CN110090850A - 一种以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，流程按照砷铁渣：水泥：添加剂＝100：15～25：1～3的质量百分比混合。将混合料与水充分搅拌混匀，得到的料浆倒入模具，震荡成型，自然养护24小时后脱模；脱模后的固化体在室温下自然养护15～45天即可。本发明提供的以腐殖酸为添加剂水泥固化砷铁渣的方法，具有工艺简单、操作方便、砷渣固化效率高、处理成本低、试剂无毒等优势，在节约成本的同时可达到显著的社会环境效应。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属冶炼废弃物处理技术领域，尤其涉及一种水泥固化砷铁渣的方法。
背景技术
有色金属冶炼是高能耗、高污染行业，中国有色金属产量已连续6年稳居世界第一。其中，铜的产量仅次于铝，在有色金属工业中占有重要地位。全球精铜产量自2011年至2017年呈增长趋势，铜产量的持续增长给行业污染物的总量减排带来严峻挑战。
在铜冶炼过程中，由于燃料的燃烧、气体对物料的携带作用以及高温下金属的挥发和氧化等物理化学作用会产生大量的烟尘。这些烟尘富含大量有价金属元素，同时还含有砷等有害物质。若将其直接返回配矿将导致铅、锌以及砷杂质在铜冶炼系统中不断循环富集，容易引起炉况恶化、炉子处理能力下降等问题。特别是砷的富集，将导致制酸催化剂中毒，从而影响硫酸生产和二氧化硫达标排放。若对其采用堆存方式，由于物料中大部分砷为可溶的As2O3、As2S3，对堆存场地要求高，且存在发生严重环保事故的隐患。因此，有必要对该类物质进行处理，以消除对环境的不利影响。
在我国，按照国家标准，要求除砷后水溶液中的残余砷浓度不得高于0.5mg/L，固砷安全性则由毒性浸出实验(TCLP)进行评价，要求其浸出液砷浓度小于5mg/L。目前，对铜冶炼含砷物料浸出液中砷的脱除，只有钙盐沉淀法和铁盐沉淀法能较好的满足上述要求。对于酸度高的含砷溶液，钙盐沉淀法会使得渣量太大，后续处理量大。而铁离子与可溶性砷能够形成难溶化合物，其中最稳定的砷酸铁晶型为臭葱石。但是，目前的工艺从含砷溶液中很难一步得到晶型稳定的臭葱石。一般需对生成的砷酸铁沉淀进行转型或水泥固化等无害化处理。砷酸铁转型是将不太稳定的砷酸铁沉淀，通过添加化学药剂转变成物理和化学性质上更加稳定的晶型，从而降低有害元素砷的溶出迁移。但是，该方法目前还未能彻底实现砷的稳定化。水泥固化是利用水泥将危险废渣制备成具有一定硬度的固化体，从而达到降低废渣中有害元素溶出的目的。但是，目前国内水泥固化技术存在较大缺陷，一方面水泥添加量较大，增容比较大；另一方面需对水泥固化后的固化体进行涂层处理才可对其进行安全堆存。
专利CN201110110218.9提出了一种含砷废渣固化体及其制备方法，采用的是在含砷废料中加入固化剂和处理剂来降低砷废渣中砷的浸出率。这种固化剂是工业废渣和石灰的混合物，处理剂是硅灰、超细粉煤灰、电石渣等。这种方法固化效果好，但是仅针对低浓度砷渣，且成本高。专利CN201410464161.6提出了一种高砷泥渣无害化固化砖制备方法，采用高砷泥渣中加入工业废渣、砷螯合剂、固化料等来降低泥渣中砷的浸出率。这种砷螯合剂是有机硫高分子化合物、有机胺高分子化合物中的一种或几种混合物，固化料是水泥、胶凝材料、固化激发剂的混合物。这种方式得到的高砷泥渣无害化固化砖的力学性能优异，砷的溶出率低。但是，其处理过程复杂，尤其是制备固化砖的材料种类多，成本高。《含砷废渣安全处置技术研究》中提到了一种水泥加稳定剂固化砷渣的方法。这种方法用到的稳定剂是硫化钠，其最佳工艺条件是按质量百分比砷渣：水泥：稳定剂＝100：20：2，水灰比1.5，养护28天后砷的TCLP浸出浓度为3～4mg/L。该方法通过硫化钠稳定重金属离子，使得到的固化体经毒性浸出测试，砷的浸出浓度低于国家限值。但是稳定剂硫化钠本身具有腐蚀性，且容易水解生成有毒的硫化氢气体。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种工艺简单、成本低、水泥固化增容比低以、固砷效果显著、不会带来额外污染的以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，其特征在于：以腐殖酸为添加剂，按以下步骤进行，
