CN116003102B - 一种利用重金属污染土壤制备烧结砖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用重金属污染土壤制备烧结砖的方法,(1)将经初筛预处理后的重金属污染土壤进行湿式筛分,筛分出3mm以上的粗颗粒和3mm以下的细颗粒;(2)将筛分出的细颗粒与占细颗粒质量10~20%的粉煤灰充分混合,调节含水率至饱和含水率的40~60%,常温下养护24~48小时,得处理后的细颗粒;将筛分出的粗颗粒破碎至3mm以下,得破碎的粗颗粒;(3)将处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒与废玻璃及页岩充分混合,调节含水率至饱和含水率的80~90%后进入陈化过程,陈化结束后烧结处理制备烧结砖。本发明可解决现有技术中污染土壤添加比例有限、重金属固定化效果不持久的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种污染土壤资源化利用的方法,具体涉及将含重金属的污染土壤处理后用于生产烧结砖,属于土壤修复技术领域。
背景技术
随着我国城镇化历程的不断推进,工业退役地块的治理修复已经成为城市土地开发利用的重点任务之一。污染地块在治理和开发的过程中,通常需要将大量的污染土壤外运处置。因此,如何实现污染土壤的合理处置和安全再利用,已经成为经济发达地区土壤污染治理工作的难点。
重金属污染是土壤污染的主要类型。采矿、冶炼、电镀、化工、电子、制革等行业的“三废”排放以及农药、化肥的不合理施用都会导致土壤的重金属污染。由于重金属对土壤污染的不可逆转性,无法通过生物或化学方法对其进行降解,仅能通过淋洗或植物提取等方法去除,但淋洗技术仅适用于砂土和壤土,而植物提取技术的实施周期通常需要数年,在技术应用上均有加大的技术限制。将重金属污染土壤作为原材料用于生产建材,已被认为是一种快速的、可广泛适用的重金属污染土壤处置手段。
将重金属污染土壤用作生产烧结砖,通过高温烧结过程将重金属固定在砖体内,降低其移动性及可能带来的环境风险。该技术适用范围广,且能够实现污染土壤的资源化利用,具有非常好的应用潜力。但污染土壤添加比例有限、重金属固定化效果不持久等缺点限制了该技术的进一步推广。
发明内容
本发明提供一种利用重金属污染土壤制备烧结砖的方法,可解决现有技术中污染土壤添加比例有限、重金属固定化效果不持久的问题。
一种利用重金属污染土壤制备烧结砖的方法,包括:
(1)将经初筛预处理后的重金属污染土壤进行湿式筛分,筛分出3mm及以上的粗颗粒和3mm以下的细颗粒;
(2)将筛分出的细颗粒与占细颗粒质量10~20%的粉煤灰充分混合,调节含水率至饱和含水率的40~60%,常温下养护24~48小时,得处理后的细颗粒;将筛分出的粗颗粒破碎至3mm以下,得破碎的粗颗粒;
(3)将所述处理后的细颗粒和所述破碎的粗颗粒与废玻璃及页岩充分混合,调节含水率至饱和含水率的80~90%后进入陈化过程,陈化结束后烧结处理制备烧结砖;所述废玻璃占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的10~15%,所述页岩占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的10~20%。
本发明通过湿式筛分将土壤分为粗颗粒和细颗粒,细颗粒添加药剂进行稳定化处理,粗颗粒进行破碎处理,混合后添加废玻璃粉和页岩后用作烧结砖生产,其可以达到更高的污染土壤添加量和更好的固化效果。
