CN111167829A - 一种电解锰渣固化处理方法 - Google Patents

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侯浩波
张鹏举
张俊权
李维
罗洁儿
张肖
普泽艳
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Zhaoqing Wuda Institute Of Environmental Technology
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09BDISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B3/00Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • B09B3/20Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste
    • B09B3/25Agglomeration, binding or encapsulation of solid waste using mineral binders or matrix

Abstract

本发明提供一种电解锰渣固化处理方法,该方法可实现电解锰渣中重金属的固结以及提高固结后的抗压强度;包括向电解锰渣中加水搅拌后,然后再加入一定量的软土固化剂进行搅拌,搅拌均匀后密封、静置反应相应时间,利用万能试验机制备成一定形状的试块,然后将试块在一定的养护条件下养护,即可得到固结材料,所述的软土固化剂包括水泥熟料、矿粉、粉煤灰、表面活性剂。本发明利用软土固化剂将电解锰进行有效固结,使得其抗压强度及重金属浸出浓度均满足公路道路基层填料标准,在实现对电解锰渣中的重金属进行有效固结外,还能提高固结材料的抗压强度,可有效将电解锰物料进行道路基层高耗量资源化消纳,可有效降低电解锰废渣对矿山环境的污染。

Description

一种电解锰渣固化处理方法
技术领域
本发明涉及环保技术领域,尤其是一种电解锰渣固化处理方法。
背景技术
锰是我国国民经济的重要物资和战略资源之一。随着国家经济建设的高速发展,锰的需求量增加,促使电解锰产业快速发展。目前我国有131家电解锰企业,产能达到290万吨/年,实际产量达115万吨/年,产能和产量均占世界的98%以上。电解锰生产行业作为典型的湿法冶金行业,在快速发展的同时也对环境产生了严重的危害,其中电解锰渣对环境的污染尤为突出。
作为全球最大的电解锰生产国,我国锰资源的迅速开采导致了大量电解锰渣的产生。在当前技术开采条件下,对矿石品位为13~15%的碳酸锰资源,生产1吨电解锰时约产生8-10吨电解锰渣,我国每年排放的电解锰渣量近千万吨,历年累积的堆存量达7000多万吨。电解锰渣中除含有大量的SiO2、CaSO4、Al2O3、MgO、Fe2O3等无机矿物外,还赋存有一定量的氨氮以及Mn、Ag、Cr、Co、Ni、Se等。当矿石品位降低时,产生电解锰渣更多。电解锰渣因其产生量大、粒度较细、成分复杂、含有多种硫酸盐及重金属污染物,对周边水体、土壤及环境产生极大污染及威胁,尤其是锰污染,在污染环境的同时对资源造成一定程度的流失及浪费。因此,在不影响生态环境的前提下,如何将电解锰渣进行资源化保护及利用成为当今政府环保部门及企业关注的重点。
目前,电解锰渣的资源化利用研究主要包括回收有价金属、生产建筑材料、制肥料等方面。事实上,在电解锰渣有价元素回收方面,由于渣中残存的贵重金属资源含量有限,即使把它们全部回收,对于渣量的减量化影响也是微乎其微的,甚至有大量增加的可能。在电解锰渣生产建材方面,由于渣中含有大量可溶性的硫酸盐,会破坏建筑材料结构,产生严重的泛霜、脱皮等现象。在电解锰渣制肥料方面,虽然诸多研究表明其制肥料是可行的,但是未能解决作物、土壤重金属累积对生物体的长期作用影响,电解锰渣的肥料利用具有一定生态风险。因此,在电解锰渣资源化前景不明,利用难度大的背景下,渣库堆存仍是电解锰渣处理的首要选择。要实现电解锰渣的安全堆存必须进行无害化处理,其处理的关键是渣中可溶性锰以及伴生重金属离子砷、汞、硒、铬和氨氮的稳定化控制。因此,电解锰渣须经固化/稳定化处理方可堆存。
所谓电解锰渣固化,主要是指电解锰渣中添加一定胶凝材料后,将其中重金属元素进行有效固结,实现重金属元素固化/稳定化,电解锰中重金属元素被有效固结,从而降低对环境的污染。电解锰渣的资源化路径形式多式多样,主要有用作路基材料、生产建筑材料(水泥、免烧砖)、陶瓷、玻璃以及二次回收其中有价成分及元素等。
