CN109622563B - 一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，以预处理的浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠为原料，加入含砷废渣，充分混合得到混合物，将该混合物进行高温熔融处理，冷却后得到玻璃化固化体。所述浮选尾矿的预处理步骤包括用浮选的方法对浮选尾矿进行脱硫、脱铁操作，使尾矿中的硫含量低于0.5％，铁含量低于0.5％；将脱硫、脱铁后的浮选尾矿进行脱水、干燥，使尾矿含水量低于5％。利用本发明得到的玻璃化固化体经毒性浸出实验，满足危废填埋入场要求，能够直接进行安全填埋。本发明的方法原料来源广泛、价格低廉，技术路线简单，浸出渣指标稳定，便于产业化实施，实现了以废治废的目的。
Description
技术领域
本发明属于危险固体废弃物固化安全处理技术领域，具体涉及一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法。
背景技术
在有色金属冶炼过程中，砷是不可避免的主要污染物，主要原因是由于绝大多数的有色金属矿物以硫化物形式存在，而砷主要以硫化物的形式伴生或共生于中。在冶炼过程中，砷主要以烟尘的形式从系统中开路，处理含砷烟尘的过程会产生大量的含砷沉淀渣、尾渣等。此外，这些含砷尾渣一般还含有铜、铅、铬、汞等重金属离子，属于危险固体废弃物，必须严格按照危废处理处置标准进行妥善处置。
稳定化/固化技术是处理危险废物的重要手段，是危险废物处理和处置中的一项重要技术，在危险废物区域性集中管理系统中占重要地位。通过把有害的废物固定在一种惰性的不透水的基质中，可将有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物理和化学特性比较稳定的物质。固化技术稳定废物成分的机理是废物和固结剂间的化学键合力、固结剂对废物的物理包容、固结剂水合产物对废物的吸附等共同作用，使废物转变为不可流动固体或形成紧密固体，改变废物的渗透性、可压缩性和强度。危险废物经过固化处理后可达到减轻或消除其自身危害性，能安全地运输，并能方便地进行最终处置。
含砷废物经过固化处理后，达到降低、减轻或消除其自身危害性的作用，满足《危险废物填埋污染控制标准》中“允许进入填埋区控制限制”后进行填埋处置。
目前国内外常用的稳定化/固化技术有以下几种：水泥固化、有机聚合物固化、塑性材料固化和熔融固化，这几种方法各有利弊。
1、水泥基、石灰基固化
以水泥、石灰、粉煤灰等廉价原料，在外加水分的水化反应下生成凝胶，形成固结体，对砷、以及其他重金属进行包裹。该方法具有机械设备费低廉，对某些废物稳定化效果较好的优点，但存在长期稳定性问题，以及固化后增容效果明显的缺点。
2、热塑性有机物固化
以热塑性原料为固化剂与有害物质按一定的配料比，并加入适量的催化剂和填料(骨料)进行搅拌混合，使其共聚合固化而将有害废物包容形成具有一定强度和稳定性的固化体。最具代表性的是沥青固化。利用其发生的皂化反应，使有害物质包容在沥青固化体中，固化体具有优良的防水性能、良好的黏结性和化学稳定性，对大多数酸、碱都有较高的耐腐蚀性。但因物料需要在高温下操作，其操作安全性相对较差，设备的投资费用与运行费用比水泥固化和石灰固化法高。
3、熔融固化
熔融固化技术又称玻璃化固化技术，此法是将待处理的固体废弃物与玻璃粉充分混合，在高温条件下熔融形成玻璃态，借助玻璃态冷却物的致密结构确保固化体的永久稳定性。以玻璃原料为固化剂，将其与有害物质以一定的配料比混合后，在高温(900～1200℃)下熔融，经退火后即可转化为稳定的玻璃固化体。目前较普遍采用的是磷酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃。玻璃固化的优点是固化体结构致密，在水、酸性、碱性水溶液中的沥滤率很低，减容系数大。其缺点在于工艺复杂，处理费用昂贵，设备材质要求高。
以上各种方法综合来看，玻璃化固化无论从固化后增容效果、毒性浸出率等指标来看，都具有比较好的效果。但由于原料成分比较高，限制了该方法的采用。
在矿石的选矿研究中发现，很多金属矿石中的脉石矿物为长岩、斜长岩型、正长岩型矿物。比如选钼的尾矿中，含有大量的钠、硅、钙、镁等物相成分。而玻璃化固化的化学反应，就是将钠、硅、钙、镁等物相成分以一定的配比在一定温度下形成玻璃相的过程。
