CN110038875A - 一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法 - Google Patents

一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110038875A
CN110038875A CN201910284255.8A CN201910284255A CN110038875A CN 110038875 A CN110038875 A CN 110038875A CN 201910284255 A CN201910284255 A CN 201910284255A CN 110038875 A CN110038875 A CN 110038875A
Authority
CN
China
Prior art keywords
waste
red mud
nickel
spinelle
iron oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910284255.8A
Other languages
English (en)
Inventor
苏敏华
刘泽权
廖长忠
刘承帅
陈迪云
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou University
Original Assignee
Guangzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou University filed Critical Guangzhou University
Priority to CN201910284255.8A priority Critical patent/CN110038875A/zh
Publication of CN110038875A publication Critical patent/CN110038875A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/20—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste
    • B09B3/25—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste using mineral binders or matrix
    • B09B3/29—Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste using mineral binders or matrix involving a melting or softening step

Abstract

本发明提供了一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，所述方法包括以下步骤：(1)测定赤泥中氧化铁的含量；(2)按照重量比将含金属镍的废弃物与赤泥粉碎混合干燥后进一步分散均匀，得到废弃物与赤泥混合物；(3)将步骤(2)得到的混合物压制成型；(4)将步骤(3)压制成型的样品在900‑1100℃煅烧。本发明利用工业废物赤泥可持续地掺入废弃物中的金属镍，采用低温热处理工艺可以将危险废物转化为化学性质稳定且抗酸性高的结晶产品，使得含金属镍的废弃物易于管理，降低在环境中的风险；再利用赤泥，不仅能改善减少废物对环境的危害，还能废物回收利用；本发明方法所得产品在酸性环境中，抗浸出性能好，消耗能量小成本低。