可选的,所述重金属污染土壤中重金属为镍、锌、铜、铅中的至少一种。针对这些重金属,本发明的工艺无需添加额外的化学稳定化药剂,而是利用湿式筛分将土壤颗粒分为细颗粒和粗颗粒,根据重金属污染物主要分布于细颗粒的特点,通过烧结砖制备的原料粉煤灰与细颗粒的混合,对重金属进行吸附、络合和沉淀,降低镍、锌、铜、铅等重金属的迁移性。
可选的,所述预处理为筛分去除100mm以上的石块、建筑垃圾、树根等。
可选的,湿式筛分的土水质量比为1:5~1:10。
可选的,湿式筛分设备可选用滚筒筛或震动筛,湿式筛分的水可重复使用2~3次。
可选的,所述废玻璃破碎至0.1mm以下后再添加进粗细颗粒混合物中。
可选的,所述页岩破碎至0.1mm以下后再添加进粗细颗粒混合物中。
在筛分阶段,本发明仅需要将土壤颗粒筛分破碎至3mm以下,常规的机械破碎分选装置都可适用,分选的目的是为了将富集较高重金属浓度的细颗粒筛分出来,单独与粉煤灰混合反应,同时减少粗颗粒的破碎处理量,另外筛分的同时利用湿式筛分的淋洗过程,去除土壤中可溶性的重金属,减少后端的稳定化处理难度。对于原料的塑性,本发明通过添加相应比例的塑性颗粒材料如粉煤灰和页岩,可保证混合物料的可塑性。本发明还添加了废玻璃粉作为烧结砖生产原料,通过添加的废玻璃可促进砖块烧结过程中尖晶石晶体的形成和生长,减少烧结砖内的孔隙,降低砖体吸水率,这将有助于提高砖体中重金属长期稳定性。
进一步可选的:
一种较优选的方案,步骤(1)中,所述重金属污染土壤中的重金属为镍和锌;湿式筛分的土水质量比为1:5;步骤(2)中,筛分出的细颗粒加入占细颗粒质量20%的粉煤灰,充分混合后调节含水率至饱和含水率的60%;步骤(3)中,废玻璃占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的10%,所述页岩占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的10%,充分混合后调节含水率至饱和含水率的90%。
另一种较优选的方案,步骤(1)中,所述重金属污染土壤中的重金属为镍和锌;湿式筛分的土水比例为1:5;步骤(2)中,筛分出的细颗粒加入占细颗粒质量10%的粉煤灰,充分混合后调节含水率至饱和含水率的48%;步骤(3)中,废玻璃占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的15%,所述页岩占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的20%,充分混合后调节含水率至饱和含水率的80%。
陈化处理后进入常规的烧结砖工艺,包括将陈化过的原料送入制砖车间进行拉胚,码垛后进行通风干燥,送入隧道窑进行焙烧,最高烧结温度为1000℃~1050℃,自然冷却后即为成品烧结砖。
可选的,所述陈化过程的时间为48~72h。
可选的,所述烧结处理的温度为1000~1100℃;优选为1000℃~1050℃。
与现有技术相比,本发明至少具有如下有益效果之一:
(1)本发明针对重金属污染物土壤,利用湿式筛分将土壤分为粗颗粒和细颗粒,湿式筛分过程中通过淋洗过程可将部分可溶态的重金属去除,同时剩余的重金属主要富集于细颗粒当中,在细颗粒中添加粉煤灰,通过粉煤灰的吸附、络合和沉淀,可进一步降低重金属的移动性。通过对粗颗粒的破碎和添加页岩,保证土壤的颗粒配级和塑性,提高烧结砖制品的强度。添加的废玻璃可促进砖块烧结过程中尖晶石晶体的形成和生长,减少烧结砖内的孔隙,降低砖体吸水率,实现重金属的固定化。
(2)本发明方法制备得到的烧结砖,相对于传统烧结工艺,其重金属溶出率降低70~90%;烧结砖的原料中,重金属土壤添加比例可达80%。
(3)本发明方法制备得到的烧结砖,相对传统工艺烧结砖,其抗压强度提高可达43%左右;其吸水率降低可达55%左右。