发明内容
本申请发明提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法。本发明能够实现低成本高效砷渣玻璃化固化，固化后砷渣浸出毒性合格，满足《危险废物填埋污染控制标准》(GB18598-2001)规定的填埋场进场填埋处置相关要求。
本发明提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，以预处理的浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠为原料，加入含砷废渣，充分混合得到混合物，将该混合物进行高温熔融处理，冷却后得到玻璃化固化体。
优选地，所述浮选尾矿的预处理步骤包括：
(1)用浮选的方法对浮选尾矿进行脱硫、脱铁操作，使尾矿中的硫含量低于0.5％，铁含量低于0.5％；
(2)将脱硫、脱铁后的浮选尾矿进行脱水、干燥，使尾矿含水量低于5％。
优选地，所述预处理的浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠先以质量比为40～100：0～30：0～20(优选为50～60：15～20：10～15)的比例混合(根据Ca、Si、Mg、Al等元素配比情况，废玻璃粉、碳酸钠有时可不添加)，得到固化料；然后将将含砷废渣与得到的固化料以1：10～10：1(优选为4：6～6：4)的质量比放入反应器，在10～50℃(优选为20～30℃)条件下充分混合，得到混合物。
优选地，将得到的混合物在800～1700℃的条件下熔融，然后在0～50℃(优选为10～20℃)条件下冷却得到玻璃化固化体。
优选地，所述的浮选矿尾矿为辉钼矿、锂辉石浮选尾矿。
优选地，所述含砷(含砷量0.001～99％)废渣为烟尘处理后的含砷废渣或水处理后的含砷废渣，属于危险固体废弃物。
优选地，所述烟尘处理后的含砷废渣为铜冶炼、铅冶炼、锡冶炼过程中产生的含砷烟尘经除烟尘后的含砷废渣。
优选地，所述废玻璃粉为回收的各类废旧玻璃,经粉碎、磨细至粒径15mm以下。
本发明具有的优点在于：
本发明提供的玻璃化固化的方法的原料来源广泛，几乎不需要采购成本，原料成本极低，实现了以废治废；本发明的处理方法简单，能够处理各类冶炼过程产生的含砷废渣；本发明能够实现对含砷废渣的无害化、减量化、稳定化处理。本发明由于能够提高玻璃固化体砷的富集度，与水泥固化等方式相比，能够有效地利用最终处理场地的有限的容积。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例,对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，包括以下几个步骤：
步骤一：准备方法所需的原料，包括含砷废渣、预处理的浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠。
以某铜冶炼企业铜冶炼烟尘净化后含砷废渣为原料，其主要元素组成如表1-1所示：
表1-1铜冶炼烟尘净化砷渣元素组成
| 元素名称 | As | S | Pb | Cd | Hg | Zn | Cu | F | H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> |
| 含量(％) | 19.90 | 35.96 | 1.56 | 0.05 | 0.10 | 2.1 | 3.21 | 0.21 | 1.0 |
以某钼矿浮选尾矿为原料，该浮选尾矿的主要元素组成如表1-2所示：
表1-2某钼矿浮选尾矿元素组成
| 元素名称 | WO<sub>3</sub> | SiO<sub>2</sub> | Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> | CaO | MgO | Cu | P | Fe |
| 含量(％) | 0.1 | 76.98 | 13.58 | 0.91 | 0.078 | 0.011 | 0.0038 | 0.55 |
该浮选尾矿的预处理过程包括：进行浮选脱硫、脱铁，得到的新的尾矿原料铁含量为0.12％(原料不含硫，浮选后尾矿未检出硫)；将预处理后的浮选尾矿在真空干燥箱中干燥至水分含量为3％，得到尾矿渣。
步骤二：物料混合