CN104690080A中公开了以磷酸二氢钠、氧化钙、氧化镁和聚丙烯酰胺为药剂处理电解锰渣的方法。CN104307849A中公开了以生石灰、草木灰、粉煤灰和六偏磷酸钠为药剂固化电解锰渣。CN102161048A中公开了以生石灰粉、硅酸盐、树脂磺酸盐和氯化铁为处理药剂进行电解锰渣处理。CN103286116A公开了一种以氧化钙和磷酸钠为药剂无害化处理电解锰渣的方法。在上述所公开专利中,大多只进行了其重金属浸出浓度探索,所添加药剂较多,总体用量偏高,另外均未涉及到电解锰渣固化后所得固结体强度,因此,提高固化后的强度对于费矿物材料的应用具有长远的意义。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种电解锰渣固化处理方法,本发明提供的方法能够提高电解锰渣的固化后抗压强度,以实现电解锰渣的资源化利用。
本发明的技术方案为:一种电解锰渣固化处理方法,所述的方法包括向电解锰渣中加水搅拌后,然后再加入一定量的软土固化剂进行搅拌,搅拌均匀后密封、静置反应相应时间,利用万能试验机制备成一定形状的试块,然后将试块在一定的养护条件下养护,即可得到固结材料。
优选的,所述的软土固化剂包括以下质量分数的组分:
水泥熟料15%~30%;
矿粉20%~55%;
粉煤灰25%~40%;
表面活性剂1%~10%;
各个组分的重量百分比之和为100%。
优选的,所述的电解锰渣的的含水量低于20%,粒径小于2.5mm。
优选的,向所述的电解锰渣加入的水为固结材料的质量的10-30%。
优选的,向所述的电解锰渣加入的软土固化剂为固结材料的质量的1-10%。
更优选的,所述的软土固化剂中,所述的水泥熟料为软土固化剂质量的20-30%。
更优选的,所述的软土固化剂中,所述的矿粉为软土固化剂质量的30-55%。
更优选的,所述的软土固化剂中,所述的粉煤灰为软土固化剂质量的30-40%。
更优选的,所述的软土固化剂中,所述的表面活性剂的量为软土固化剂质量的3-5%。
优选的,所述的软土固化剂中,所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、烷基葡糖苷(APG)、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦(司盘)、聚山梨酯(吐温)中的一种或多种复合。
优选的,加入的水为蒸馏水、去离子水或自来水。
优选的,所述的试块置于养护箱内进行自然养护,试块养护条件为:湿度90±2%,温度20±2℃。
优选的,所述试块的养护时间为7-28天,养护后的固结材料无侧限抗压强度大于3.5MPa。
本发明的有益效果为:
1、本发明利用软土固化剂将电解锰进行有效固结,使得其抗压强度及重金属浸出浓度均满足公路道路基层填料标准,在实现对电解锰渣中的重金属进行有效固结外,还能提高固结材料的抗压强度,可有效将电解锰物料进行道路基层高耗量资源化消纳,可有效降低电解锰废渣对矿山环境的污染;
2、本发明通过将电解锰物料固结后用于路基填料,不仅实现废物利用,而且还进一步避免了电解锰对环境造成的污染,以及对土地的占用,解决了费矿物的堆放等难题;
3、本发明通过固化利用,实现资源化利用,能有效降低传统材料的消耗,节约自然资源,并且能有效保护环境,减低能源消耗。
4、本发明的电解锰物料固结后,经过28天的养护,其无侧限抗压强度5.2MPa,高于快速公路及主干道7天抗压强度参考值3.0Mpa,其毒性浸出结果低于《GB 8978-1996》标准限值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明:
实施例1
取广西壮族自治区某锰矿选矿场的电解锰渣作为待处理的废矿渣,其主要元素组成如表1所示:
表1电解锰渣元素组成(XRF)
实施例2
一种电解锰渣固化处理方法,所述的方法包括以下步骤:
(1)将实施例1的电解锰进行晾晒处理,直到其含水率小于19%,利用颚式破碎机将晾晒后电解锰渣破碎至粒度小于2.5mm;经测试,电解锰渣含水率为12.09%,磷石膏含水率为18.04%;
(2)依据物料配比,称取一定量4000g电解锰渣和520g水,进行均匀搅拌;
(3)搅拌结束后,再称取200g固化剂加入到上述物料中,继续进行均匀搅拌,其中,水泥熟料占固化剂质量的20%,矿粉占固化剂质量的45%,粉煤灰占固化剂质量的30%,十二烷基苯磺酸钠占固化剂质量的2%,烷基葡糖苷(APG)占固化剂质量的3%。
(4)搅拌结束后,将搅拌后所得物料进行30分钟密封,防止混合物料中水分的蒸发;
(5)准确称取192g步骤(3)中所得混合物料,放置于试块模型中;利用板抗压力机制备出5*5cm圆柱形试块;
(6)将所得5*5cm圆柱形试块在养护箱中进行不等天数养护后进行无侧限抗压强度测试,并进行重金属浸出毒性测试,固化的电解锰渣经《HJ 557-2010》方法进行浸出后进行重金属浸出浓度测试。
经测试,试块经过不同天数养护后,所得试块无侧限抗压强度如表2所示:
表2不同养护天数所得试块无侧限抗压强度
养护天数/天 7 14 28
