CN209221403U - 电解矿渣储料无害化处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电解矿渣储料无害化处理系统，包括电解矿渣储池、电解矿渣无害化处理装置和废水处理装置，电解矿渣储池内填入电解矿渣形成电解矿渣堆，电解矿渣储池内设有用于静压注浆的多层布浆孔阵，电解矿渣储池周边设有连续止水桩，电解矿渣堆表面敷设有若干排水排气管，电解矿渣无害化处理装置包括依次设置的第一清洗池、碱洗池和第二清洗池，第一清洗池的排水端连接在废水处理装置的进水端上，废水处理装置包括依次相连的调节反应池一、斜管沉淀池一、强氧化反应池、调节反应池二、斜管沉淀池二和除盐池。本系统杜绝了污水外泄及雨水侵入，并且能够对电解矿渣进行充分的无害化处理，产生的废水也得到妥善处置，不会对环境造成污染。

Description

电解矿渣储料无害化处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种电解矿渣储料无害化处理系统，属于固废处理技术领域。

背景技术

电解矿渣中含有大量的可溶性金属离子、氨氮等有害物质，在自然风化雨淋条件作用下，可溶性金属离子和氨氮会迁移释放到周边的土壤、地表水和地下水中，造成严重污染。电解矿渣在河道和水库的大量沉积，会影响流域生态环境和饮用水源安全。随着时间的推移，沉积物中的有毒物质含量将不断增加，并可能对饮用水源和居民生活造成长期威胁。

目前，由于电解矿渣堆场高昂的建设和运行成本，国内绝大部分现有的电解矿渣堆存在选址不科学、建设不规范、安全防渗措施不达标的问题。此外，渣坝建设不合理，极易出现垮坝溃坝的问题。同时电解矿渣中的重金属离子、氨氮等污染物进入电解矿渣堆周边的土壤、地表水和地下水，导致土壤和水体污染严重，对周边地区社会经济的和谐、稳定发展有着极大的负面影响。

针对电解矿渣堆放引起的生态环境问题，目前急需一种行之有效的方法阻断电解矿渣污染的外泄，同时还需要阻断外来水源侵入电解矿渣堆体，使电解矿渣中的污染物得到有效控制，并且对电解矿渣进行无害化利用，以达到使电解矿渣变废为宝的目的。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提出一种电解矿渣储料无害化处理系统，其能阻断电解矿渣污染的外泄，并且能够对电解矿渣进行无害化利用，同时处理电解矿渣利用过程中产生的污染物。

本实用新型提出一种电解矿渣储料无害化处理系统，包括电解矿渣储池、电解矿渣无害化处理装置和废水处理装置，电解矿渣储池内填入电解矿渣形成电解矿渣堆，电解矿渣储池内设有用于静压注浆的多层布浆孔阵，电解矿渣储池周边设有连续止水桩，电解矿渣堆表面敷设有若干排水排气管，电解矿渣无害化处理装置包括依次设置的第一清洗池、碱洗池和第二清洗池，第一清洗池的排水端连接在废水处理装置的进水端上，废水处理装置包括依次相连的调节反应池一、斜管沉淀池一、强氧化反应池、调节反应池二、斜管沉淀池二和除盐池。

进一步地，多层布浆孔阵包括若干在电解矿渣堆中由下至上依次排布的布浆孔，布浆孔中穿设有穿孔注浆管，穿孔注浆管上设有沿其长度方向排布的两排漏孔，两排漏孔在穿孔注浆管径向上相对设置，两排漏孔在穿孔注浆管长度方向上互相错开设置。

进一步地，穿孔注浆管的管径为80mm～100mm，相邻布浆孔的孔间距为500mm～800mm。

进一步地，漏孔的孔径为5mm～15mm，同一排相邻漏孔之间的孔间距为400mm～600mm。

进一步地，连续止水桩包括沿电解矿渣储池周围连续设置的若干止水桩，止水桩竖直地插设在电解矿渣储池底部的原状土中，止水桩进入原状土的深度大于止水桩中心范围10m内电解矿渣堆最大深度1500mm以上。