取经过干燥后的尾矿渣70g，取废玻璃粉20g，取碳酸钠10g，在室温(20-25℃)下混放入三头锅制样机震动三分钟得到固化料，再取含砷废渣100g与固化料一同加入制样机，震动混合三分钟，将混合物移入坩埚。
步骤三：熔融固化
(1)将坩埚送入马弗炉内，在1350℃且大气压下加热30分钟进行熔融。
(2)冷却熔体并回收玻璃固化体(为玻璃化固体颗粒)。
将制备得到的玻璃化固化体进行毒性浸出实验，结果见表1-3。
表1-3毒性浸出分析结果
| 元素名称 | As | Pb | Cd | Hg | Zn | Cu | F |
| 含量(mg/L) | 1.11 | 1.10 | 0.02 | 0.01 | 1.8 | 0.15 | 0.02 |
实施例2
本实施例提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，包括以下几个步骤：
步骤一：准备方法所需的原料，包括含砷废渣、浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠。
以国内某铅冶炼企业铅冶炼烟尘净化后含砷废渣为原料，其主要元素组成如表1-4所示：
表1-4铅冶炼烟尘净化砷渣元素组成
| 元素名称 | As | S | Pb | Cd | Hg | Zn | Cu | F | H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> |
| 含量(％) | 45.98 | 29.40 | 3.78 | 0.03 | 0.13 | 3.4 | 未检出 | 未检出 | 1.2 |
以某锂辉石尾矿为原料，该浮选尾矿的主要元素组成如表1-5所示：
表1-5锂辉石浮选尾矿元素组成
该浮选尾矿的预处理过程包括：进行浮选脱硫、脱铁，得到的新的尾矿原料含铁量为0.34％(原料不含硫，浮选后尾矿未检出硫)；将脱硫、脱铁后的尾矿在真空干燥箱中干燥至水分含量为3.2％，得到尾矿渣。
步骤二：物料混合
取经过干燥后的尾矿渣100g，碳酸钠10g，在室温(20-25℃)下混放入三头锅制样机震动三分钟得到固化料，取含砷废渣100g与固化料加入制样机，震动三分钟，再将混合物移入坩埚。
步骤三：熔融固化
(1)将坩埚送入马弗炉内，在1150℃且大气压下加热30分钟进行熔融。
(2)冷却熔体并回收玻璃固化体(为玻璃化固体颗粒)。
将制备得到的玻璃化固化体进行毒性浸出实验，结果见表1-6。
表1-6毒性浸出分析结果
| 元素名称 | As | Pb | Cd | Hg | Zn | Cu | F |
| 含量(mg/L) | 0.65 | 0.87 | 未检出 | 0.01 | 0.56 | 未检出 | 未检出 |
实施例3
本实施例提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，包括以下几个步骤：
步骤一：准备方法所需的原料，包括含砷废渣、浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠。
以国内某水处理后的含砷废渣为原料，含砷量为40％；
以某辉钼矿为浮选尾矿原料；
以工业纯碱为碳酸钠原料。
该浮选尾矿的预处理过程包括：进行浮选脱硫、脱铁，得到的新的尾矿原料含铁量为0.2％，含硫量0.3％；将脱硫、脱铁后的尾矿在真空干燥箱中干燥至水分含量为3％，得到尾矿渣。
步骤二：物料混合
取经过干燥后的尾矿渣40g，废玻璃粉15g，碳酸钠20g，在室温25℃下混放入三头锅制样机震动三分钟得到固化料，取含砷废渣75g与固化料加入制样机，震动三分钟，再将混合物移入坩埚。
步骤三：熔融固化
(1)将坩埚送入马弗炉内，在800℃且大气压下加热30分钟进行熔融。
(2)50℃冷却熔体并回收玻璃固化体(为玻璃化固体颗粒)。
实施例4
本实施例提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，包括以下几个步骤：
步骤一：准备方法所需的原料，包括含砷废渣、浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠。
以国内某水处理后的含砷废渣为原料，含砷量为20％；
以某辉钼矿为浮选尾矿原料；
以工业纯碱为碳酸钠原料。
