CN111018276A - 一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，属于重金属污染治理技术领域。本发明将硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉混合均匀得到混合物A；搅拌条件下，将混合物A加入到去离子水中混合均匀得到混合物B；将混合物B与含砷污泥搅拌混合均匀得到混合物C；将混合物C置于温度为40~50℃条件下老化1~3h，然后倒入模具中成型得到成型块，成型块脱模后自然养护7~28d。本发明中的高炉矿渣含有大量碱性氧化物，可大大增强含砷固化块的抗压强度，提高含砷污泥的稳定性，具有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，属于重金属污染治理技术领域。
背景技术
砷能形成高毒类化合物，砷可由呼吸道、皮肤和消化道被人体吸收，会引起神经衰弱综合征，多发性神经病和皮肤粘膜病变等，砷的无机化合物可引起肺癌和皮肤癌。对含砷废水进行处理后，砷等有害物质大多转移到污泥中，因此，对含砷污泥的安全处理与处置研究，有重要的现实意义。
目前含砷污泥的处理方法有湿法处理、火法处理和固化处理等多种方法。湿法处理能耗低、污染低、效率高，但操作步骤繁琐；火法处理工艺简单，生产稳定效率高，但会产生二次污染。所以含砷污泥最常使用的方法是固化。固化方法中常采用硅酸盐水泥法，但是此法成本较高，不利于企业大规模使用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，本发明高炉矿渣中具有大量碱性氧化物，可大大提高固化物的抗压强度，且适当添加高炉矿渣可以降低材料成本。其与硅酸盐水泥混合处理含砷污泥有很大的前景。
一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）分别将硅酸盐水泥和高炉矿渣进行研磨后过筛得到硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉；
（2）将步骤（1）硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉混合均匀得到混合物A；
（3）搅拌条件下，将步骤（2）混合物A加入到去离子水中混合均匀得到混合物B；
（4）将步骤（3）混合物B与含砷污泥搅拌混合均匀得到混合物C；
（5）将步骤（4）混合物C置于温度为40~50℃条件下老化1~3h，然后倒入模具中成型得到成型块，成型块脱模后自然养护7~28d。
所述步骤（2）硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉的质量比为4~5:1。
所述步骤（3）混合物A与去离子水的固液比g:mL为1:(0.4~0.5)。
所述步骤（4）含砷污泥和混合物B的质量比为1:(1~2)，含砷污泥中砷含量为105~136 mg/L。
硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的原理：硅酸盐水泥的主要成分为Ca和Si，高炉矿渣的主要成分也是Ca和Si。在硅酸盐水泥和高炉矿渣水化过程中，其中的Ca和Si会发生反应，形成C-S-H凝胶，这种凝胶具有致密结构，可以将污泥牢牢包裹住。同时，凝胶的形成致使固砷材料结构紧密、强度提高，可降低砷迁移能力和浸出毒性，起到稳定有害污染物的作用。
本发明的有益效果是：
本发明利用硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥，其利用高炉矿渣可以有效替代昂贵的硅酸盐水泥，且高炉矿渣属于冶金过程中的固体废弃物，广泛易得且起到了以废治废的作用。高炉矿渣中碱性化合物含量高，与硅酸盐水泥协同固化有很好的效果，可增强含砷污泥的稳定性，减少砷在环境中的扩散和危害。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例硅酸盐水泥取自某工厂，主要成分如表1所示；高炉矿渣来自某冶炼厂，主要成分如表2所示；含砷污泥来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间采用石灰中和沉淀法除去废水中的砷后得到的污泥，主要成分如表3所示；
表1 硅酸盐水泥成分
一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）分别将硅酸盐水泥和高炉矿渣进行研磨后过200目筛得到硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉；
（2）将步骤（1）硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉混合均匀得到混合物A；其中硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉的质量比为4:1；
（3）搅拌条件下，将步骤（2）混合物A加入到去离子水中混合均匀得到混合物B，其中混合物A与去离子水的固液比g:mL为1:0.4；
（4）将步骤（3）混合物B与含砷污泥搅拌混合均匀得到混合物C，含砷污泥和混合物B的质量比为1:2，含砷污泥中砷含量为105.0mg/L；；
（5）将步骤（4）混合物C置于温度为40℃条件下老化3h，然后倒入模具中成型得到成型块，成型块脱模后自然养护28d；
分别测试自然养护第7、14、28 d的固化块抗压强度和浸出毒性；
含砷固态物的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311-toxicityCharacterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表4，
表4 含砷固化块的抗压强度和毒性浸出结果
从表4可知，当硅酸盐水泥与高炉矿渣粉末的质量比g:g为4:1时，经自然养护7天、14天和28天的抗压强度分别为30.05 MPa、35.73 MPa、40.23 MPa，相较于文献中20 MPa来说，硅酸盐水泥协同高炉矿渣对含砷污泥具有良好的固化作用；砷离子的浸出浓度分别为2.081mg/L、1.907mg/L、1.848 mg/L，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5 mg/L，符合国家标准。