无侧限抗压强度/MPa 3.5 4.4 5.2
由表2可知,软土固化剂稳定混合料在7天抗压强度为3.5MPa,高于快速公路及主干道7天抗压强度参考值3.0MPa。
经测试,试块进行28天养护,进行重金属浸出后,其毒性浸出结果低于《GB 8978-1996》标准限值。
实施例3
(1)将实施例1的电解锰进行晾晒处理,直到其含水率小于18%,利用颚式破碎机将晾晒后电解锰渣破碎至粒度小于2.5mm;经测试,电解锰渣含水率为12.09%,磷石膏含水率为18.04%;
(2)依据物料配比,称取一定量4000g电解锰渣和520g水,进行均匀搅拌;
(3)搅拌结束后,再称取120g固化剂加入到上述物料中,继续进行均匀搅拌,其中,水泥熟料占固化剂质量的30%,矿粉占固化剂质量的35%,粉煤灰占固化剂质量的30%,聚山梨酯(吐温)占固化剂质量的5%。
(4)搅拌结束后,将搅拌后所得物料进行30分钟密封,防止混合物料中水分的蒸发;
(5)准确称取192g步骤(3)中所得混合物料,放置于试块模型中;利用板抗压力机制备出5*5cm圆柱形试块;
(6)将所得5*5cm圆柱形试块在养护箱中进行不等天数养护后进行无侧限抗压强度测试,并进行重金属浸出毒性测试,固化的电解锰渣经《HJ 557-2010》方法进行浸出后进行重金属浸出浓度测试。
经测试,试块经过不同天数养护后,所得试块无侧限抗压强度如表2所示:
表3不同养护天数所得试块无侧限抗压强度
养护天数/天 7 14 28
无侧限抗压强度/MPa 3.2 3.9 5.0
由表3可知,软土固化剂稳定混合料在7天抗压强度为3.5MPa,高于快速公路及主干道7天抗压强度参考值3.0MPa。
经测试,试块进行28天养护,进行重金属浸出后,其毒性浸出结果低于《GB 8978-1996》标准限值。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于,所述的方法可实现电解锰渣中重金属的固结以及提高固结后的抗压强度;
所述的方法包括向电解锰渣中加水搅拌后,然后再加入一定量的软土固化剂进行搅拌,搅拌均匀后密封、静置反应相应时间,利用万能试验机制备成一定形状的试块,然后将试块在一定的养护条件下养护,即可得到固结材料,其中,所述的软土固化剂包括以下质量分数的组分:
水泥熟料15%~30%;
矿粉20%~55%;
粉煤灰25%~40%;
表面活性剂1%~10%;
各个组分的重量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:所述的电解锰渣的含水量低于20%,粒径小于2.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:向所述的电解锰渣中加入的水的量为固结材料的质量的10-30%。
4.根据权利要求3所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:向所述的电解锰渣中加入的水为蒸馏水、去离子水或自来水。
5.根据权利要求1所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:向所述的电解锰渣中加入的软土固化剂的量为固结材料的质量的1-10%。
6.根据权利要求1所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:所述的软土固化剂中,所述的水泥熟料的量为软土固化剂质量的20-30%,所述的矿粉的量为软土固化剂质量的30-55%;
7.根据权利要求1所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:所述的软土固化剂中,所述的粉煤灰的量为软土固化剂质量的30-40%,所述的表面活性剂的量为软土固化剂质量的3-5%。
8.根据权利要求1所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:所述的软土固化剂中,所述表面活性剂为硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、卵磷脂、烷基葡糖苷APG、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或多种复合。
9.根据权利要求1所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:所述的试块置于养护箱内进行自然养护,试块养护条件为:湿度90±2%,温度20±2℃。
10.根据权利要求9所述的一种电解锰渣固化处理方法,其特征在于:所述试块的养护时间为7-28天,养护后的固结材料无侧限抗压强度大于3.5MPa。
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