CN111422943A - 一种重金属固定稳定化的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属固定稳定化的处理方法，属于环境保护工程技术领域，该方法是将废弃钢渣、磷酸盐、缓凝剂的混合物作为固定稳定剂，配合水协同处理重金属化合物，制得重金属固化体；本方法通过物理包裹、吸附和化学键合的三重作用固化重金属离子，其中重金属离子能够与处理材料形成难溶性产物，且形成的水化产物对重金属离子具有吸附固化作用，对于常见重金属离子具有优异的固化作用，显著降低重金属离子的溶出；该方法不仅固化稳定化重金属效果显著，同时能够有效再利用工业废渣，提高钢渣的综合利用率，为重金属污染的治理提供了新思路。
Description
技术领域
本发明涉及一种重金属固定稳定化的处理方法，属于环境保护工程技术领域。
背景技术
随着工业的不断发展，我国环境受到一定程度的污染，其中较为严重的是重金属污染。重金属是指比重大于5的金属，约有45种，其中包括铅、铜、铬和锌等。重金属离子一旦进入生态环境中，难以降解；一旦进入生物体内，自身难以排除，将对生物体产生不可逆转的伤害。目前，重金属污染的治理方式包括化学法、物理化学法、微生物修复技术以及固化/稳定化技术，其中固化/稳定化技术是应用最为广泛且行之有效的途径之一。
固化/稳定化重金属体系多为碱性材料如石灰、硅酸盐水泥、碱性氢氧化物等，但其固化稳定性存在较大不确定性，一定程度上制约其在重金属固化方面的应用。近年来发展的磷酸镁水泥固化重金属，其原料为重烧氧化镁，一般由菱镁矿在1500℃以上煅烧而成，这一过程需要消耗大量能量，造成磷酸镁水泥成本较高，难以广泛应用于重金属固化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种重金属固定稳定化的处理方法，以废弃钢渣为主要原料、配合磷酸盐和缓凝剂固化/稳定化重金属，本方法不仅处理能力强、材料强度高，同时为钢渣的高效资源化利用提供了一种新途径，能有效利用废弃钢渣，减轻钢渣大量堆存对环境造成的不利影响，该方法具有一定的环保和经济效益。
本发明方法将废弃钢渣、磷酸盐、缓凝剂的混合物作为固定稳定剂，配合水协同处理重金属化合物，制得重金属固化体。
具体操作时是将废弃钢渣100重量份、磷酸盐15-25重量份、缓凝剂1-3重量份、重金属化合物1-6重量份混匀后添加水，注模成型，制成重金属固化体，水的添加量为混合物重量的18%-24%。
所述废弃钢渣经过粉磨，过120目筛，筛余量小于5%。
所述磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾或磷酸二氢钠。
所述缓凝剂为硼砂或冰醋酸。
所述重金属化合物铅盐、铜盐、铬盐或锌盐。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用废弃钢渣为主要原料，配合磷酸盐和缓凝剂，固定/稳定化重金属化合物，通过物理包裹、吸附和化学键合的三重作用固化重金属离子；该方法不仅固化/稳定化重金属效果显著，同时能够有效再利用工业废渣，提高钢渣的综合利用率，对重金属污染的治理提供了新思路。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂2重量份、硝酸铅1.5重量份混合均匀后，加入混合物重量24%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定；毒性浸出实验，1天时Pb浸出浓度为0.249 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Pb的浸出浓度限值5mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为14.15MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例2：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂2重量份、硝酸铅3重量份混合均匀后，加入混合物重量22%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Pb浸出浓度为0.141 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Pb的浸出浓度限值5mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为14.80MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例3：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢钾15重量份、冰醋酸2重量份、硝酸铅4.5重量份混合均匀后，加入混合物重量20%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Pb浸出浓度为0.293 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Pb的浸出浓度限值5mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为16.25MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例4：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢钠25重量份、冰醋酸1.5重量份、硝酸铅6重量份混合均匀后，加入混合物重量18%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Pb浸出浓度为0.181 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Pb的浸出浓度限值5mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为15.35MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例5：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂1.5重量份、硝酸铜2重量份混合均匀后，加入混合物重量24%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cu浸出浓度为0.767 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cu的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）。固化体1天抗压强度为18.05MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例6：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂3重量份、硝酸铜3重量份混合均匀后，加入混合物重量22%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cu浸出浓度为3.774 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cu的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为10.20MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例7：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢钠20重量份、冰醋酸1.5重量份、硝酸铜5重量份混合均匀后，加入混合物重量20%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cu浸出浓度为5.710 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cu的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为4.30MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例8：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢钠15重量份、冰醋酸3重量份、硝酸铜6重量份混合均匀后，加入混合物重量18%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cu浸出浓度为6.242 