(4)该工艺原料来源广泛、操作方法简单,能够有效的提高重金属污染土壤生产烧结砖的安全性,具有较好的应用潜力。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
结合图1所示的工艺流程,本发明的一种具体实施方式包括如下步骤:
1)将场地上清挖出的重金属污染土壤应经过初步筛选,去除100mm以上的石块、建筑垃圾、树根等;
2)将预处理过的土壤进行湿式筛分,湿式筛分的土水比例为1:5~1:10(质量比),筛分出粗颗粒土壤和细颗粒土壤,其中粗颗粒土壤是指粒径3mm以上(含3mm)的土壤颗粒,细颗粒土壤是指粒径3mm以下的土壤颗粒,湿式筛分设备可选用滚筒筛或震动筛,湿式筛分的水可重复使用2~3次;
3)将筛分出的细颗粒与占细颗粒质量10~20%的粉煤灰充分混合,调节含水率至饱和含水率的40~60%,在常温下养护24~48小时;
4)将筛分出的粗颗粒进行破碎处理,破碎至3mm以下,破碎设备可选用锟式或笼式破碎机;
5)将破碎的粗颗粒、处理后的细颗粒与占粗颗粒及细颗粒总质量10~15%的废玻璃(破碎至0.1mm以下)和占粗颗粒及细颗粒总质量10~20%的页岩(破碎至0.1mm以下)充分混合,调节含水率至饱和含水率的80~90%,进入陈化库陈化48~72小时,即可用于后续烧结砖生产。
下面将选取两种不同来源的重金属污染土壤,依照本发明的具体实施方式,给与进一步的说明。
实施例1:
取某电镀厂退役地块污染土壤,其重金属镍含量为113mg/kg,锌含量为5668mg/kg,土壤质地主要为粘土;经预筛去除100mm以上颗粒后,进行湿式筛分,筛分的土水比例为1:10(质量比),筛分出3mm以上(含3mm)的粗颗粒和3mm以下的细颗粒,筛分出的细颗粒添加占细颗粒质量20%的粉煤灰,充分混合后调节含水率至饱和含水率的60%,在常温下养护48小时。将3mm以上(含3mm)的粗颗粒继续破碎至3mm以下,将破碎至3mm以下的粗颗粒、处理后的细颗粒、占粗细颗粒总质量10%的废玻璃(破碎至0.1mm以下)和占粗细颗粒总质量10%的页岩(破碎至0.1mm以下)充分混合,调节含水率至饱和含水率的90%,进入陈化库陈化72小时。陈化过的原料送入制砖车间进行拉胚,码垛后进行通风干燥,送入隧道窑进行焙烧,最高烧结温度为1050℃,自然冷却后即为成品烧结砖。
另外采用传统烧结砖制备工艺生产烧结砖作为对照组。传统工艺方法如下,采用相同的污染土壤,经预筛去除100mm以上颗粒后的土壤进行破碎处理,处理至3mm以下。调节含水率至饱和含水率的90%,进入陈化库陈化72小时。陈化过的原料送入制砖车间进行拉胚,码垛后进行通风干燥,送入隧道窑进行焙烧,最高烧结温度为1050℃,自然冷却后即为成品烧结砖。
将污染土壤、传统工艺烧结砖和本发明方法实施例制备的烧结砖,采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)方法进行重金属浸出测试,采用《砌墙砖试验方法》(GB/T 2542-2012)方法进行抗压强度和吸水率测试,具体结果详见表1。
表1重金属浸出、抗压强度及吸水率的对比
一方面,测试结果表明通过烧结处理,能够较大程度的降低重金属的溶出,相对传统工艺烧结砖,镍浸出率降低85%左右,锌浸出率降低76%左右;采用本发明提出的烧结砖制备方法,可提高烧结砖的抗压强度,相对传统工艺烧结砖,抗压强度提高24%左右;降低吸水率,相对传统工艺烧结砖,吸水率降低41%左右。本发明方法减少重金属的释放,提高烧结砖的安全性。
另一方面,通过原料配比可知,本实施例的方法中,烧结砖原料的80%来源于污染土壤。
实施例2:
