CN116944211B - 一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，涉及危险废物无害化处置领域。该方法，包括：将含重金属的超细黏聚污酸中和渣和表面改性解聚剂混合，然后进行第一机械力强化搅拌得到均化物料；将所述均化物料和重金属固化剂混合，然后进行第二搅拌得到第一固化物料；将所述第一固化物料和碱活性胶凝材料混合，然后进行第三搅拌、养护。本申请提供的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，可实现污酸中和渣的高效解聚及重金属的双重固化，为含重金属污酸中和渣类危险废物的短流程、低成本高效无害化处置提供一条新的思路。
Description
技术领域
本申请涉及危险废物无害化处置领域，尤其涉及一种高高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法。
背景技术
湿法治金过程中会产生大量含重金属的污酸，污酸一般采用直接中和法处理，形成污酸中和渣，污酸中和渣的含水率为通常为25~30%，其中的固含量中的主要成分为硫酸钙，另含铜、铅、锌、砷、镉等重金属元素。污酸中和渣因粒度细、保水性强、含重金属等特点综合利用难度极大，主要主要进行堆存放置，而中和渣的长期堆存容易造成中和渣中的重金属离子发生迁移导致环境污染，中和渣的低成本无害化安全处置已成为行业难题。
当前环境下，污酸中和渣的无害化处置难点主要在于以下三点：
1、中和渣粒度细，水和重金属离子被包裹在颗粒内部，难以形成稳定的均化体系，重金属固化效率低；
2、危险废物的无害化处置通常需要高温过程集中处置，处置成本高，具有局限性并会大幅度增加企业的生产成本，且危险废物的运输存在安全隐患；
3、常规无害化处置手段如水泥固化等因物料混匀困难，重金属固化时效性短，固化体长期堆存后存在重金属外溢风险。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，包括：
将所述含重金属污酸中和渣和表面改性解聚剂混合，然后进行第一机械力强化搅拌得到均化物料；将所述均化物料和重金属固化剂混合，然后进行第二搅拌得到第一固化物料；将所述第一固化物料和碱活性胶凝材料混合，然后进行第三搅拌、养护；
所述表面改性解聚剂包括聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠和磺化三聚氰胺树脂中的一种或多种；所述表面改性解聚剂的用量满足以下条件：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
所述重金属固化剂以其自身总质量为100%计算，包括：硅藻土10-15%、膨润土72-80%、聚丙烯酸酯5-10%、硫酸亚铁1-3%；
所述碱活性胶凝材料以其自身总质量为100%计算，包括：矿粉20-25%、粉煤灰60-65%、水玻璃8-10%、氢氧化钠2-5%。
优选地，所述T为20-25℃，所述L为30-35mm，所述w为20-30%。
优选地，所述rs为10-15μm。
优选地，所述t为30-60min，所述v为600-800Hz。
优选地，所述重金属固化剂的用量为所述含重金属污酸中和渣的质量的1-3%。
优选地，所述碱活性胶凝材料与所述含重金属污酸中和渣的质量比为1：（1-2）。
优选地，所述第二搅拌的时间为20-30min，搅拌频率为300-400Hz。
优选地，所述第三搅拌的时间为5-10min，搅拌频率为400-500Hz。
优选地，所述养护的温度为60-70℃，湿度为90-95%，时间为24-36h。
优选地，所述含重金属污酸中和渣中的重金属包括铜、铅、锌、砷、镉等。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，将冶炼过程产生的含重金属污酸中和渣进行机械力强制搅拌解毒，在搅拌过程中加入表面改性解聚剂，释放出包裹在超细中和渣颗粒内部的水分及重金属离子，实现污酸中和渣体系的解聚分散和均化；该方法可直接用生产企业排放出的污酸中和渣进行搅拌，无需对其进行烘干处理，在降低处置成本的同时可大幅度增加重金属固化剂对中和渣中重金属的络合反应效能；进一步在搅拌后的污酸中和渣中加入重金属固化剂，初步固化污酸中和渣中的重金属；最后在中和渣中加入粉煤灰、矿粉、水玻璃、氢氧化钠为主体的碱活性材料，充分搅拌均匀后进行成型养护，从而实现污酸中和渣的高效解聚分散及重金属的双重固化，为含重金属污酸中和渣的短流程、低成本高效无害化处置提供一条新的思路。
鉴于表面改性解聚剂在该工艺中的重要性，本申请还着重研究了表面改性解聚剂的用量与含重金属污酸中和渣的质量、机械强化搅拌的温度、含重金属污酸中和渣的流动度、含重金属污酸中和渣的含水率、含重金属污酸中和渣的粒度、第一机械力强化搅拌的时间和频率以及表面改性解聚剂中各成分的占比之间的关系，构建了计算表面改性解聚剂的用量的方法，使其在使用时添加的更为精准。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为含重金属污酸中和渣的XRD谱图；
