CN113185202A

CN113185202A - 一种以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法

Info

Publication number: CN113185202A
Application number: CN202110582189.XA
Authority: CN
Inventors: 周娴; 孙彦华; 胥福顺; 包崇军; 张玮; 陈劲戈; 岳有成; 周林; 冯炜光; 张辉; 汤皓元; 梁智; 崔健
Original assignee: Kunming Metallurgical Research Institute
Current assignee: Kunming Metallurgical Research Institute
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-07-30

Abstract

本发明公开了一种以钢渣‑偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，属于重金属污染治理和固废处理技术领域。本发明将钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏混合均匀后得到混合物A；混合物A与毒砂混合均匀得到混合物B，将配置好的碱激发剂C与混合物B搅拌均匀得到混合物D，将混合物D倒入模具中成型，脱模后放入养护箱养护28d。本发明通过多元固废与碱激发剂充分反应形成丰富的铝硅酸盐胶凝材料和钙矾石，固化毒砂中的砷，达到以废治废和固化砷的目的。本发明工艺流程简单，填充成本低，固化体的7d强度达到10Mpa以上，固化体砷浸出浓度<5mg/L，毒性测试满足井下填充的要求，可作为一种低廉稳定固化砷的填充胶凝剂。

Description

一种以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法

技术领域

本发明属于固废处理和重金属固化技术领域，具体涉及一种以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法。

背景技术

钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏均属于工业固废，这些固废量非常巨大，这些工业废弃物的堆放不仅浪费了大量土地资源,还导致地下水体污染、土壤污染等严重的环境问题。钢渣是冶炼钢铁产生的工业固体废弃物,我国每年约产出1.5亿吨钢渣，但钢渣综合利用率仅50%。偏高岭土是高岭土适当温度条件下煅烧后的具有化学活性的人工火山灰材料，我国高岭土资源丰富。大型燃煤企业烟气脱硫石膏只是转化了污染形态，并未根本上解决二氧化硫的污染，脱硫石膏作为副产物，随着国家环保要求日趋严厉，固废资源化综合利用研究势在必行。

毒砂是天然环境中稳定存在的剧毒物质，与其他矿物伴生，对人类的身体健康造成安全隐患。如何实现含砷固废以及毒砂的安全、稳定固化处置至关重要。常见的砷渣固废通过形成于含砷废水的钙法或者铁法的化学沉淀处理，但是其形成的含砷固废稳定性差，处理成本高，未能达到环保要求的处置标准。生物降解也存在活菌难以规模化应用，稳定性差等问题，因此，开发一种能解决上述问题的方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法。

本发明的目的是这样实现的，所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法包括前处理、配制激活液、成型固砷步骤，具体包括：

A、前处理：

1）将钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏分别研磨至200目，经干燥后混合均匀得到混合物a；

2）将毒砂加入到混合物a中混合均匀得到混合物b；

B、配制激活液：将碱激活剂与去离子水搅拌均匀配制成激活液c；

C、成型固砷：

1）将激活液c加入到混合物b中，搅拌均匀得到混合物d；

2）将混合物d倒入模具中成型，成型后于湿度90~98%、温度20~25℃条件下养护25~30d。

安全固化/稳定化技术具有处理时间短、成本低、效果良好、适用范围广等优势，为处理含砷固废和危险废物最有效的技术。本发明就是将多元固废综合利用起来，发挥多元固废的协同活化作用，激发钢渣的潜在水硬性，提高地聚物的强度和固砷的能力。

本发明提供一种将钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏等工业固废用于固化、稳定化处理砷固废的以废治废的综合利用方法。本发明通过多元固废与碱激发剂充分反应形成地聚物的丰富铝硅酸盐胶凝材料的三维结构和钙矾石固化毒砂中的砷，达到以废治废和提高固砷的目的。

为达到此目的，本发明具体操作如下：

（1）分别将钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏研磨至200目，105℃在干燥箱中干燥后过筛得到粉末；

（2）在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A;

（3）在混合物A中加入毒砂，混合均匀后得到混合物B;

（4）将碱激活剂与去离子水按照比例搅拌均匀，配置成碱激活液C；

（5）在净浆搅拌机中将碱激活液C倒入混合物B中，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

（6）模具在室温条件下1d成型后脱模，放入养护箱在95%湿度，20-25℃条件下养护28d；

（7）所述步骤（1）中的钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏混合物A的质量比满足钢渣：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏=(20-60%) :(10-50%) : (30-50%):(5-15%)；

（8）所述步骤（3）中的毒砂与混合物A的质量比满足(0-15%)：1；

（9）所述步骤（4）的碱激活剂的种类包括KOH、 NaOH 、Ca(OH)₂、生石灰；

（10）所述步骤（4）的碱激活剂与去离子水的比例为 (5-15%)：1；

（11）所述步骤（5）的1所述的碱激活剂C与混合物B的水灰比为0.40-0.55。

本发明中多元固废地聚物固化砷的原理：偏高岭土含有大量的Al和Si，高炉矿渣含有CaO，脱硫石膏含有硫酸钙，当碱激活剂添加时，碱性溶液溶解高炉矿渣的活性部分，将四面体[AlO₄]^{5 -}和[SiO₄]^{4 -}物质释放到溶液中。钢渣中存在Fe₂O₃，铁离子与砷通过氧化还原作用形成含砷化合物固砷。同时，在OH^-存在的情况下，SO₄ ²⁻、Ca²⁺和Mg²⁺也被释放到溶液中。经过数天的固化，就形成了铝硅酸盐形成的三维结构、钙矾石以及铁砷化合物协同固砷，钙矾石对砷具有阴离子交换、特定位点吸附等固砷的效果。

本发明制备工艺流程简单，以工业固废钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏为原料，制备用于井下填充的回填料，成本低，回填料的强度和砷浸出浓度均满足国标浸出的要求，达到以废治废和固化/稳定化砷的目的，减少了砷在环境中的扩散和危害，实现了固废的减量化和无害化处置。

附图说明

图1为本发明钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物28d固化体的XRD示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法包括前处理、配制激活液、成型固砷步骤，具体包括：

A、前处理：

2）将毒砂加入到混合物a中混合均匀得到混合物b；

C、成型固砷：

1）将激活液c加入到混合物b中，搅拌均匀得到混合物d；

A步骤1）中钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏的质量比为（20~60）：（10~50）：（30~50）：（5~15）。

A步骤1）中干燥的温度为100~110℃。

A步骤2）中毒砂与混合物a的质量比为（0.01~0.15）:1。

B步骤中所述的碱激活剂为KOH、NaOH、Ca(OH)₂或生石灰。

B步骤中碱激活剂和去离子水的质量比为（0.05~0.15）:1。

C步骤1）中激活液c和混合物b的质量比为（0.40~0.55）:1。

C步骤2）中所述的成型是将混合物d倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型。

下面以具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

本实施例钢渣取自武汉某冶炼厂，主要成分如表1所示；偏高岭土来自河南某厂，主要成分如表2所示；高炉矿渣来自西南地区某冶炼厂，主要成分如表3所示；毒砂来自江西某矿区，主要成分如表4所示；

表1钢渣成分

表2偏高岭土成分

表3高炉矿渣成分

表4毒砂成分

以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，具体步骤如下：

(1) 分别将钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏研磨至200目，105℃在干燥箱中干燥后过筛得到粉末；

(2) 在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A; 钢渣：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为40:30 :22 : 8；

(3) 将混合物A与毒砂混合均匀得到混合物B; 毒砂与混合物A的质量比为5%:1；

(4)配置碱激活液，将Ca(OH)₂与去离子水按照5%：1比例制成碱激活液C；

(5) 在净浆搅拌机中将碱激活液C倒入混合物B中，水灰比为0.4，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

(6)模具在室温条件下1d成型后脱模，放入养护箱在95%湿度，20-25℃条件下养护7-28d。

分别测试养护箱第7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；

抗压强度的测量按照GB/T17671-1999进行，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 toxicity Characterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表5，

表5含砷地聚物块的抗压强度和毒性浸出结果

从表5可知,当钢渣：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为40:30 :22 : 8时,经养护7天和28天的抗压强度分别为20.13MPa、27.41MPa,相较于文献中15MPa来说, 钢渣协同偏高岭土、高炉矿渣对含砷固废具有良好的固化作用;砷离子的浸出浓度分别为1.58mg/L、0.53mg/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5mg/L,符合国家标准。

实施例2

表1钢渣成分

表2偏高岭土成分

表3高炉矿渣成分

表4毒砂成分

(2) 在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A; 钢渣：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为50:20 :20 : 10；

(4)配置碱激活液，将NaOH与去离子水按照8%：1比例制成碱激活液C；

(5) 在净浆搅拌机中将碱激活液C倒入混合物B中，水灰比为0.45，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

分别测试养护箱第7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；

表5含砷地聚物块的抗压强度和毒性浸出结果

从表5可知,当钢渣：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为50:20 :20 : 10时,经养护7天和28天的抗压强度分别为12.78MPa、19.74MPa,钢渣协同偏高岭土、高炉矿渣对含砷固废具有良好的固化作用;砷离子的浸出浓度分别为1.68mg/L、0.29mg/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5mg/L,符合国家标准。

实施例3

表1钢渣成分

表2偏高岭土成分

表3高炉矿渣成分

表4毒砂成分

(2) 在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A; 钢渣：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为20:50 :20 : 10；

(3) 将混合物A与毒砂混合均匀得到混合物B; 毒砂与混合物A的质量比为8%:1；

(4)配置碱激活液，将KOH与去离子水按照7%：1比例制成碱激活液C；

(5) 在净浆搅拌机中将碱激活液C倒入混合物B中，水灰比为0.55，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

分别测试养护箱第7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；

表5含砷地聚物块的抗压强度和毒性浸出结果

从表5可知,当钢渣：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为20:50 :20 : 10时,经养护7天和28天的抗压强度分别为16.13MPa、22.41MPa,钢渣协同偏高岭土、高炉矿渣对含砷固废具有良好的固化作用;砷离子的浸出浓度分别为1.79mg/L、0.48mg/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5mg/L,符合国家标准。

Claims

1.一种以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法包括前处理、配制激活液、成型固砷步骤，具体包括：

A、前处理：

2）将毒砂加入到混合物a中混合均匀得到混合物b；

C、成型固砷：

1）将激活液c加入到混合物b中，搅拌均匀得到混合物d；

2.根据权利要求1所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于A步骤1）中钢渣、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏的质量比为（20~60）：（10~50）：（30~50）：（5~15）。

3.根据权利要求1所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于A步骤1）中干燥的温度为100~110℃。

4.根据权利要求1所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于A步骤2）中毒砂与混合物a的质量比为（0.01~0.15）:1。

5.根据权利要求1所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于B步骤中所述的碱激活剂为KOH、NaOH、Ca(OH)₂或生石灰。

6.根据权利要求1所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于B步骤中碱激活剂和去离子水的质量比为（0.05~0.15）:1。

7.根据权利要求1所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于C步骤1）中激活液c和混合物b的质量比为（0.40~0.55）:1。

8.根据权利要求1所述的以钢渣-偏高岭土为基的多元固废地聚物固化砷的方法，其特征在于C步骤2）中所述的成型是将混合物d倒入4cm×4cm×4cm塑料3联模具中成型。