zn平均含量753mg/kg，Ni的平均含量821mg/kg。
将上述重金属废渣与电石渣及含磷酸二氢钠的溶液按一定计量比例加入到双螺旋卧式搅拌机中搅拌均匀获得浆体A；搅拌时间为45s，搅拌转速为200r/min，
所述电石渣的加入量按重金属废渣质量的4％加入，所述含磷酸二氢钠的溶液中，磷酸二氢钠的质量分数为0.02％，加入量按重金属废渣质量的3％加入。
浆体A搅拌完成后卸料至活化搅拌机中，同时添加木质素磺酸盐早强型减水剂及水泥，搅拌均匀获得浆体B，搅拌时间为1.5min，搅拌转速为220r/min，浆体B卸料至活塞式工业泵通过管路输送到指定区域进行养护堆存，养护时间为7天；所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.7％，所述水泥的加入量为重金属废渣质量的9％，控制浆体B的含固量为72％，泌水率为2.5％，塌落度为25cm。
以上工艺中，电石渣含水率为0.5％，活性氧化钙的含量在35％；所用水泥为425型普通硅酸盐水泥，双螺旋卧式搅拌机的型号为KW2000，生产能力为150t/h；活化搅拌机的型号为BHS，生产能力为150t/h，活塞式工业泵型号为HBT120/10-95S，输送管内径为150mm，输送距离可达2000m。
按以上工艺处理，重金属废渣处理能力为130-150t/h。养护7天后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后重金属Pb：未检出，Cu：0.012mg/L，Zn：未检出，Ni：0.021mg/L。
对比例2
其余条件与实施例2相同，仅仅改变电石渣的加入量，电石渣的用料按重金属废渣质量的1％加入，养护7天后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后重金属Pb：4.321mg/L，Cd：5.587mg/L，Zn：2.25mg/L，Mn：0.325mg/L。
实施例3
采用实施例1相同的重金属废渣。将重金属废渣破碎后，过筛16mm筛，取筛下物，与电石渣及含磷酸二氢钾的溶液按一定计量比例加入到双螺旋卧式搅拌机中搅拌均匀获得浆体A；搅拌时间为1min，搅拌转速为150r/min,
所述电石渣的加入量按重金属废渣质量的3％加入，所述含磷酸二氢钾的溶液中，磷酸二氢钾的质量分数为0.01％，重金属稳定剂的加入量按重金属废渣质量的2.5％加入。
浆体A搅拌完成后卸料至活化搅拌机中，同时添加木质素磺酸盐早强型减水剂及粉煤灰，搅拌均匀获得浆体B，搅拌时间为1min，搅拌转速为270r/min，浆体B卸料至活塞式工业泵通过管路输送到指定区域进行养护堆存，养护时间为7天；所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.8％，所述粉煤灰的加入量为重金属废渣质量的15％，控制浆体B的含固量为68％，泌水率为3.5％，塌落度为26.5cm。
以上工艺中，电石渣含水率为1.1％，活性氧化钙的含量在37％，双螺旋卧式搅拌机的型号为KW2000，生产能力为150t/h；活化搅拌机的型号为BHS，生产能力为150t/h，
活塞式工业泵型号为HBT200/10-105S，输送管内径为120mm，输送距离可达1700m。
按以上工艺处理，重金属废渣处理能力为120-150t/h。养护7天后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后重金属Pb：0.125mg/L，Cd：0.011mg/L，Zn：0.355mg/L，Mn：0.023mg/L。
对比例3
其余条件与实施例3相同，仅仅改变料浆B的流动性参数，料浆B的质量浓度为55％，泌水率为9.5％，塌落度为29.5cm，养护7天后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后重金属Pb：2.251mg/L，Cd：2.352mg/L，Zn：1.856mg/L，Mn：0.536mg/L。
实施例4
采用实施例1相同的重金属废渣。将重金属废渣破碎后，过筛16mm筛，取筛下物，与电石渣及含磷酸二氢铵的溶液按一定计量比例加入到双螺旋卧式搅拌机中搅拌均匀获得浆体A；搅拌时间为1.2min，搅拌转速为130r/min,
所述电石渣的加入量按重金属废渣质量的2.5％加入，所述含磷酸二氢铵的溶液中，磷酸二氢铵的质量分数为0.01％，加入量按重金属废渣质量的2％加入。
浆体A搅拌完成后卸料至活化搅拌机中，同时添加木质素磺酸盐早强型减水剂及活性炉渣，搅拌均匀获得浆体B，搅拌时间为1.5min，搅拌转速为230r/min，浆体B卸料至活塞式工业泵通过管路输送到指定区域进行养护堆存，养护时间为7天；所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的1％，所述活性炉渣的加入量为重金属废渣质量的13％，控制浆体B的含固量为72％，泌水率为1.8％，塌落度为23.5cm。