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cu的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为3.65MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例9：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂2重量份、硝酸铬1.5重量份混合均匀后，加入混合物重量24%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cr浸出浓度为0.000 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cr的浸出浓度限值15mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）。固化体1天抗压强度为14.45MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例10：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂2重量份、硝酸铬3重量份混合均匀后，加入混合物重量23%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cr浸出浓度为0.012 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cr的浸出浓度限值15mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为12.20MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例11：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢钾20重量份、硼砂3重量份、硝酸铬4.5重量份混合均匀后，加入混合物重量21%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cr浸出浓度为0.013 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cr的浸出浓度限值15mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为8.20MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例12：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢钾20重量份、硼砂1.5重量份、硝酸铬6重量份混合均匀后，加入混合物重量18%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Cr浸出浓度为0.031 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Cr的浸出浓度限值15mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）。固化体1天抗压强度为3.75MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例13：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢钾20重量份、硼砂2重量份、硝酸锌1.5重量份混合均匀后，加入混合物重量24%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Zn浸出浓度为3.209 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Zn的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为16.60MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例14：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂2重量份、硝酸锌3重量份混合均匀后，加入混合物重量22%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Zn浸出浓度为2.877 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Zn的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为12.10MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例15：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂3重量份、硝酸锌4.5重量份混合均匀后，加入混合物重量20%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Zn浸出浓度为2.622 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Zn的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为5.15MPa，达到填埋处理对强度的要求。
实施例16：本重金属固定稳定化的处理方法如下：
（1）将废弃钢渣至于85℃下烘干，球磨机粉磨过120目筛，筛余量小于5%；
（2）将废弃钢渣100重量份、磷酸二氢铵20重量份、硼砂3重量份、硝酸锌6重量份混合均匀后，加入混合物重量18%的水，充分搅拌；
（3）将步骤（2）混合物迅速倒入20mm×20mm×20mm六联模具中，并在振动台上振动成型，密封后在恒温恒湿养护箱中养护3h，形成固化块；
（4）拆去步骤（3）中固化块的模具，将固化块置于恒温恒湿的环境下继续养护1天；
按照《固体废物浸出毒性浸出方法 水平震荡法》对固化体进行毒性浸出实验，重金属浸出浓度利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行测定。毒性浸出实验，1天时Zn浸出浓度为2.243 mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》GB-5085.3-2007标准中对重金属Zn的浸出浓度限值100mg/L；
对固化体进行抗压强度测试，样品设置3个平行样（测定数据为3次测定的平均值）；固化体1天抗压强度为3.20MPa，达到填埋处理对强度的要求。
以上所述的实例，只是本发明的部分较优选方案，本领域的技术员在本发明技术方案范围内进行的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种重金属固定稳定化的处理方法，其特征在于：将废弃钢渣、磷酸盐、缓凝剂的混合物作为固定稳定剂，配合水协同处理重金属化合物，制得重金属固化体。
2.根据权利要求1所述的重金属固定稳定化的处理方法，其特征在于：处理时，是将废弃钢渣100重量份、磷酸盐15-25重量份、缓凝剂1-3重量份、重金属化合物1-6重量份混匀后添加水，水的添加量为混合物重量的18%-24%。
3.根据权利要求1或2所述的重金属固定稳定化的处理方法，其特征在于：废弃钢渣经过粉磨，过120目筛，筛余量小于5%。
4.根据权利要求1或2所述的重金属固定稳定化的处理方法，其特征在于：磷酸盐为磷酸二氢铵、磷酸二氢钾或磷酸二氢钠。
5.根据权利要求1或2所述的重金属固定稳定化的处理方法，其特征在于：缓凝剂为硼砂或冰醋酸。
6.根据权利要求1或2所述的重金属固定稳定化的处理方法，其特征在于：重金属化合物铅盐、铜盐、铬盐或锌盐。
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