图2为含重金属污酸中和渣的粒度分布曲线；
图3为实施例提供的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化污酸中和渣中重金属的方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，包括：
将所述含重金属污酸中和渣和表面改性解聚剂混合，然后进行第一机械力强化搅拌得到均化物料；将所述均化物料和重金属固化剂混合，然后进行第二搅拌得到第一固化物料；将所述第一固化物料和碱活性胶凝材料混合，然后进行第三搅拌、养护；
所述表面改性解聚剂包括聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠和磺化三聚氰胺树脂中的一种或多种；所述表面改性解聚剂的用量满足以下条件：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
表面改性解聚剂的用量是影响污酸中和渣解聚分散效果的重要因素，对后续双重固化污酸中和渣中重金属的固化效果也起到至关重要的作用，本申请通过对机械力强化解聚过程中解聚剂用量与解聚程度的相关变量的研究，建立解聚剂用量与污酸中和渣用量、解聚系数及解聚剂解聚效能之间的数学模型。
表面改性解聚剂的用量取决于污酸中和渣的质量、污酸中和渣解聚难易程度（解聚系数）及表面改性剂解聚效能系数，其中污酸中和渣的用量与解聚系数及表面改性解聚剂用量呈正相关，与解聚剂解聚效能呈负相关。
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
污酸渣的解聚过程为物-化协同反应过程，因此污酸渣的流动性、含水率及粒度是影响污酸渣解聚难以程度的重要因素，流动度越高，代表解聚难度越低，相对含水率越高、粒度越低，代表解聚难度越大；搅拌过程中的时间和频率也是影响解聚分散效果的重要因素，搅拌时间越长，搅拌频率越高，解聚效果越好；反应温度是影响该过程的重要因素，在限定的温度范围内反应温度越低，解聚分散效果越好。
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
根据前期试验结果，聚羧酸减水剂解聚效能优于木质素磺酸钠优于磺化三聚氰胺树脂，根据经验参数规定聚羧酸减水剂的解聚效能系数为3，木质素磺酸钠的解聚系数为2，磺化三聚氰胺树脂的解聚系数为1。
所述重金属固化剂以其自身总质量为100%计算，包括：硅藻土10-15%、膨润土72-80%、聚丙烯酸酯5-10%、硫酸亚铁1-3%；
硫酸亚铁和聚丙烯酸酯可与污酸中和渣的重金属进行络合反应形成络合物，吸附在硅藻土及膨润土表面，实现重金属离子的初步固化；
所述碱活性胶凝材料以其自身总质量为100%计算，包括：S95矿渣粉20-25%、粉煤灰60-65%、水玻璃8-10%、氢氧化钠2-5%。
S95矿渣粉及粉煤灰中的活性硅铝钙等组分在水玻璃和氢氧化钠的碱活性激发下可产生胶凝特性，从而与吸附在膨润土和硅藻土中的含重金属络合物充分结合，形成胶凝体，实现重金属离子的二次固化。
可选的，所述重金属固化剂中，硅藻土的用量可以为10%、11%、12%、13%、14%、15%或者10-15%之间的任一值；膨润土的用量可以为72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%或者72-80%之间的任一值；聚丙烯酸酯的用量可以为5%、6%、7%、8%、9%、10%或者5-10%之间的任一值；硫酸亚铁的用量可以为1%、2%、3%或者1-3%之间的任一值；
所述碱活性胶凝材料中，矿粉的用量可以为20%、21%、22%、23%、24%、25%或者20-25%之间的任一值；粉煤灰的用量可以为60%、61%、62%、63%、64%、65%或者60-65%之间的任一值；水玻璃的用量可以为8%、9%、10%或者8-10%之间的任一值；氢氧化钠的用量可以为2%、3%、4%、5%或者2-5%之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述T为20-25℃，所述L为30-35mm，所述w为20-30%。
可选的，所述T可以为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃或者20-25℃之间的任一值，所述L可以为30mm、31mm、32mm、33mm、34mm、35mm或者30-35mm之间的任一值，所述w可以为20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%或者20-30%之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述rs为10-15μm。