以上工艺中，电石渣含水率为0.8％，活性氧化钙的含量在39％，双螺旋卧式搅拌机的型号为KW2000，生产能力为80t/h；活化搅拌机的型号为BHS，生产能力为100t/h，
活塞式工业泵型号为HBT60/10-75S，输送管内径为120mm，输送距离可达1000m。
按以上工艺处理，重金属废渣处理能力为60-80t/h。养护7天后，土壤重金属按照HJ557-2007方法浸出，处理后重金属Pb：0.087mg/L，Cd：0.031mg/L，Zn：0.024mg/L，Mn：0.051mg/L。
对比例4
其余条件与实施例4相同，仅仅改变减水剂的加入量，减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.4％，结果浆体B的含固量为72％，泌水率为1.5％，塌落度为18.5cm。采用活塞式工业泵型号为HBT60/10-75S，输送管内径为120mm，输送距离只能达到700m。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情下，不经创造性的设计出与该技术方法具有相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将重金属废渣、电石渣、含重金属稳定剂的溶液加入至双螺旋卧式搅拌机中搅拌均匀获得浆料A，浆料A由双螺旋卧式搅拌机推送至活化搅拌机，同时加入减水剂及胶凝材料，搅拌均匀获得浆料B，将浆料B卸料至活塞式工业泵，再通过管路输送至养护区域；
所述浆料B的含固量为35～78％，泌水率为3～5％，塌落度为15～28cm。
2.根据权利要求1所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：所述浆料B的含固量为65～72％，泌水率为1.8～3.5％，塌落度为23.5～26.5cm。
3.根据权利要求1所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：重金属废渣的粒径≤16mm；
电石渣中的活性氧化钙的含量为10～60％；电石渣的粒径≤2mm，所述电石渣按重金属废渣质量的2～10wt％加入。
4.根据权利要求3所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：
所述电石渣中的活性氧化钙的含量为35～45％；所述电石渣按重金属废渣质量的3～5wt％加入。
5.根据权利要求1所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：
所述重金属稳定剂为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钙、磷酸二氢铵中的至少一种；所述重金属稳定剂在含重金属稳定剂的溶液中的质量分数为0.01～2％，重金属稳定剂的加入量按重金属废渣质量的0.5～10wt％。
6.根据权利要求5所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：
所述重金属稳定剂为磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢铵中的至少一种；所述重金属稳定剂在含重金属稳定剂的溶液中的质量分数为0.01～0.02％；
所述重金属稳定剂的加入量按重金属废渣质量的1～3wt％。
7.根据权利要求1所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：所述双螺旋卧式搅拌机的转速为30～300r/min，搅拌时间为0.5～3min，双螺旋卧式搅拌机的生产能力为30～500t/h；
所述活化搅拌机的转速为80～300r/min，搅拌时间为0.5～2min；活化搅拌机的生产能力为30～500t/h；
所述活塞式工业泵出口压力为5～35Mpa，泵送能力在15～200m3/h，输送管路直径为100～300mm。
8.根据权利要求1所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：所述双螺旋卧式搅拌机的转速为130～200r/min，搅拌时间为45s～1.2min；
所述活化搅拌机的转速在220～270r/min，搅拌时间为1～1.5min。
9.根据权利要求1所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐；所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.5～2％；
所述胶凝材料选自水泥、粉煤灰、活性矿渣中的一种；所述胶凝材料加入量为重金属废渣质量的5～20％。
10.根据权利要求1所述的一种重金属废渣的稳定固化连续处理工艺，其特征在于：所述减水剂的加入量为重金属废渣质量的0.5～1％；所述胶凝材料加入量为重金属废渣质量的9～15wt％。
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