Description

一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法
技术领域
本申请属于废弃物中重金属污染物处理领域，具体涉及一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法。
背景技术
迅速发展的工业化导致越来越多的重金属被释放到环境中。重金属污染成为一个严重的环境问题，因为其与有机物质不同，重金属是不可生物降解的，并且会经过转化，并在生态系统中积累。除了造成严重的环境问题外，重金属的大量释放还与致命性疾病的发病率增加息息相关。如果这些富含重金属的废料没有得到适当的处理，这些富含重金属的废料会对环境，公共卫生和经济产生不利影响。许多城市和农业地区被重金属污染的土壤和水体对农业生产甚至人类健康产生不利影响。此外，同时含多种重金属的废物和废水通常会导致综合毒性。因此，需要开发可靠的处理重金属污染的方法来帮助解决这些环境污染问题。
现有技术已经研究了吸附剂和水泥对有毒金属的固定作用，以及处理后的产品的浸出性能。处理重金属的常用方法包括固化/稳定化技术和玻璃化技术。固化/稳定化技术可以通过水合矿物互锁框架的包裹，将危险废物转化为化学性质稳定的固体。对含重金属废物的处理主要有固化/稳定化处理和资源化利用两条途径。在许多情况下，例如在酸性环境中，固化/稳定化技术中使用的吸附和烧结工艺所得产物在抗浸出方面的效果相对较差。此外，玻璃化技术通常需要消耗巨大的能量，将会耗费巨大的能耗，不经济。
中国专利公开号CN108543517A发明了赤泥和碳源的混合料进行隔氧煅烧，得到赤泥基铁碳材料，再利用赤泥基铁碳材料去除废水中的重金属离子，该发明还需要引入大量的碳源，耗费更多的资源，同时只适合去除水中的重金属，而对固体废物中的重金属不适用。中国专利公开号CN105801046A发明了一种由水泥固化剂、稳定化助剂、吸附剂、稳定剂组成处理剂，将含镉废渣稳定固化成含镉废渣固化体，再将含镉废渣固化体填埋，但是其固化使用药剂产品多，处理工艺复杂，适用性不强。中国专利公开号CN102560124介绍了一种回转窑进行重金属固废无害化资源化，该法实现废水、废渣的零排放，资源的循环与综合利用，但是其工艺过程易产生二次污染；中国专利公开号CN104475431A介绍了一种高毒废渣的稳定化固化方法，该法用药剂稳定化和包覆、固化作用等对汞、砷、铬、镉、氰化物高毒危险废物进行了稳定化固化。但其需要进行多次包覆固化，工艺繁杂难以大量应用于工程实际当中。另外，此法可能在酸性条件下被渗滤液侵蚀，存在二次污染的风险。中国专利公开号CN101824543介绍重金属废物的硫化处理以及其中有价金属回收的方法，该法采用硫化法结合高压、高温、浮选等工艺对有价金属进行硫化回收，也用于重金属废渣的硫化稳定化处理，实现重金属废渣的无害化、资源化处置，但是存在重金属回收不完全、成本太高等问题。中国专利CN101747902A介绍了以工业废弃物为主原料的绿色环保土壤固化剂及其使用方法，该固化剂使用的工业废弃物包括粉煤灰，高炉矿渣或硅微粉，含量为40～70％，另外添加预糊化淀粉10～30％，聚丙烯酸钠10～30％。该固化剂可以固化土壤并能种植绿化植物，但对重金属的固化效果不佳，酸性条件下，重金属重新溶出。由于废渣物相结构复杂、有价金属含量偏低，综合回收和资源化利用的技术难度较大，所以常用稳定化/固化处理得到的固化体受到外界不稳定因素影响后会造成包容体破裂，导致废物中有毒物质重新渗滤出来。因此，有必要开发一种对金属废物有效的稳定化处理方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)测定赤泥中氧化铁的含量；
(2)按照重量比将含金属镍的废弃物与赤泥粉碎混合干燥后进一步分散均匀，得到废弃物与赤泥混合物；
(3)将步骤(2)得到的混合物压制成型；
(4)将步骤(3)压制成型的样品在900-1100℃煅烧。
本发明利用工业废物赤泥可持续地掺入废弃物中的金属镍，采用低温热处理工艺可以将危险废物转化为化学性质稳定且抗酸性高的结晶产品，使得含金属镍的废弃物易于管理，降低在环境中的风险；再利用赤泥，不仅能改善减少废物对环境的危害，还能废物回收利用；本发明方法所得产品在酸性环境中，抗浸出性能好，消耗能量小成本低。
优选地，步骤(4)中煅烧的温度为1100℃，煅烧的时间为3小时。
优选地，步骤(4)中煅烧的温度升降速度为10℃/min。
发明人经过反复实验发现，当烧结温度为1100℃时，烧结时间短，有利于节约能源降低成本。
优选地，废弃物中包括氧化镍、氢氧化镍或者单质镍。
优选地，所述废弃物中包含的氧化镍(NiO)的含量不超过所述赤泥中氧化铁重量的15％。
优选地，步骤(2)中干燥的温度为105℃，干燥的时间为24h。
优选地，步骤(2)中废弃物与赤泥粉碎混合的方法为：废弃物与赤泥在60rpm条件下球磨机中磨18h。
优选地，步骤(1)测定赤泥中氧化铁含量前将赤泥在120℃下烘干10h。
优选地，步骤(3)中压制成型的压力为250MPa，成型样品粒径为
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，本发明的方法具有以下优点：
(1)本方法所用原料来自于铝精炼过程中遗留下来的废料，即赤泥，使得废赤泥作为稳定含金属镍的废弃物的一种可行的资源化利用方法，实现废物利用；
(2)本发明通过赤泥和含金属镍的废弃物烧结，废弃物中的所有的金属(氧化镍、氢氧化镍或者单质镍)都能以晶相结合到尖晶石晶格中，形成化学性质稳定且抗酸性高的结晶产品，且由于其良好的耐酸性，强大的尖晶石可以限制有毒金属的流动性，使得本发明所得烧结产物具有很好的抗浸出性能；
(3)本发明优化了最佳的赤泥与废弃物的投加比例和最佳的条件，使最大化利用赤泥，并且生成稳定性好的固化产物，使得稳定后产品可以制成砖/瓦用于建筑目的，或者更安全地设置在垃圾填埋场中；
(4)本发明工艺简单，只需要使用丰富的常见的低成本工业废物赤泥，通过简单的烧结方法，即可有效地将含金属镍的废弃物与赤泥烧结成尖晶石，显著降低将金属废物在环境中的流动性。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
图2为本发明实施例的方法达到的终产物的XRD图.
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将来自铝提炼厂的赤泥(主要含Fe2O3和Al2O3)在120℃下烘干10h备用。
作为本发明实施例的一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)利用XRF光谱分析测定赤泥所含组分，确定赤泥中氧化铁的含量；