进一步地，止水桩外侧设有L型挡臂，相邻L型挡臂互相连接形成防洪导流槽，防洪导流槽的最低点低于止水桩内侧电解矿渣堆顶面500mm以上。

进一步地，排水排气管沿电解矿渣堆坡度方向倾斜设置，排水排气管的管壁上设有若干排水排气孔，排水排气管与防水防腐蚀薄膜之间填有级配碎石，级配碎石上填有找平土，找平土上覆盖有防水防腐蚀薄膜，电解矿渣储池内设有与所有排水排气管底端相连通的连通管，连通管的顶端设有废气处理器，连通管的底端连接在废水处理装置上。

进一步地，电解矿渣无害化处理装置还包括碱液处理贮藏罐和中间贮水罐，碱液处理贮藏罐的进液端和出液端分别与碱洗池的排液端和进液端连接，中间贮水罐的进水端和出水端分别与第二清洗池的排水端和进水端连接，中间贮水罐的出水端与第一清洗池的进水端连接。

进一步地，除盐池的排水端连接在中间贮水罐的进水端上。

本实用新型解决了电解矿渣堆放对周边环境的影响，杜绝了含有大量污染物的污水外泄以及雨水侵入问题，并且能够对电解矿渣进行充分的无害化处理后制造建筑材料，在电解矿渣无害化处理中产生的废水也得到妥善处置，不会对环境造成污染。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步描写和阐述。

图1是本实用新型首选实施方式的电解矿渣储料无害化处理方法的工作原理图；

图2是本实用新型首选试试方式中用于体现电解矿渣储池的结构示意图；

图3是图2中电解矿渣储池的顶视图；

图4是用于体现穿孔注浆管的结构示意图；

图5是用于体现排水排气管与连通管配合关系的结构示意图。

附图标记：1、电解矿渣储池；11、电解矿渣堆；12、布浆孔；13、穿孔注浆管；131、漏孔；14、止水桩；141、L型挡臂；15、排水排气管；16、连通管；21、第一清洗池；22、碱洗池；23、第二清洗池；24、碱液处理贮藏罐；25、中间贮水罐；3、废水处理装置；31、调节反应池一；32、斜管沉淀池一；33、强氧化反应池；34、调节反应池二；35、斜管沉淀池二；36、除盐池；4、废气处理器。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本实用新型的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实用新型涉及的电解矿渣储料无害化处理方法，包括以下步骤：

S1：在电解矿渣储池1中填入电解矿渣形成电解矿渣堆11，采用拉管成孔注浆技术在电解矿渣堆11底部依次从下到上形成多层布浆孔阵，然后进行逐层静压注浆，注入电解矿渣无害化及固化药浆，电解矿渣无害化及固化药浆在电解矿渣内形成固化防渗层；

S2：沿电解矿渣储池1的周边使用无害化电解矿渣为主料，以搅拌桩方式设置连续止水桩14；

S3：在电解矿渣储池1中电解矿渣堆11表面敷设排水排气管15，在排水排气管15的上部覆盖级配碎石，覆土找平后用防水防腐蚀薄膜覆盖；

S4：取出电解矿渣，自然风干后加入破碎药剂破碎，再加入有害物降解药粉搅拌均匀，然后进行磨细制浆；

S5:对电解矿渣进行第一次水洗，然后脱水，加入碱液进行碱洗，排出碱液后进行第二次水洗，然后脱水，脱水完成的电解矿渣用于制造电解矿渣砖；

S6：收集步骤S5中第一次水洗产生的废水，首先在废水中加一号药，进行沉淀，分离沉泥后的废水加二号药，进行强氧化处理，分离沉泥后，在废水中加三号药和四号药，进行沉淀，分离沉泥后，对废水进行负压低温蒸发除盐，除盐后的废水循环使用，产生的固体盐处理后另作它用；