可选的，所述rs可以为10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm或者10-15μm之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述t为30-60min，所述v为600-800Hz。
可选的，所述t可以为30min、40min、50min、60min或者30-60min之间的任一值，所述v可以为600Hz、700Hz、800Hz或者600-800Hz之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述重金属固化剂的用量为所述含重金属污酸中和渣的质量的1-3%。
可选的，所述重金属固化剂的用量可以为所述含重金属污酸中和渣的质量的1%、2%、3%或者1-3%之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述碱活性胶凝材料与所述含重金属污酸中和渣的质量比为1：（1-2）。
可选的，所述碱活性胶凝材料与所述含重金属污酸中和渣的质量比可以为1：1、1：1.5、1：2或者1：（1-2）之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述第二搅拌的时间为20-30min，搅拌频率为300-400Hz。
在一个可选的实施方式中，所述第三搅拌的时间为5-10min，搅拌频率为400-500Hz。
在一个可选的实施方式中，所述养护的温度为60-70℃，湿度为90-95%，时间为24-36h。
可选的，所述养护的温度可以为60℃、65℃、70℃或者60-70℃之间的任一值，湿度可以为90%、91%、92%、93%、94%、95%或者90-95%之间的任一值，时间可以为24h、30h、36h或者24-36h之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述含重金属污酸中和渣中的重金属包括铜、铅、锌、砷、镉等。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请实施例使用的含重金属污酸中和渣的成分如表1所示：
表1 含重金属污酸中和渣的主要化学成分（XRF半定量分析）
含重金属污酸中和渣的XRD谱图如图1所示，粒度分布曲线如图2所示。其主要矿物为二水硫酸钙，多金属钙渣的平均粒径为12μm，约为1200目，平均粒径以下的粒度组成占比高达81.26%，属于超细粉体。
实施例1
如图3所示，本实施例提供一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化污酸中和渣中重金属的方法，具体包括如下步骤：
首先通过立式双轴搅拌对污酸中和渣进行机械力强化解毒，同步加入表面改性解聚剂对污酸中和渣进行解聚分散，表面改性剂包括聚羧酸减水剂50%、木质素磺酸钠40%和磺化三聚氰胺树脂10%；所述表面改性解聚剂的用量按下式计算：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
反应温度T为25℃，污酸中和渣流动度L为30mm，污酸中和渣含水率w为25%，污酸中和渣粒度rs为10μm，搅拌时间t为30min，搅拌频率为600Hz，可计算得到污酸中和渣解聚系数φ=25×（25×10/30）3/(600×30)=0.8，解聚剂解聚效能系数x=3×0.5+2×0.4+1×0.1=2.4；
表面改性解聚剂用量为含重金属污酸中和渣的质量的0.8/2.4=0.33%，搅拌后污酸中和渣的流动度为200mm；
进一步对分散后的均化体系加入含膨润土、硅藻土、聚丙烯酸酯、硫酸亚铁的重金属固化剂，混合比例为硅藻土14%、膨润土78%、聚丙烯酸酯6%、硫酸亚铁2%，重金属固化剂的用量为含重金属污酸中和渣的1%，机械力搅拌时间为20min，充分进行络合反应实现重金属离子的第一步固化；
最后在实现第一步固化后的均化体系中加入矿粉、粉煤灰、水玻璃、氢氧化钠组成的二次固化碱活性胶凝材料，物料配比为矿粉23%、粉煤灰64%、水玻璃9%、氢氧化钠4%，二次固化胶凝材料与含重金属污酸中和渣的质量比为1:1.5，搅拌时间为10min，养护温度65℃，养护湿度为95%，养护时间24h。
最终实现含重金属污酸中和渣的低成本短流程无害化处置，依据国标GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对污酸中和渣固化前后重金属浸出毒性进行检测，检测结果见表2。
表2 污酸中和渣重金属浸出毒性无害化处置前后对比结果
实施例2
本实施例提供一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化污酸中和渣中重金属的方法，具体包括如下步骤：