该浮选尾矿的预处理过程包括：进行浮选脱硫、脱铁，得到的新的尾矿原料含铁量为0.1％，含硫量0.45％；将脱硫、脱铁后的尾矿在真空干燥箱中干燥至水分含量为2.3％，得到尾矿渣。
步骤二：物料混合
取经过干燥后的尾矿渣90g，废玻璃粉5g，碳酸钠5g，在室温25℃下混放入三头锅制样机震动三分钟得到固化料，取含砷废渣10g与固化料加入制样机，震动三分钟，再将混合物移入坩埚。
步骤三：熔融固化
(1)将坩埚送入马弗炉内，在900℃且大气压下加热30分钟进行熔融。
(2)0℃冷却熔体并回收玻璃固化体(为玻璃化固体颗粒)。
实施例5
本实施例提供一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，包括以下几个步骤：
步骤一：准备方法所需的原料，包括含砷废渣、浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠。
以国内某水处理后的含砷废渣为原料，含砷量为10％；
以某辉钼矿为浮选尾矿原料；
以工业纯碱为碳酸钠原料。
该浮选尾矿的预处理过程包括：进行浮选脱硫、脱铁，得到的新的尾矿原料含铁量为0.2％，含硫量0.2％；将脱硫、脱铁后的尾矿在真空干燥箱中干燥至水分含量为1％，得到尾矿渣。
步骤二：物料混合
取经过干燥后的尾矿渣90g，废玻璃粉5g，碳酸钠5g，在室温20℃下混放入三头锅制样机震动三分钟得到固化料，取含砷废渣1000g与固化料加入制样机，震动三分钟，再将混合物移入坩埚。
步骤三：熔融固化
(1)将坩埚送入马弗炉内，在1700℃且大气压下加热30分钟进行熔融。
(2)25℃冷却熔体并回收玻璃固化体(为玻璃化固体颗粒)。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，其特征在于：以预处理的浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠为原料，加入含砷废渣，充分混合得到混合物，将该混合物进行高温熔融处理，冷却后得到玻璃化固化体；
其中，所述浮选尾矿的预处理步骤包括：
(1)用浮选的方法对浮选尾矿进行脱硫、脱铁操作，使尾矿中的硫含量低于0.5％，铁含量低于0.5％；
(2)将脱硫、脱铁后的浮选尾矿进行脱水、干燥，使尾矿含水量低于5％；
所述预处理的浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠先以40～100：0～30：0～20的比例混合，得到固化料；然后将含砷废渣与得到的固化料以1：10～10：1的质量比放入反应器，在0～50℃条件下充分混合，得到混合物。
2.根据权利要求1所述的利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，其特征在于，
所述预处理的浮选尾矿、废玻璃粉、碳酸钠先以50～60：15～20：10～15的比例混合，得到固化料；然后将含砷废渣与得到的固化料以4：6～6：4的质量比放入反应器，在0～50℃条件下充分混合，得到混合物。
3.根据权利要求1或2所述的利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，其特征在于，将得到的混合物在800～1700℃的条件下熔融，然后在0～50℃条件下冷却得到玻璃化固化体。
4.根据权利要求1所述的利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，其特征在于，所述浮选尾矿为辉钼矿、锂辉石浮选尾矿。
5.根据权利要求1所述的利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，其特征在于，所述含砷废渣为烟尘处理后的含砷废渣或水处理后的含砷废渣,含砷量为0.001～99％。
6.根据权利要求5所述的利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，其特征在于，所述烟尘处理后的含砷废渣为铜冶炼、铅冶炼、锡冶炼过程中产生的含砷烟尘经除烟尘后的含砷废渣。
7.根据权利要求1所述的利用浮选尾矿对含砷废渣进行玻璃化固化的方法，其特征在于，所述废玻璃粉为回收的各类废旧玻璃，经粉碎、磨细至粒径15mm以下。
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