实施例2：本实施例硅酸盐水泥取自某工厂，主要成分如表5所示；高炉矿渣来自某冶炼厂，主要成分如表6所示；含砷污泥来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间采用石灰中和沉淀法除去废水中的砷后得到的污泥，主要成分如表7所示；
表5硅酸盐水泥成分
一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）分别将硅酸盐水泥和高炉矿渣进行研磨后过300目筛得到硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉；
（2）将步骤（1）硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉混合均匀得到混合物A；其中硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉的质量比为5:1；
（3）搅拌条件下，将步骤（2）混合物A加入到去离子水中混合均匀得到混合物B，其中混合物A与去离子水的固液比g:mL为1:0.5；
（4）将步骤（3）混合物B与含砷污泥搅拌混合均匀得到混合物C，含砷污泥和混合物B的质量比为1:1，含砷污泥中砷含量为136.0 mg/L；；
（5）将步骤（4）混合物C置于温度为50℃条件下老化1h，然后倒入模具中成型得到成型块，成型块脱模后自然养护28d；
分别测试自然养护第7、14、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；
含砷固化块的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311-toxicityCharacterisitic Leaching Procedure》方法进行，抗压强度及毒性测试结果见表8，
表8 含砷固化块的抗压强度和毒性浸出结果
从表8可知，当硅酸盐水泥与高炉矿渣粉末的质量比g:g为5:1时，经自然养护7天、14天和28天的抗压强度分别为35.61 MPa 、34.28 MPa、41.76 MPa，相较于文献中20 MPa来说，硅酸盐水泥协同高炉矿渣对含砷污泥具有良好的固化作用；砷离子的浸出浓度分别为1.981 mg/L、2.010 mg/L、1.727 mg/L，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5 mg/L，符合国家标准。
实施例3：本实施例硅酸盐水泥取自某工厂，主要成分如表9所示；高炉矿渣来自某冶炼厂，主要成分如表10所示；含砷污泥来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间采用石灰中和沉淀法除去废水中的砷后得到的污泥，主要成分如表11所示；
表9硅酸盐水泥成分
一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）分别将硅酸盐水泥和高炉矿渣进行研磨后过300目筛得到硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉；
（2）将步骤（1）硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉混合均匀得到混合物A；其中硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉的质量比为4.5:1；
（3）搅拌条件下，将步骤（2）混合物A加入到去离子水中混合均匀得到混合物B，其中混合物A与去离子水的固液比g:mL为1:0.45；
（4）将步骤（3）混合物B与含砷污泥搅拌混合均匀得到混合物C，含砷污泥和混合物B的质量比为1:1.5，含砷污泥中砷含量为120.7 mg/L；；
（5）将步骤（4）混合物C置于温度为45℃条件下老化2h，然后倒入模具中成型得到成型块，成型块脱模后自然养护28d；
分别测试自然养护第7、14、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；
含砷固化块的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311-toxicityCharacterisitic Leaching Procedure》方法进行，抗压强度及毒性测试结果见表12，
表12 含砷固化块的抗压强度和毒性浸出结果
从表12可知，当硅酸盐水泥与高炉矿渣粉末的质量比g:g为4.5:1时，经自然养护7天、14天和28天的抗压强度分别为36.41 MPa 、38.98 MPa、48.79 MPa，相较于文献中20 MPa来说，硅酸盐水泥协同高炉矿渣对含砷污泥具有良好的固化作用；砷离子的浸出浓度分别为1.931 mg/L、2.062 mg/L、1.751 mg/L，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5 mg/L，符合国家标准。
Claims (4)
1.一种硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）分别将硅酸盐水泥和高炉矿渣进行研磨后过筛得到硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉；
（2）将步骤（1）硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉混合均匀得到混合物A；
（3）搅拌条件下，将步骤（2）混合物A加入到去离子水中混合均匀得到混合物B；
（4）将步骤（3）混合物B与含砷污泥搅拌混合均匀得到混合物C；
（5）将步骤（4）混合物C置于温度为40~50℃条件下老化1~3h，然后倒入模具中成型得到成型块，成型块脱模后自然养护7~28d。
2.根据权利要求1所述硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，其特征在于：步骤（2）硅酸盐水泥粉和高炉矿渣粉的质量比为4~5:1。
3.根据权利要求1所述硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，其特征在于：步骤（3）混合物A与去离子水的固液比g:mL为1:(0.4~0.5)。
4.根据权利要求1所述硅酸盐水泥协同高炉矿渣固化含砷污泥的方法，其特征在于：步骤（4）含砷污泥和混合物B的质量比为1:(1~2)，含砷污泥中砷含量为105~136 mg/L。
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