(2)按照重量比例，将含NiO的废弃物和干燥后的赤泥混合，并用球磨机在60rpm条件下球磨18h，将球磨完后的样品混合物在105℃烘干24h，然后用玛瑙研钵研磨10min，进一步均化；
(3)将以上所得样品在250MPa压力下压成φ20mm的粒料；
(4)在温度为1100℃，温度升降速度为10℃/min条件下煅烧3h；
其中，NiO和干燥后的赤泥中氧化铁的重量比为10％。
实施例2
作为本发明实施例的一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，本实施例与实施例1的区别为：NiO和干燥后的赤泥中氧化铁的重量比为15％。
实施例3
作为本发明实施例的一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，本实施例与实施例1的区别为：NiO和干燥后的赤泥中氧化铁的重量比为5％。
对比例1
将来自铝提炼厂的赤泥(主要含Fe2O3和Al2O3)在120℃下烘干10h备用。
作为本发明对比例的一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)利用XRF光谱分析测定赤泥所含组分，确定赤泥中氧化铁的含量；
(2)按照重量比例，将NiO和干燥后的赤泥混合，并用球磨机在60rpm条件下球磨18h，将球磨完后的样品混合物在105℃烘干24h，然后用玛瑙研钵研磨10min，进一步均化；
(3)将以上所得样品在250MPa压力下压成φ20mm的粒料；
(4)在温度为900℃，温度升降速度为10℃/min条件下煅烧18h以上；
其中，NiO和干燥后的赤泥中氧化铁的重量比为15％。
对比例2
作为本发明对比例的一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，本实施例与实施例1的区别为：NiO和干燥后的赤泥中氧化铁的重量比为20％。
对比例3
作为本发明对比例的一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，本实施例与实施例1的区别为：NiO和干燥后的赤泥中氧化铁的重量比为25％。
实验例1
将实施例1-实施例3、对比例1-3得到的产品研磨成粉末，并使用X射线粉末衍射仪记录每个粉末样品的XRD图。
如图2所示，通过实施例1-3和对比例2-3的结果表明，在1100℃中煅烧3h的样品中，在低NiO投加量煅烧产物的XRD图中NiO的衍射信号均没有出现。然而，在高NiO投加量的样品中，可以观察到NiO的衍射信号。因此，为了确保镍完全掺赤泥中，废弃物中NiO的含量不应超过赤泥中的氧化铁重量的15％。这表明利用赤泥和NiO煅烧，NiO可以有效地掺入尖晶石相中，从而达到Ni解毒的目的。
通过比较实施例2和对比例1的结果表明，当煅烧温度为900℃时，即使增加煅烧NiO与赤泥的煅烧时间也不能将NiO完全转化为Ni-Fe尖晶石，而当温度为1100℃时，3h后NiO的峰型信号即完全消失，表明NiO完全转化为Ni-Fe尖晶石，因此煅烧温度提高到1100℃能快速提高NiO转化为Ni-Fe尖晶石的效率，煅烧时间短节约能源。
实验例2
以氧化镍作为对照，对实施例2得到的终产物(Ni-Fe尖晶石)经标准毒性浸出法(TCLP)进行浸出实验。
浸出实验的结果如表1所示，实施例2得到的终产物的浸出液中的镍的浓度低于氧化镍浸出液中镍的浓度，说明本发明方法能有效地稳定废弃物中金属镍，方法得到的终产物具有其良好的耐酸性和抗浸出性能。
表1.未被稳定化的氧化镍和所形成的镍-铁尖晶石经标准毒性浸出法(TCLP)浸出后在浸出液(2号浸出液，初始pH＝2.9)中的镍浓度。
浸出时间 第10天 第26天
氧化镍，mg/L 23 63
镍铁尖晶石，mg/L 19 26
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)测定赤泥中氧化铁的含量；
(2)按照重量比将含金属镍的废弃物与赤泥粉碎混合干燥后进一步分散均匀，得到废弃物与赤泥混合物；
(3)将步骤(2)得到的混合物压制成型；
(4)将步骤(3)压制成型的样品在900-1100℃煅烧。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中煅烧的温度为1100℃，煅烧的时间为3小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废弃物中包括氧化镍、氢氧化镍或者单质镍。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述废弃物中包含的氧化镍的含量不超过所述赤泥中氧化铁重量的15％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中干燥的温度为105℃，干燥的时间为24h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中废弃物与赤泥粉碎混合的方法为：废弃物与赤泥在60rpm条件下球磨机中磨18h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)测定赤泥中氧化铁含量前将赤泥在120℃下烘干10h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中压制成型的压力为250MPa，成型样品粒径为
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中煅烧的温度升降速度为10℃/min。
CN201910284255.8A 2019-04-09 2019-04-09 一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法 Pending CN110038875A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910284255.8A CN110038875A (zh) 2019-04-09 2019-04-09 一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910284255.8A CN110038875A (zh) 2019-04-09 2019-04-09 一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110038875A true CN110038875A (zh) 2019-07-23