1)将砷铁渣、水泥、添加剂按100：15～25：1～3的质量百分比混合，并搅拌均匀；
2)将混合料与水充分搅拌混匀，得到的料浆倒入模具，震荡成型，自然养护24小时后脱模；
3)脱模后的固化体自然养护15～45天即可。
在步骤2)中，自然养护的温度为室温25℃。
在步骤3)中，固化脱模后的自然养护15～45d的养护温度为室温25℃。
进一步地，所述砷铁渣为铜冶炼含砷烟尘酸浸液铁盐沉砷渣，其含砷量为1％～32％。
进一步地，所述混合料的粒度为90％过100目筛。
所述水泥为普通常用的硅酸盐水泥。
本发明的有益效果为：第一，腐殖酸含有大量的羧基、羟基、醌基、甲氧基等官能团，具有良好的交换、吸附、络合以及螯合功能。因此，本发明采用在水泥固化砷铁渣中加入添加剂腐殖酸，通过物理包裹和化学吸附相结合的方式，使得到的砷渣固化体能够稳定堆存；同时，由于腐殖酸是一种天然有机高分子化合物，因此不会带入额外的污染问题；
第二，本发明方法步骤简单，且采用的固砷物料为硅酸盐水泥和添加剂腐殖酸，价格低廉、试剂无毒；经过固化处理后的产物进行毒性浸出实验(TCLP)，结果表明浸出液中砷等有害元素的浸出浓度低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB 5085.3-2007》中所规定的限值，可对其进行堆存、填埋，在节约成本的同时可达到显著的社会环境效应。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合图1通过具体实施例对本发明做进一步说明：
本发明采用的原料来自青海省某铜冶炼厂的含砷烟尘浸出液的铁盐沉砷渣，通过化学元素分析检测来确定砷渣中砷及其他有害元素含量。
毒性浸出实验(TCLP)，按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法HJT299-2007》的规定，将所制备的砷渣固化体破碎到可以过9.5mm孔筛后，加入到备好的浸提剂中。固液比1:10，翻滚式震荡18±2小时后，过滤并收集浸出液，检测浸出液中砷的浓度。
实施例1，本实施例中砷渣具体为铜冶炼烟尘的酸性浸出液的铁盐沉砷渣，沉砷渣的主要成分为：Cu 0.57％，As 31.36％，Fe 23.49％，Zn 0.45％，Cd 0.31％，按以下步骤进行：
(1)按砷渣：硅酸盐水泥：腐殖酸＝100：15：1的重量百分比，取水泥、砷渣和腐殖酸粉磨后过100目筛，混匀。将混合料跟水充分搅拌后，倒入模具，充分震荡。室温自然养护24小时，脱模；
(2)将脱模后的固化体，室温条件下自然养护15d；
(3)对所得砷渣的固化体进行毒性浸出测试，检测As等离子的浸出浓度，按照GB5085.3-2007危险废物鉴别标准进行相关毒性物质溶出浓度的分析，结果如表1所示。
表1水泥固化后毒性浸出实验各离子浓度
实施例2，本实施例中砷渣为实施例1中的砷渣，方法按以下步骤进行：
(1)按砷渣：硅酸盐水泥：腐殖酸＝100：25：2的重量百分比，取水泥、砷渣和腐殖酸粉磨后过100目筛，混匀。将混合料跟水充分搅拌后，倒入模具，充分震荡。室温条件下自然养护24小时，脱模。
(2)将脱模后的固化体，室温条件下自然养护20d；
(3)对所得砷渣的固化体进行毒性浸出测试，检测As等离子的浸出浓度，按照GB5085.3-2007危险废物鉴别标准进行相关毒性物质溶出浓度的分析，结果如表2所示。
表2水泥固化后毒性浸出实验各离子浓度
实施例3，本实施例中砷渣具体为铜冶炼烟尘的酸性浸出液的铁盐沉砷渣，沉砷渣的主要成分为：Cu 0.03％，As 16.48％，Fe 16.3％，Zn 1.01％，Cd 0.45％。方法按如下步骤进行：
(1)按砷渣：硅酸盐水泥：腐殖酸＝100：20：3的重量百分比，取水泥、砷渣和腐殖酸粉磨后过100目筛，混匀。将混合料跟水充分搅拌后，倒入模具，充分震荡。室温条件下自然养护24小时，脱模。
