CN110194602B - 一种砷铁渣无害化处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种砷铁渣无害化处理的方法，包括以下步骤：将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵混合均匀，加入水搅拌后注入模具内成型，再养护、脱模。本发明优选的采用聚乙烯醇磷酸铵与水泥作为固化剂，二者协同作用，得到的砷渣固化体的稳定性更高，增容比更低。经过固化处理后的产物进行毒性浸出实验(TCLP)检测，结果表明浸出液中砷等有害元素的毒性浸出浓度远低于《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。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种砷铁渣的处理方法。
背景技术
处理含砷废液产生的硫化砷渣、砷酸钙渣和砷铁渣等沉淀渣具有砷含量高，污染严重的特点。长期以来，含砷固废大多采用囤积贮存/填埋的方法处理。然而，这些砷渣稳定性差，长期露天堆存/填埋，经生物迁移、雨雪冲刷、淋溶会释放出砷。如果渗入河流和土壤，将对生态环境造成严重危害。随着高浓度含砷废渣越积越多，对其进行无害化处理成为亟待解决的问题。
目前，对含砷固废的无害化处理主要为稳定化/固化技术。常用的稳定化技术是将不太稳定的含砷固废，通过添加化学药剂转变成物理和化学性质上更加稳定的物质，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。固化技术是指利用固化材料将危险废物转变成不可流动固体或形成紧密固体的过程。经过固化处理后的产物，其物理形态可以不借助容器而保持原有的外形，便于运输和贮存，同时减少了废物与环境接触的表面积，从而降低了有毒、有害组分渗漏的可能性。水泥固化因为具有材料易得、处理效果好、成本低廉的优势而得到了广泛的应用。但水泥固化也存在一些缺点，如：体积增容是水泥固化技术需解决的一个主要问题。此外，由于水泥固化仅是一个物理包裹的过程，存在固化体砷毒性浸出率高的问题。
中国专利201410464161.6中提出了一种高砷泥渣无害化固化砖制备方法，将高砷泥渣、工业废渣、砷螯合剂、固化料和水经轮碾搅拌、混合、压制成型，实现砷渣的无害化处理。这种砷螯合剂是有机硫高分子化合物和有机胺高分子化合物掺杂混制，固化料是水泥、特种胶凝材料、固化激发剂组成的混合物。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。中国专利201310469412.5中提到一种污酸渣无害化处理的方法，是将污酸渣与水泥、粉煤灰、矿渣、河沙以及添加剂三乙醇胺混合后，经过球磨、搅拌、浇筑、成型、养护成砷浸出浓度低的固化体。这种方法砷固化率好，以废治废，经济效益好。但是，这种方法使用的添加剂三乙醇胺在3类致癌物(对人类致癌性尚未归类)的清单中，对环境依然存在威胁。
因此，有必要提供一种成本低、固砷效果好、环保的砷渣无害化处理工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种砷铁渣无害化处理的方法，该方法采用的固化剂中包含聚乙烯醇磷酸铵，具有高效、环保、增容比低等优点。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种砷铁渣无害化处理的方法，包括以下步骤：将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵混合均匀(混合5-15min)，加入水搅拌15-30min后注入模具内成型，再养护、脱模。
上述砷铁渣无害化处理的方法中，优选的，所述砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比为1：(0.2-0.5)：(0.01-0.05)混合均匀。我们研究表明，砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵之间的配比关系对增容比和固砷效果有很大的影响。水泥用量太多，会导致增容比过大，水泥用量太少，固体强度不够且物理包裹性能不好。并且，聚乙烯醇磷酸铵需要与水泥协同作用，其与水泥之间的配比关系会直接影响到处理效果，需要精确控制。更优选的，所述砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比为1：(0.2-0.3)：(0.02-0.04)混合均匀。
上述砷铁渣无害化处理的方法中，优选的，加入水搅拌时控制水灰比(质量比)为(0.3-0.5)：1，其中，灰指水泥。水灰比影响固化体的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度，因而在组成材料给定的情况下，水灰比是决定强度、耐久性和其他一系列物理力学性能的主要参数。针对本发明中特定的水泥与聚乙烯醇磷酸铵混合固化剂，我们优选的水灰比可以发挥最佳的固化效果。
上述砷铁渣无害化处理的方法中，优选的，所述砷铁渣为铜冶炼含砷烟尘酸浸液铁盐沉砷渣。
上述砷铁渣无害化处理的方法中，优选的，所述水泥包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矾土水泥和沸石水泥中的一种或多种。更优选的为普通硅酸盐水泥。
上述砷铁渣无害化处理的方法中，优选的，所述砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵的粒度均控制为小于100目的比例占90％以上。我们优选的上述各物质的粒度利于水泥与聚乙烯醇磷酸铵固化作用的发挥。
上述砷铁渣无害化处理的方法中，优选的，所述成型包括浇注成型或压制成型。
水泥是一种常见的物理固化剂，传统水泥固化法只是利用水泥对砷渣的物理包裹来降低砷的溶出迁移，所有需要较多的水泥将砷渣充分的包裹才能实现，增容大。聚乙烯醇磷酸铵是一种高分子化合物，可以很容易的由聚乙烯醇、磷酸和尿素制得，含有大量的羟基和磷酸基团，可以对金属离子和含砷离子起到一定的化学吸附的作用，热稳定性、化学稳定性和水溶性好。本发明中利用水泥的物理包裹和聚乙烯醇磷酸铵的化学吸附相结合的作用，二者协同作用，得到的砷渣固化体的稳定性更高，且可以大大减小水泥的添加量，增容比更低。特别需要强调的是，本发明中首次发现利用聚乙烯醇磷酸铵处理砷铁渣的效果显著，本发明中优选的聚乙烯醇磷酸铵相比于其他的化学吸附剂，其与水泥协同作用效果明显，水泥和聚乙烯醇磷酸铵共同作用对砷渣的固定效果更好，增容比更低，砷的稳定性更好。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明优选的采用聚乙烯醇磷酸铵与水泥作为固化剂，二者协同作用，得到的砷渣固化体的稳定性更高，增容比更低。经过固化处理后的产物进行毒性浸出实验(TCLP)检测，结果表明浸出液中砷等有害元素的毒性浸出浓度远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085.3-2007》中所规定的限值，可对其进行堆存、填埋。
2、本发明中固化剂为水泥与聚乙烯醇磷酸铵，其二者均无毒易得，更加经济环保。
3、本发明中的操作方法简单、操作方便、物料用量少、成本低，具体广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中砷铁渣无害化处理的方法的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
如图1所示，一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣具体为铜冶炼烟尘酸浸液铁盐沉砷渣，砷铁渣中砷的含量为27.66％，经毒性浸出检测，砷的浸出浓度为88.96mg/L，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.2：0.01混合，采用机械搅拌方式充分搅拌5min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌15min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本实施例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为1.04mg/L，且固化体的增容比为1.28±0.1。