首先通过立式双轴搅拌对污酸中和渣进行机械力强化解毒，同步加入表面改性解聚剂对污酸中和渣进行解聚分散，表面改性剂为聚羧酸减水剂；所述表面改性解聚剂的用量按下式计算：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
反应温度T为20℃，污酸中和渣流动度L为35mm，污酸中和渣含水率w为30%，污酸中和渣粒度rs为15μm，搅拌时间t为60min，搅拌频率为800Hz，可计算得到污酸中和渣解聚系数φ=20×（30×10/35）3/(800×60)=0.89，解聚剂解聚效能系数x=3×1.0+2×0+1×0=3；
表面改性解聚剂用量为含重金属污酸中和渣的质量的0.89/3=0.30%，搅拌后污酸中和渣的流动度为220mm；
进一步对分散后的均化体系加入含膨润土、硅藻土、聚丙烯酸酯、硫酸亚铁的重金属固化剂，混合比例为硅藻土10%、膨润土80%、聚丙烯酸酯9%、硫酸亚铁1%，重金属固化剂的用量为含重金属污酸中和渣的3%，机械力搅拌时间为30min，充分进行络合反应实现重金属离子的第一步固化；
最后在实现第一步固化后的均化体系中加入矿粉、粉煤灰、水玻璃、氢氧化钠组成的二次固化碱活性胶凝材料，物料配比为矿粉20%、粉煤灰65%、水玻璃10%、氢氧化钠5%，二次固化胶凝材料与含重金属污酸中和渣的质量比为1:1，搅拌时间为5min，养护温度70℃，养护湿度为90%，养护时间36h。
最终实现含重金属污酸中和渣的低成本短流程无害化处置，依据国标GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对污酸中和渣固化前后重金属浸出毒性进行检测，检测结果见表3。
表3 污酸中和渣重金属浸出毒性无害化处置前后对比结果
实施例3
本实施例提供一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化污酸中和渣中重金属的方法，具体包括如下步骤：
首先通过立式双轴搅拌对污酸中和渣进行机械力强化解毒，同步加入表面改性解聚剂对污酸中和渣进行解聚分散，表面改性剂为木质素磺酸钠50%，磺化三聚氰胺树脂50%；所述表面改性解聚剂的用量按下式计算：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
反应温度T为23℃，污酸中和渣流动度L为33mm，污酸中和渣含水率w为20%，污酸中和渣粒度rs为13μm，搅拌时间t为45min，搅拌频率为700Hz，可计算得到污酸中和渣解聚系数φ=23×（20×10/33）3/(700×45)=0.36，解聚剂解聚效能系数x=3×0+2×0.5+1×0.5=1.5；
表面改性解聚剂用量为含重金属污酸中和渣的质量的0.36/1.5=0.24%，搅拌后污酸中和渣的流动度为210mm；
进一步对分散后的均化体系加入含膨润土、硅藻土、聚丙烯酸酯、硫酸亚铁的重金属固化剂，混合比例为硅藻土13%、膨润土75%、聚丙烯酸酯8%、硫酸亚铁3%，重金属固化剂的用量为含重金属污酸中和渣的2%，机械力搅拌时间为25min，充分进行络合反应实现重金属离子的第一步固化；
最后在实现第一步固化后的均化体系中加入矿粉、粉煤灰、水玻璃、氢氧化钠组成的二次固化碱活性胶凝材料，物料配比为矿粉23%、粉煤灰63%、水玻璃9%、氢氧化钠5%，二次固化胶凝材料与含重金属污酸中和渣的质量比为1:1.5，搅拌时间为8min，养护温度63℃，养护湿度为93%，养护时间30h。
最终实现含重金属污酸中和渣的低成本短流程无害化处置，依据国标GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对污酸中和渣固化前后重金属浸出毒性进行检测，检测结果见表4。
表4 污酸中和渣重金属浸出毒性无害化处置前后对比结果
对比例1
本对比例提供一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化污酸中和渣中重金属的方法，具体包括如下步骤：
首先通过立式双轴搅拌对污酸中和渣进行机械力强化解毒，搅拌后污酸中和渣的流动度为35mm；
进一步对分散后的均化体系加入含膨润土、硅藻土、聚丙烯酸酯、硫酸亚铁的重金属固化剂，混合比例为硅藻土13%、膨润土75%、聚丙烯酸酯8%、硫酸亚铁3%，重金属固化剂的用量为含重金属污酸中和渣的2%，机械力搅拌时间为25min，充分进行络合反应实现重金属离子的第一步固化；
最后在实现第一步固化后的均化体系中加入矿粉、粉煤灰、水玻璃、氢氧化钠组成的二次固化碱活性胶凝材料，物料配比为矿粉23%、粉煤灰63%、水玻璃9%、氢氧化钠5%，二次固化胶凝材料与含重金属污酸中和渣的质量比为1:1.5，搅拌时间为8min，养护温度63℃，养护湿度为93%，养护时间30h。
最终实现含重金属污酸中和渣的低成本短流程无害化处置，依据国标GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对污酸中和渣固化前后重金属浸出毒性进行检测，检测结果见表5。