(2)将脱模后的固化体，室温条件下自然养护25天；
(3)对所得砷渣的固化体进行毒性浸出测试，检测As等离子的浸出浓度，按照GB5085.3-2007危险废物鉴别标准进行相关毒性物质溶出浓度的分析，结果如表1所示。
表3水泥固化后毒性浸出实验各离子浓度
实施例4，本实施例中砷渣具体为铜冶炼烟尘的酸性浸出液的铁盐沉砷渣，沉砷渣的主要成分为：Cu 0.06％，As 1.48％，Fe 12.3％，Zn 3.01％，Cd 0.15％。方法按如下步骤进行：
(1)按砷渣：硅酸盐水泥：腐殖酸＝100：15：2的重量百分比，取水泥、砷渣和腐殖酸粉磨后过100目筛，混匀。将混合料跟水充分搅拌后，倒入模具，充分震荡。室温条件下自然养护24小时，脱模。
(2)将脱模后的固化体，室温条件下自然养护45d；
(3)对所得砷渣的固化体进行毒性浸出测试，检测As等离子的浸出浓度，按照GB5085.3-2007危险废物鉴别标准进行相关毒性物质溶出浓度的分析，结果如表4所示。
表4水泥固化后毒性浸出实验各离子浓度
对比例1，本对比例中砷渣为实施例1中的砷渣。对所得砷渣进行毒性浸出测试，检测As等离子的浸出浓度，按照GB5085.3-2007危险废物鉴别标准进行相关毒性物质溶出浓度的分析，结果如表5所示。
表5水泥固化后毒性浸出实验各离子浓度
本实施例中沉淀渣毒性浸出As的浓度为102.31mg/L，不可直接堆存，需对沉淀渣进行无害化处理。
对比例2，本对比例中砷渣为实施例1中沉砷渣，按以下步骤进行：
(1)按砷渣：硅酸盐水泥：腐殖酸＝100：25：0的重量百分比，即不添加腐殖酸，取水泥、砷渣粉磨后过100目筛，混匀。将混合料跟水充分搅拌后，倒入模具，充分震荡。室温条件下自然养护24小时，脱模。
(2)将脱模后的固化体，室温条件下自然养护15d；
(3)对所得砷渣的固化体进行毒性浸出测试，检测As等离子的浸出浓度，按照GB5085.3-2007危险废物鉴别标准进行相关毒性物质溶出浓度的分析，结果如表6所示。
表6水泥固化后毒性浸出实验各离子浓度
可以看出，砷的溶出浓度已高于国家标准的限值，且其它各离子的溶出浓度也很接近规定的限值，因此仅靠水泥固化对砷渣的物理包裹作用很难将有害元素完全固定。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (6)
1.一种以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，其特征在于：以腐殖酸为添加剂，按以下步骤进行，
1)将砷铁渣、水泥、添加剂按100：15～25：1～3的质量百分比混合，并搅拌均匀；
2)将混合料与水充分搅拌混匀，得到的料浆倒入模具，震荡成型，自然养护24小时后脱模；
3)脱模后的固化体自然养护15～45天即可。
2.根据权利要求1所述的以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，其特征在于：在步骤2)中，自然养护的温度为室温25℃。
3.根据权利要求1所述的以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，其特征在于：在步骤3)中，固化脱模后的自然养护15～45d的养护温度为室温25℃。
4.根据权利要求1所述的以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，其特征在于：所述砷铁渣为铜冶炼含砷烟尘酸浸液铁盐沉砷渣，其含砷量为1％～32％。
5.根据权利要求1所述的以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，其特征在于：所述混合料的粒度为90％过100目筛。
6.根据权利要求1所述的以腐殖酸为添加剂的水泥固化砷铁渣方法，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥。
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