取某冶炼厂退役地块污染土壤,其重金属铜含量为9650mg/kg、铅含量为769mg/kg,土壤质地主要为粉质粘土;经预筛去除100mm以上颗粒后,进行湿式筛分,筛分的土水比例为1:5(质量比),筛分出3mm以上(含3mm)的粗颗粒和3mm以下的细颗粒,筛分出的细颗粒添加占细颗粒质量10%的粉煤灰,充分混合后调节含水率至饱和含水率的48%,在常温下养护24小时。将3mm以上(含3mm)的粗颗粒继续破碎至3mm以下,将破碎值3mm以下的粗颗粒、处理后的细颗粒、占粗细颗粒总质量15%的废玻璃(破碎至0.1mm以下)和占粗细颗粒总质量20%的页岩(破碎至0.1mm以下)充分混合,调节含水率至饱和含水率的80%,进入陈化库陈化48小时。陈化过的原料送入制砖车间进行拉胚,码垛后进行通风干燥,送入隧道窑进行焙烧,最高烧结温度为1100℃,自然冷却后即为成品烧结砖。
另外采用传统烧结砖制备工艺生产烧结砖作为对照组。传统工艺方法如下,采用相同的污染土壤,经预筛去除100mm以上颗粒后的土壤进行破碎处理,处理至3mm以下。调节含水率至饱和含水率的80%,进入陈化库陈化48小时。陈化过的原料送入制砖车间进行拉胚,码垛后进行通风干燥,送入隧道窑进行焙烧,最高烧结温度为1050℃,自然冷却后即为成品烧结砖。
将污染土壤、传统工艺烧结砖和本发明工艺烧结砖,采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)方法进行重金属浸出测试,采用《砌墙砖试验方法》(GB/T 2542-2012)方法进行抗压强度和吸水率测试,具体结果详见表1。
表2重金属浸出、抗压强度及吸水率的对比
测试结果表明通过烧结处理,能够较大程度的降低重金属的溶出,相对传统工艺烧结砖,铜浸出率降低73%左右,铅浸出率降低89%左右;采用本发明提出的烧结砖制备方法,可提高烧结砖的抗压强度,相对传统工艺烧结砖,抗压强度提高43%左右;降低吸水率,相对传统工艺烧结砖,吸水率降低55%左右。本发明方法减少重金属的释放,提高烧结砖的安全性。
另一方面,通过原料配比可知,本实施例的方法中,烧结砖原料的65%来源于污染土壤。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种利用重金属污染土壤制备烧结砖的方法,其特征在于,包括:
(1)将经初筛预处理后的重金属污染土壤进行湿式筛分,筛分出3mm以上的粗颗粒和3mm以下的细颗粒;
(2)将筛分出的细颗粒与占细颗粒质量10~20%的粉煤灰充分混合,调节含水率至饱和含水率的40~60%,常温下养护24~48小时,得处理后的细颗粒;将筛分出的粗颗粒破碎至3mm以下,得破碎的粗颗粒;
(3)将所述处理后的细颗粒和所述破碎的粗颗粒与废玻璃及页岩充分混合,调节含水率至饱和含水率的80~90%后进入陈化过程,陈化结束后烧结处理制备烧结砖;所述页岩破碎至0.1mm以下;所述废玻璃破碎至0.1mm以下;所述烧结处理的温度为1000~1100℃;所述废玻璃占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的10~15%,所述页岩占处理后的细颗粒和破碎的粗颗粒总质量的10~20%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述重金属污染土壤中重金属为镍、锌、铜、铅中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,湿式筛分的土水质量比为1:5~1:10。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述陈化过程的时间为48~72h。
5.如权利要求1~4任一项权利要求所述方法制备得到的烧结砖。
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