表5 污酸中和渣重金属浸出毒性无害化处置前后对比结果
对比例2
本对比例提供一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化污酸中和渣中重金属的方法，具体包括如下步骤：
首先通过立式双轴搅拌对污酸中和渣进行机械力强化解毒，同步加入表面改性解聚剂对污酸中和渣进行解聚分散，表面改性剂为木质素磺酸钠50%，磺化三聚氰胺树脂50%；所述表面改性解聚剂的用量按下式计算：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
反应温度T为23℃，污酸中和渣流动度L为33mm，污酸中和渣含水率w为20%，污酸中和渣粒度rs为13μm，搅拌时间t为45min，搅拌频率为700Hz，可计算得到污酸中和渣解聚系数φ=23×（20×10/33）3/(700×45)=0.36，解聚剂解聚效能系数x=3×0+2×0.5+1×0.5=1.5；
表面改性解聚剂用量为含重金属污酸中和渣的质量的0.36/1.5=0.24%，搅拌后污酸中和渣的流动度为210mm；
进一步在均化体系中加入矿粉、粉煤灰、水玻璃、氢氧化钠组成的二次固化碱活性胶凝材料，物料配比为矿粉23%、粉煤灰63%、水玻璃9%、氢氧化钠5%，二次固化胶凝材料与含重金属污酸中和渣的质量比为1:1.5，搅拌时间为8min，养护温度63℃，养护湿度为93%，养护时间30h。
最终实现含重金属污酸中和渣的低成本短流程无害化处置，依据国标GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对污酸中和渣固化前后重金属浸出毒性进行检测，检测结果见表6。
表6 污酸中和渣重金属浸出毒性无害化处置前后对比结果
对比例3
本对比例提供一种高效解聚分散污酸中和渣及双重固化污酸中和渣中重金属的方法，具体包括如下步骤：
首先通过立式双轴搅拌对污酸中和渣进行机械力强化解毒，同步加入表面改性解聚剂对污酸中和渣进行解聚分散，表面改性剂为木质素磺酸钠50%，磺化三聚氰胺树脂50%；所述表面改性解聚剂的用量按下式计算：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
反应温度T为23℃，污酸中和渣流动度L为33mm，污酸中和渣含水率w为20%，污酸中和渣粒度rs为13μm，搅拌时间t为45min，搅拌频率为700Hz，可计算得到污酸中和渣解聚系数φ=23×（20×10/33）3/(700×45)=0.36，解聚剂解聚效能系数x=3×0+2×0.5+1×0.5=1.5；
表面改性解聚剂用量为含重金属污酸中和渣的质量的0.36/1.5=0.24%，搅拌后污酸中和渣的流动度为210mm；
进一步对分散后的均化体系加入含膨润土、硅藻土、聚丙烯酸酯、硫酸亚铁的重金属固化剂，混合比例为硅藻土13%、膨润土75%、聚丙烯酸酯8%、硫酸亚铁3%，重金属固化剂的用量为含重金属污酸中和渣的2%，机械力搅拌时间为25min，充分进行络合反应实现重金属离子的固化，依据国标GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对污酸中和渣固化前后重金属浸出毒性进行检测，检测结果见表7。
表7 污酸中和渣重金属浸出毒性无害化处置前后对比结果
对比例4
本对比例提供一种高效解聚分散污酸中和渣及双重固化污酸中和渣中重金属的方法，具体包括如下步骤：
首先通过立式双轴搅拌对污酸中和渣进行机械力强化解毒，同步加入表面改性解聚剂对污酸中和渣进行解聚分散，表面改性剂为木质素磺酸钠50%，磺化三聚氰胺树脂50%；所述表面改性解聚剂的用量按下式计算：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为污酸中和渣解聚系数，x为所述表面改性解聚剂解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
反应温度T为23℃，污酸中和渣流动度L为33mm，污酸中和渣含水率w为20%，污酸中和渣粒度rs为13μm，搅拌时间t为45min，搅拌频率为700Hz，可计算得到污酸中和渣解聚系数φ=23×（20×10/33）3/(700×45)=0.36，解聚剂解聚效能系数x=3×0+2×0.5+1×0.5=1.5；
表面改性解聚剂用量为含重金属污酸中和渣的质量的0.36/1.5=0.24%，搅拌后污酸中和渣的流动度为210mm；
进一步对分散后的均化体系加入含膨润土、聚丙烯酸酯、硫酸亚铁的重金属固化剂，混合比例为膨润土88%、聚丙烯酸酯8%、硫酸亚铁3%，重金属固化剂的用量为含重金属污酸中和渣的2%，机械力搅拌时间为25min，充分进行络合反应实现重金属离子的第一步固化；
最后在实现第一步固化后的均化体系中加入矿粉、粉煤灰、水玻璃、氢氧化钠组成的二次固化碱活性胶凝材料，物料配比为粉煤灰86%、水玻璃9%、氢氧化钠5%，二次固化胶凝材料与含重金属污酸中和渣的质量比为1:1.5，搅拌时间为8min，养护温度63℃，养护湿度为93%，养护时间30h。
最终实现含重金属污酸中和渣的低成本短流程无害化处置，依据国标GB 5085.3-2007 《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》对污酸中和渣固化前后重金属浸出毒性进行检测，检测结果见表8。
表8 污酸中和渣重金属浸出毒性无害化处置前后对比结果
部分重金属固化剂可以与污酸中和渣中的重金属离子形成络合物，从而降低中和渣中的重金属污染风险，但该络合反应过程需要固化剂与重金属离子进行充分接触，且形成的络合物长期稳定性还有待考究，基于此本申请提出一种高效解聚分散污酸中和渣及双重固化重金属的低成本无害化处置方法，通过物-化协同作用实现污酸中和渣体系的均化，增强重金属固化剂与污酸中和渣中重金属的反应，进而加入以固废原料为主体的碱活性胶凝材料，进一步实现含重金属络合物的固化，从而实现含重金属污酸中和渣的低成本深度固化无害化处置。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，包括：
将含重金属污酸中和渣和表面改性解聚剂混合，然后进行第一机械力强化搅拌得到均化物料；将所述均化物料和重金属固化剂混合，然后进行第二搅拌得到第一固化物料；将所述第一固化物料和碱活性胶凝材料混合，然后进行第三搅拌、养护；
所述表面改性解聚剂包括聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠和磺化三聚氰胺树脂中的一种或多种；所述表面改性解聚剂的用量满足以下条件：
m=ms×φ/x；
其中，ms为所述含重金属污酸中和渣的质量，φ为所述含重金属污酸中和渣的解聚系数，x为所述表面改性解聚剂的解聚效能系数；
φ满足以下条件：
φ=T×（w×rs/L）3/（v×t）；
其中，T为进行所述第一机械力强化搅拌的温度，L为所述含重金属污酸中和渣的流动度，w为所述含重金属污酸中和渣的含水率，rs为所述含重金属污酸中和渣的粒度，t为进行所述第一机械力强化搅拌的时间，v为进行所述第一机械力强化搅拌的频率；
x满足以下条件：
x=3×Mj+2×Mm+1×Mh；
其中，Mj表示所述表面改性解聚剂中聚羧酸减水剂所占比例，Mm表示所述表面改性解聚剂中木质素磺酸钠所占比例，Mh表示所述表面改性解聚剂中磺化三聚氰胺树脂所占比例；
所述重金属固化剂以其自身总质量为100%计算，包括：硅藻土10-15%、膨润土72-80%、聚丙烯酸酯5-10%、硫酸亚铁1-3%；
所述碱活性胶凝材料以其自身总质量为100%计算，包括：S95矿渣粉20-25%、粉煤灰60-65%、水玻璃8-10%、氢氧化钠2-5%。
2.根据权利要求1所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述T为20-25℃，所述L为30-35mm，所述w为20-30%。
3.根据权利要求2所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述rs为10-15μm。
4.根据权利要求3所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述t为30-60min，所述v为600-800Hz。
5.根据权利要求1所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述重金属固化剂的用量为所述含重金属污酸中和渣的质量的1-3%。
6.根据权利要求1所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述碱活性胶凝材料与所述含重金属污酸中和渣的质量比为1：（1-2）。
7.根据权利要求1所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述第二搅拌的时间为20-30min，搅拌的频率为300-400Hz。
8.根据权利要求1所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述第三搅拌的时间为5-10min，搅拌的频率为400-500Hz。
9.根据权利要求1所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述养护的温度为60-70℃，湿度为90-95%，时间为24-36h。
10.根据权利要求1-9任一项所述的高效解聚分散污酸中和渣并双重固化重金属的方法，其特征在于，所述含重金属污酸中和渣中的重金属包括铜、铅、锌、砷、镉。
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