Family

ID=67276482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910284255.8A Pending CN110038875A (zh) 2019-04-09 2019-04-09 一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属镍的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110038875A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5916123A (en) * 1990-03-16 1999-06-29 Sevenson Environmental Services, Inc. Fixation and stabilization of metals in contaminated soils and materials
AU2004100541A4 (en) * 2004-07-07 2004-08-05 Ecosus Pty Ltd Method For Treating and Soluble Heavy Metal Concentrates at Source
CN101050076A (zh) * 2007-05-17 2007-10-10 张涉 一种城市垃圾焚烧炉飞灰稳定及资源化利用的方法
CN101942562A (zh) * 2010-04-26 2011-01-12 张夫道 一项主要重金属尾矿无害化处理技术
CN104108947A (zh) * 2014-07-18 2014-10-22 中国科学院过程工程研究所 一种镍钼矿选冶尾矿闭合型多孔材料及其制备方法
CN107381993A (zh) * 2017-09-05 2017-11-24 常州大学 一种利用钢铁厂酸洗含铁污泥高温固化电镀污泥的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5916123A (en) * 1990-03-16 1999-06-29 Sevenson Environmental Services, Inc. Fixation and stabilization of metals in contaminated soils and materials
AU2004100541A4 (en) * 2004-07-07 2004-08-05 Ecosus Pty Ltd Method For Treating and Soluble Heavy Metal Concentrates at Source
CN101050076A (zh) * 2007-05-17 2007-10-10 张涉 一种城市垃圾焚烧炉飞灰稳定及资源化利用的方法
CN101942562A (zh) * 2010-04-26 2011-01-12 张夫道 一项主要重金属尾矿无害化处理技术
CN104108947A (zh) * 2014-07-18 2014-10-22 中国科学院过程工程研究所 一种镍钼矿选冶尾矿闭合型多孔材料及其制备方法
CN107381993A (zh) * 2017-09-05 2017-11-24 常州大学 一种利用钢铁厂酸洗含铁污泥高温固化电镀污泥的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINHUA SU ET AL.: "Evaluation on the stabilization of Zn/Ni/Cu in spinel forms: Low-cost red mud as an effective precursor", 《ENVIRONMENTAL POLLUTION》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Comprehensive utilization status of red mud in China: A critical review
Dontriros et al. Mechanisms of chloride and sulfate removal from municipal-solid-waste-incineration fly ash (MSWI FA): Effect of acid-base solutions
He et al. Hazard-free treatment and resource utilisation of electrolytic manganese residue: A review
Papandreou et al. Copper and cadmium adsorption on pellets made from fired coal fly ash
Lu et al. Leaching of metals from cement under simulated environmental conditions
Zhou et al. Reductive solidification/stabilization of chromate in municipal solid waste incineration fly ash by ascorbic acid and blast furnace slag
Lan et al. A novel method for solidification/stabilization of Cd (II), Hg (II), Cu (II), and Zn (II) by activated electrolytic manganese slag
Ledesma et al. The role of pH on leaching of heavy metals and chlorides from electric arc furnace dust in cement-based mortars
Wang et al. Sustainable stabilization/solidification of the Pb, Zn, and Cd contaminated soil by red mud-derived binders
Gupta et al. Investigation of characteristics and leaching behavior of coal fly ash, coal fly ash bricks and clay bricks
Lan et al. Electrolytic manganese residue-based cement for manganese ore pit backfilling: performance and mechanism
CN102218428A (zh) 砷渣的治理方法
Min et al. Comparison of arsenic immobilization properties among calcium silicate hydrate, ettringite, and friedel's salt in a slag‐based binder
Chen et al. In-situ stabilization/solidification of lead/zinc mine tailings by cemented paste backfill modified with low-carbon bentonite alternative
Lan et al. Mechanochemical modification of electrolytic manganese residue: Ammonium nitrogen recycling, heavy metal solidification, and baking-free brick preparation
CN109575880A (zh) 一种利用垃圾飞灰制备ⅰ型融雪剂的方法
Han Industrial solid waste recycling in western China
WO2016108245A1 (en) Process for complete conversion of multiple industrial wastes to sustainable alternatives and usable products
Li et al. The enhancement effect of pre-reduction using zero-valent iron on the solidification of chromite ore processing residue by blast furnace slag and calcium hydroxide
CN110026410A (zh) 一种通过尖晶石的生成稳定废弃物中金属锌的方法
CN110668466B (zh) 一种电解锰渣无害化处理方法
Wang et al. Summary of research progress on separation and extraction of valuable metals from Bayer red mud
Sun et al. Iron-calcium reinforced solidification of arsenic alkali residue in geopolymer composite: Wide pH stabilization and its mechanism
Chen et al. Uranium stabilization in red mud by sintering: Mechanism and leachability
Li et al. Progress in comprehensive utilization of electrolytic manganese residue: a review

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190723

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication