CN113262861B - 温控内应力粉化高温熔渣制备稳定剂的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种温控内应力粉化高温熔渣制备稳定剂的方法，其是将1000~1700℃的高温熔渣通入旋转喷头中，控制旋转喷头的旋转速度为300~1500 r/min，高温熔渣以400~500 m/s的流速喷出后，在离心力和表面张力的作用下被甩成细小的液滴，液滴与冷却气体接触，使细小的熔渣液滴内外产生很大的温差和内应力，在内应力作用下高温熔渣粉化制得熔渣粉体；将本发明方法制得的稳定剂用于工业固废中重金属稳定化处理中，实验结果显示，本发明方法制得的粉体稳定剂能将工业固废中重金属稳定，稳定效果达90%以上，且本发明方法简单高效，在实现资源循环利用的同时实现重金属污染控制，适用于工业化生产和市场推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种温控内应力粉化高温熔渣制备稳定剂的方法及应用，属于固废综合利用技术领域。
背景技术
冶金行业生产过程中会产生的大量高温熔渣，目前国内外对高温熔渣的处理主要采用水淬的方式，水淬处理热能无法利用且消耗大量的水资源，过程中还产生大量有害汽体、液体易造成二次污染；此外由于水淬法致使渣的物化性质发生突变，粒化制粉效率低，产生大量的硬质相、活性低的晶态物质，致使常温下难以粉碎并进行大量利用。通常要采用球磨等机械力活化之后才能加以资源化利用。
据2018年全国公开数据调查显示，高温熔渣在钢铁冶金行业约产生3.2亿t，在铜冶金行业约产生3600万t，锡冶金行业约产生15万t，黄磷行业约产生900 万t。不经过水淬处理，直接在高温下，利用温控骤冷产生内应力充分粉化制备熔渣粉体可极大提升高温熔渣的综合利用附加值，该过程通过热交换能高效回收利用高炉渣余热，不耗费新水资源，也没有有害汽体污染环境；具有处理量大、粒化效果好，制得的粉体具有非晶态组分高的特点，可直接应用于稳定剂、混凝土掺合料、胶凝材料等各种资源化利用途径。
发明内容
针对熔渣冷结成块后处理难度大、粒化制粉效率低、稳定性差以及利用率低的问题，本发明提供一种温控内应力粉化高温熔渣制备稳定剂的方法，该方法是将1000~1700℃的高温熔渣通入旋转喷头中，控制旋转喷头的旋转速度为300~1500 r/min，高温熔渣以400~500 m/s的流速喷出后，在离心力和表面张力的作用下被甩成细小的液滴，液滴与冷却汽体接触，使细小的熔渣液滴内外产生很大的温差和内应力，在内应力作用下高温熔渣粉化制得熔渣粉体。
所述冷却汽体是由干冰气化后产生的CO2，冷却汽体流速为0.5~3 m3/s；干冰的熔点为-78.5℃，沸点-56.6（0.52 MPa），干冰气化时吸收大量的热，使周围环境温度迅速降低降，以产生冷凝作用；此外，CO2氛围下，熔渣粉中非晶态的SiO2不易与渣中FeO氧化结合，极大降低熔渣粉体的团聚现象。
本发明另一目的是将上述方法制得的稳定剂应用在工业固废中重金属稳定化处理中。
本发明优点和技术效果如下：
该方法提供了一种较为完备的绿色、科学、高效的熔渣精准温控内应力粉化制备稳定剂的方法，对比常用的熔渣冷结成块后处理难度大、粒化制粉效率低、稳定性差以及利用率低的水淬处理，该方法具有节约水资源，有效回收利用热能且不产生废水、废气等污染的优势。粉化效率高，制得的高温熔渣粉体粒径范围为2000μm 以下，高温骤冷及CO2氛围下粉体中的玻璃相SiO2成分高于80%，可不用球磨等机械力活化直接应用于各种资源化利用途径。本发明所述方法主要应用于工业固废的重金属稳定化处理中，对砷、铬、镍、铅、铜、镉、锑、锌多种重金属有明显固化稳定化效果，在实现资源循环利用的同时实现重金属污染控制。本发明工艺具有工艺流程短、工序布局灵活紧凑、粒化制粉效率高、操作灵活、占地面积小、投资成本较低、高温熔渣利用率高等特点；具有快速高效、以废治废、循环利用、余热回用、节能减排、创新利用的新特色；使得经济效益、社会效益、环境效益三者相得益彰。符合国家绿色化发展的新要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例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：温控内应力粉化高温黄磷炉渣制备稳定剂的方法
将1400℃的黄磷熔渣通入旋转喷头中，控制旋转喷头的旋转速度为1000r/min，高温熔渣以400 m/s的速度喷出；同时以流速0.5 m3/s通入干冰气化后产生的CO2汽体，高温熔渣旋转喷入后与CO2冷却汽体充分接触，在离心力、表面张力、惯性力及内应力的作用下粉化，激光粒度分析结果表明，粉化后的粉体粒径为0.399~1588.656 μm；
将粉化后粉体应用于磷石膏中重金属砷、铬、镍、铅、铜、镉及氟化物的稳定化处理，磷石膏含水率20%，按磷石膏:粉体:电石渣按质量比9764:200:36的比例混合制得100kg混合物，做干堆实验。
以纯水为浸提剂，依据《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》（HJ 557-2010），采用五点取样法取20 g的试样置于250 mL提取瓶中，按液固比为10:1，加入浸提剂纯水后盖住瓶口垂直固定在水平振荡装置上，调节振荡频率为110±10次/min、振幅为40 mm，在室温下振荡8 h后取下提取瓶，静置16 h；浸出完成后通过离心进行固液分离收集浸出液。
采用火焰原子吸收分光光度法和离子色谱法分别测试磷石膏原料及稳定化1天、3天及5天后的混合物中的铬、镍、铅、铜、镉、锰及氟化物，测试结果如下表1；该粉体应用于磷石膏稳定化效果显著，稳定化后重金属铬、镍、铅、铜、镉、锰及氟化物均符合《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中相关浓度限值要求，尤其对氟的稳定化效果达到96.23%以上；
表1 粉体稳定剂对磷石膏重金属及氟化物的稳定化效果（mg/L）
实施例2：温控内应力粉化高温锑冶炼渣制备重金属稳定剂的方法
将1500℃的锑冶炼渣通入旋转喷头中，控制旋转喷头的旋转速度为800 r/min，高温熔渣以500 m/s的速度喷出；同时以流速2 m3/s通入干冰气化后产生的CO2汽体，高温熔渣旋转喷入后与CO2冷却汽体充分接触，在离心力、表面张力、惯性力及内应力的作用下粉化，激光粒度分析结果表明，粉化后的粉体粒径为0.448~1782.502 μm；
将粉化后的粉体应用于锑尾矿中重金属镉、铬、锰、铅、锌、锑、铜稳定化；控制锑尾矿含水率15%，按锑尾矿:粉体:水泥质量比为9756:200:44的比例混合制得100 kg混合物，做干堆实验；
以纯水为浸提剂，依据《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》（HJ 557-2010），采用五点取样法取20 g的试样置于250 mL提取瓶中，按液固比为10:1，加入浸提剂纯水后盖住瓶口垂直固定在水平振荡装置上，调节振荡频率为110±10次/min、振幅为40 mm，在室温下振荡8 h后取下提取瓶，静置16 h。浸出完成后通过离心进行固液分离收集浸出液。
采用火焰原子吸收分光光度法测试锑尾矿原料及稳定化1天、3天及5天后的粉体中的镉、铬、锰、铅、锌、锑、铜，测试结果如下表2；该粉体对锑尾矿重金属稳定化效果显著，稳定化后重金属镉、铬、锰、铅、锌、锑、铜均符合《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中相关浓度限值要求，尤其对重金属镉、铬、锰、铅、锌、锑、铜的稳定效果达到95%以上；
表2 粉体稳定剂对锑尾矿重金属的稳定化效果（mg/L）
实施例3：温控内应力粉化高温铅锌冶炼渣制备重金属稳定剂的方法
将1300℃的铅锌冶炼渣通入旋转喷头中，控制旋转喷头的旋转速度为1300r/min，高温熔渣以450 m/s的速度喷出；同时以流速3m3/s通入干冰气化后产生的CO2汽体，高温熔渣旋转喷入后与CO2冷却汽体充分接触，在离心力、表面张力、惯性力及内应力的作用下粉化，激光粒度分析结果表明，粉化后的粉体粒径为0.448~2000 μm；
将粉化的粉体应用于铅锌尾矿中重金属铬、铅、铜、镉、锰、锌稳定化。控制铅锌尾矿含水率15%，按锑尾矿:粉体:水泥质量比为9742:200:58的比例混合制得100 kg混合物，做干堆实验；
以纯水为浸提剂，模拟固体废物在特定场合中受到地表水或地下水的浸沥，依据《固体废物浸出毒性浸出方法水平震荡法》（HJ 557-2010），采用五点取样法取20g的试样置于250 mL提取瓶中，按液固比为10:1，加入浸提剂纯水后盖住瓶口垂直固定在水平振荡装置上，调节振荡频率为110±10次/min、振幅为40 mm，在室温下振荡8h后取下提取瓶，静置16 h。浸出完成后通过离心进行固液分离收集浸出液。
采用火焰原子吸收分光光度法测试锑尾矿原料及稳定化1天、3天及5天后的粉体中的铬、铅、铜、镉、锰、锌，测试结果如下表3。该粉体对锑尾矿重金属稳定化效果显著，稳定化后重金属铬、铅、铜、镉、锰、锌均符合《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中相关浓度限值要求，尤其对重金属铬、铅、铜、镉、锰、锌的稳定效果达到90%以上；
表3 粉体稳定剂对锑尾矿重金属的稳定化效果（mg/L）
Claims (1)
1.一种温控内应力粉化高温熔渣制得的稳定剂在工业固废中重金属稳定化处理中应用，所述稳定剂是将1000~1700℃的高温熔渣通入旋转喷头中，控制旋转喷头的旋转速度为300~1500 r/min，高温熔渣以400~500 m/s的流速喷出后，在离心力和表面张力的作用下被甩成细小的液滴，液滴与冷却汽体接触，使细小的熔渣液滴内外产生很大的温差和内应力，在内应力作用下高温熔渣粉化制得；
所述冷却汽体是由干冰气化后产生的CO2汽体，冷却汽体流速为0.5~3 m3/s。
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