S7：收集步骤S6中分离的沉泥，回填电解矿渣储池1。

以下以处理电解锰渣为处理目标详细描述该电解矿渣储料无害化处理方法。

我国是全球最大的电解金属锰生产、消费和出口国，产能已经超过200万吨/年，占全球电解锰总产能的98％以上，电解锰渣是电解金属锰后产生的过滤酸渣，是电解锰行业的重点污染物。电解锰渣产生量达7～11吨/吨锰，每年产生量约为2000万吨，历年累积超过8000万吨，存量巨大，目前，国内的电解锰企业尚未找到妥善处理电解锰的方法，一般将电解锰运输到堆场筑坝堆放。国内的电解锰渣堆场占地面积大，安全系数低，且长期在风化淋溶的作用下，污染了大片土地、地表水及地下水，对生态环境造成了严重的破坏。

本实用新型首先解决电解锰渣在堆放存储的过程中污染环境的问题，在步骤S1中，首先对堆放电解矿渣的电解矿渣储池1进行防渗处理，以防止电解矿渣堆11中的污水渗出污染电解矿渣储池1周边环境。在电解矿渣储池1中的电解矿渣堆11中采用拉管成孔注浆技术，即使用穿孔注浆管13在电解矿渣储池1中电解矿渣堆11的底部依次由下向上，沿电解矿渣堆11的的水平方向，形成多层布浆孔阵，布浆孔阵的层数根据电解矿渣底部原状土的渗透性质来决定。通过布浆孔12中的穿孔注浆管13分区域逐层静压注入电解矿渣无害化及固化药浆，注浆静压在15mH2O以上，持续24h以上。电解矿渣无害化及固化药浆注入电解矿渣堆11之后，在电解矿渣堆11内电解矿渣之间的空隙中扩散，并与电解矿渣结合形成固化防渗层。电解矿渣无害化及固化药浆注入完成后，即可将布浆孔12内的穿孔注浆管13抽出，然后在上部的布浆孔12中重复利用。每层注浆全部完成后，再进行上层注浆施工。并且穿孔注浆管13采用塑料材质的管体，可以弯曲，从而能够保证最底层布浆孔12阵注浆形成的固化防渗层能够和电解矿渣堆11底部的原状土地形相贴合。

在步骤S1中，电解矿渣无害化和固化药剂包括以下重量份的组分：电解锰渣55～65份、石灰5～15份、粉煤灰15～25份、水泥5～15份和水1～100份，混合调匀制成流动的浆液，流动性保证能够通过穿孔注浆管13注入布浆孔12中。

在步骤S2中，对电解矿渣储池1的周边进行止水处理，止水处理的目的在于阻断电解矿渣储池1周边的外来水进入电解矿渣堆11。具体实现是采用搅拌桩的方式，在电解矿渣储池1的周围设置连续止水桩14，连续止水桩14包括若干连续并紧贴的，止水桩14包括以下重量份的组分：电解锰渣55～65份、生石灰粉5～15份、粉煤灰15～25份、水泥5～15份和高强度耐腐蚀纤维1～5份，并且在成桩过程中搅拌均匀各组分，使成桩材料含水率控制在40％～50％。止水桩14进入电解矿渣堆11底部原状土，并且其进入原状土的深度比止水桩14中心10m范围内电解矿渣堆11最大深度深1.5m，深入原状土中的止水桩14能够较好地避免电解矿渣储池1周围的地下水透入电解矿渣储池1中。止水桩14的顶端高度高于电解矿渣储池1中电解矿渣堆11堆面的高度需能够保证辅助打桩用土去除后外部雨水不得进入电解矿渣储池1。止水桩14成桩后，在止水桩14顶部对成桩材料进行静态压实或锤击压密，静态压实或锤击压密的外力在15MPa以上，压实或压密持续的时间在8h以上，以保证止水桩14的压实。

在步骤S3中，在电解矿渣储池1中电解矿渣堆11的表面进行防雨排水处理，具体的，电解矿渣覆盖前，在电解矿渣堆11的上表面上敷设排水排气管15，排水排气管15沿电解矿渣堆11上表面的坡度方向倾斜设置，排水排气管15在电解矿渣堆11表面单层设置。排水排气管15上覆盖级配碎石，级配碎石能够较好地保持排水排气管15的透水透气性。排水排气管15上部在填300mm土壤找平并水密实，然后用防水防腐蚀薄膜覆盖，在防水防腐蚀薄膜覆盖层出现损坏的情况下，进入电解矿渣堆11的雨水可以通过排水排气管15排出。而电解矿渣堆11内产生的废气也可以通过排水排气管15排出。此外，在防水防腐蚀薄膜表面上进行覆土，形成一定厚度的种植层，在种植上种植植物进行生态恢复。覆土形成种植层的厚度视生态恢复及植物种植的要求确定。在防水防腐蚀薄膜与其上部覆土种植层之间可设置渗透排水装置。

在步骤S4中，对电解矿渣进行磨细制浆处理，将电解矿渣从电解矿渣堆11中取出后自然风干，掺入破碎药剂进行破碎至颗粒粒径小于1mm，然后混入有害物降解药粉搅拌均匀，对电解矿渣进行初步的无害化处理并磨细制浆。其中，破碎药剂包括以下重量份的组分：硅酸钠1～3份和六偏磷酸钠3～6份，混合搅拌均匀即得。有害物降解药物包括以下重量份的组分：生石灰8～12份、电解锰渣80～85份、水5～10份、硅酸钠0.5～2份和六偏磷酸钠2～8份，混合搅拌均匀即得。

在步骤S5中，对电解矿渣进行进一步的无害化。电解矿渣无害化处理的过程包括第一次水洗、碱洗和第二次水洗。第一次水洗的目的在于洗去电解矿渣中的水溶性有害物以及各种杂质。第一次水洗后，对电解矿渣进行脱水，第一次水洗及脱水产生的废水统一收集进行废水处理。进行碱洗的目的在于中和电解矿渣过程中加入的酸，以及处理六价铬。在碱洗中使用的碱液，主要采取在水中加入生石灰的方式制得。碱洗之后排出碱液，排出的碱液经过处理和补充之后可以重复利用，继续用于碱洗。碱洗并排碱液后对电解矿渣进行第二次水洗，第二次水洗的目的在于洗去电解矿渣上附着的碱液。第二次水洗及脱水过程中产生的废水可以直接在第二次水洗中重复使用，也可以用于进行第一次水洗。第二次水洗之后的电解矿渣经过脱水干燥，可以用于生产建材，如电解矿渣砖等。制电解矿渣砖的具体过程如下：对生石灰水解时产生的热量进行和收集与保温，该温度可达120℃～160℃。电解矿渣砖包含如下组分：电解矿渣、河沙和水泥，可以根据电解矿渣的性质以及电解矿渣砖的具体用途，灵活调整各组分的用量，采取压制成型的方法，在温度为110℃，进行8h以上的压制，制备免烧免蒸的电解矿渣砖。

在步骤S6中，对步骤S5中第一次水洗及脱水产生的废水、步骤S3中排水排气管15收集的废水进行废水处理。下面对废水处理的过程进行具体的解释。首先，在废水中加入一号药，进行沉淀。一号药主要包括泥和混凝剂，混凝剂采用自来水工业中常用的混凝剂如明矾等，在本实用新型中，加入泥的作用主要在于裹挟废水中的污染物和部分锰离子沉降，采用泥不仅成本较低，取得的沉降效果也远胜于单独使用混凝剂。沉淀后分离沉泥，取上清液加入二号药，进行强氧化反应，通过强氧化反应中和废水中的酸液和有机污染物等。二号药主要采用强氧化剂，在本实施例中主要采用O₃和/或H₂O₂等。强氧化反应后废水中同样会产生沉泥，分离沉泥后，取上清液再加入三号药和四号药，再次进行沉淀。三号药为重金属离子络合剂，加入重金属离子络合剂的目的主要在于去除废水中的六价铬。本实施例中的重金属离子络合剂主要采用粉煤灰，粉煤灰本身即属于工业废弃物的一种，用于处理重金属离子成本低廉并且效果好。四号药为混凝剂，采用混凝剂的目的在于加强沉淀的效果，最大限度去除废水中的游离悬浮物，进一步澄清废水。分离沉泥后的澄清废水再进行除盐，除盐采用负压低温蒸发，使废水中的盐结晶析出，过滤固体盐后另行固体盐处理，滤过的废水可以进行重复利用，包括用于S5中的第一次水洗或第二次水洗等。在步骤S6中，各过程中分离的沉泥统一收集，回填电解矿渣储池1，能够后续再次利用。

处理电解钡矿渣、铜矿渣、锌矿渣、镍矿渣或铬矿渣等重金属电解矿渣时，与锰渣的处理方法相同，区别在于使用电解钡矿渣、铜矿渣、锌矿渣、镍矿渣或铬矿渣配置药剂。

本实用新型涉及的电解矿渣储料无害化处理方法解决了电解矿渣堆11放对周边环境的影响，杜绝了含有大量污染物的污水外泄以及雨水侵入问题，并且能够对电解矿渣进行充分的无害化处理后制造建筑材料，在电解矿渣无害化处理中产生的废水也得到妥善处置，不会对环境造成污染。

如图1所示，本实用新型首选实施方式的电解矿渣储料无害化处理系统包括：电解矿渣储池1、电解矿渣无害化处理装置和废水处理装置3。

电解矿渣储池1依据堆场的地形条件设置，采取在土层中挖深坑的方式掘出电解矿渣储池1。在电解矿渣储池1中填入电解矿渣形成电解矿渣堆11，电解矿渣堆11中沿水平方向设有多层布浆孔12阵，多层布浆孔12阵包括若干由下至上依次排布的布浆孔12，最底层的布浆孔12沿电解矿渣储池1底部的原状土土面延伸。布浆孔12采用拉管成孔技术，在电解矿渣堆11中埋入穿孔注浆管13进行成孔。穿孔注浆管13上设有沿其长度方向排布的漏孔131，漏孔131在穿孔注浆管13的管壁上设有两排，并且分别位于穿孔注浆管13径向的两端。两排漏孔131在穿孔注浆管13道的长度方向上互相错开。

电解矿渣储池1的周围设有连续止水桩14，连续止水桩14包括若干依次紧邻的止水桩14，止水桩14竖直地插设在电解矿渣储池1底部的原状土中，止水桩14进入原装土的深度比止水桩14中心范围10m内的电解矿渣堆11最大深度大1500mm以上。止水桩14的外侧设有L型挡臂141，相邻的L型挡臂141相连形成防洪导流槽，防洪导流槽的最低点比止水桩14内侧电解矿渣堆11顶面低500mm以上。

电解矿渣堆11的表面敷设若干排水排气管15，排水排气管15沿电解矿渣堆11坡度方向倾斜设置，排水排气管15的管壁上设有若干排水排气孔。排水排气管15上覆盖有级配碎石，级配碎石上填有找平土，在找平土上方覆盖有防水防腐蚀薄膜。防水防腐蚀薄膜上方再填土进行植物种植。电解矿渣储池1内设有与所有排水排气管15均连接的连通管16，连通管16设置在排水排气管15位置较低的底端。连通管16较高的顶端连接有废气处理器4，较低的底端连接在废水处理装置3上。

电解矿渣无害化处理装置包括依次设置的第一清洗池21、碱洗池22和第二清洗池23，以及用于储水的中间贮水罐25、用于处理贮藏碱液的碱液处理及贮藏罐。碱液处理贮藏罐24的进液端和出液端分别与碱洗池22的排液端和进液端连接，中间贮水罐25的进水端和出水端分别与第二清洗池23的排水端和进水端连接。

废水处理装置3包括依次相连的调节反应池一31、斜管沉淀池一32、强氧化反应池33、调节反应池二34、斜管沉淀池二35和除盐池36。第一清洗池21的排水端连接在调节反应池一31的进水端上。中间贮水罐25的出水端与第一清洗池21的进水端连接。除盐池36的排水端连接在中间贮水罐25的进水端上，从而形成完整的闭环。

上述具体实施方式仅仅对本实用新型的优选实施方式进行描述，而并非对本实用新型的保护范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本实用新型所提供的文字描述、附图对本实用新型的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本实用新型的保护范畴。本实用新型的保护范围由权利要求确定。

Claims (9)

1.一种电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，包括电解矿渣储池、电解矿渣无害化处理装置和废水处理装置，所述电解矿渣储池内填入电解矿渣形成电解矿渣堆，所述电解矿渣堆内设有用于静压注浆的多层布浆孔阵，所述电解矿渣储池周边设有连续止水桩，所述电解矿渣堆表面敷设有若干排水排气管，所述电解矿渣无害化处理装置包括依次设置的第一清洗池、碱洗池和第二清洗池，所述第一清洗池的排水端连接在废水处理装置的进水端上，所述废水处理装置包括依次相连的调节反应池一、斜管沉淀池一、强氧化反应池、调节反应池二、斜管沉淀池二和除盐池。

2.如权利要求1所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述多层布浆孔阵包括若干在电解矿渣堆中由下至上依次排布的布浆孔，所述布浆孔中穿设有穿孔注浆管，所述穿孔注浆管上设有沿其长度方向排布的两排漏孔，两排所述漏孔在穿孔注浆管径向上相对设置，两排所述漏孔在穿孔注浆管长度方向上互相错开设置。

3.如权利要求2所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述穿孔注浆管的管径为80mm～100mm，相邻所述布浆孔的孔间距为500mm～800mm。

4.如权利要求2所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述漏孔的孔径为5mm～15mm，同一排相邻所述漏孔之间的孔间距为400mm～600mm。

5.如权利要求1所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述连续止水桩包括沿电解矿渣储池周围连续设置的若干止水桩，所述止水桩竖直地插设在电解矿渣储池底部的原状土中，所述止水桩进入原状土的深度大于止水桩中心范围10m内电解矿渣堆最大深度1500mm以上。

6.如权利要求5所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述止水桩外侧设有L型挡臂，相邻所述L型挡臂互相连接形成防洪导流槽，所述防洪导流槽的最低点低于止水桩内侧电解矿渣堆顶面500mm以上。

7.如权利要求1所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述排水排气管沿电解矿渣堆坡度方向倾斜设置，所述排水排气管的管壁上设有若干排水排气孔，所述排水排气管与防水防腐蚀薄膜之间填有级配碎石，所述级配碎石上填有找平土，所述找平土上覆盖有防水防腐蚀薄膜，所述电解矿渣储池内设有与所有排水排气管底端相连通的连通管，所述连通管的顶端设有废气处理器，所述连通管的底端连接在废水处理装置上。

8.如权利要求7所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述电解矿渣无害化处理装置还包括碱液处理贮藏罐和中间贮水罐，所述碱液处理贮藏罐的进液端和出液端分别与碱洗池的排液端和进液端连接，所述中间贮水罐的进水端和出水端分别与第二清洗池的排水端和进水端连接，所述中间贮水罐的出水端与第一清洗池的进水端连接。

9.如权利要求8所述的电解矿渣储料无害化处理系统，其特征在于，所述除盐池的排水端连接在中间贮水罐的进水端上。