实施例2：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.5：0.02混合，采用机械搅拌方式充分搅拌15min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌25min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本实施例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为0.92mg/L，且固化体的增容比为1.68±0.1。
实施例3：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.5：0.05混合，采用机械搅拌方式充分搅拌5min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌20min，控制水灰比0.5；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本实施例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为0.36mg/L，且固化体的增容比为1.68±0.1。
实施例4：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.4：0.03混合，采用机械搅拌方式充分搅拌10min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌30min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本实施例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为0.48mg/L，且固化体的增容比为1.54±0.1。
实施例5：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.25：0.03混合，采用机械搅拌方式充分搅拌10min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌30min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本实施例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为0.36mg/L，且固化体的增容比为1.28±0.1。
实施例6：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣具体为铜冶炼烟尘酸浸液铁盐沉砷渣，砷渣中砷的含量为16.27％，经毒性浸出检测，砷的浸出浓度为79.94mg/L，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.3：0.01混合，采用机械搅拌方式充分搅拌5min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌15min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本实施例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为2.02mg/L，且固化体的增容比为1.41±0.1。
实施例7：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例5相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.5：0.01混合，采用机械搅拌方式充分搅拌15min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌15min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本实施例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)浸出浓度为1.21mg/L，且固化体的增容比为1.68±0.1。
对比例1：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣与水泥按质量比1：1混合，采用机械搅拌方式充分搅拌15min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌30min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本对比例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为11.23mg/L，且固化体的增容比为2.34±0.1。
对比例2：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣与水泥按质量比1：1.5混合，采用机械搅拌方式充分搅拌15min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌30min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本对比例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为7.46mg/L，且固化体的增容比为2.95±0.1。
对比例3：
一种砷铁渣无害化处理的方法，砷铁渣与实施例1相同，包括以下步骤：
(1)将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比1：0.1：0.005混合，采用机械搅拌方式充分搅拌5min；
(2)充分混匀后加入水，继续搅拌25min，控制水灰比0.3；
(3)搅拌均匀后注入模具，成型；待固化体成型后，先在室温下养护24h，脱模；再对脱模后的试体在室温下继续自然养护15天。
对本对比例中得到的固化体中的砷进行毒性浸出实验(TCLP)，浸出浓度为63.84mg/L，且固化体的增容比为1.14±0.1。
Claims (6)
1.一种砷铁渣无害化处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：将砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵混合均匀，加入水搅拌后注入模具内成型，再养护、脱模；所述砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵按质量比为1：（0.2-0.5）：（0.01-0.05）混合均匀。
2.根据权利要求1所述的砷铁渣无害化处理的方法，其特征在于，加入水搅拌时控制水灰比为（0.3-0.5）：1，其中，灰指水泥。
3.根据权利要求1或2所述的砷铁渣无害化处理的方法，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。
4.根据权利要求1或2所述的砷铁渣无害化处理的方法，其特征在于，所述水泥包括普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矾土水泥和沸石水泥中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2所述的砷铁渣无害化处理的方法，其特征在于，所述砷铁渣、水泥与聚乙烯醇磷酸铵的粒度均控制为小于100目的比例占90%以上。
6.根据权利要求1或2所述的砷铁渣无害化处理的方法，其特征在于，所述成型包括浇注成型或压制成型。
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