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一種重金屬污泥高溫熔融固化方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610039473.1

申請日:

2016.01.21

公開號:

CN105541065A

公開日:

2016.05.04

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):C02F 11/00申請日:20160121|||公開
IPC分類號: C02F11/00; C02F11/12 主分類號: C02F11/00
申請人: 昆明理工大學; 云南銅業股份有限公司; 楚雄滇中有色金屬有限責任公司
發明人: 王華; 王沖; 祝星; 尤開云; 祁先進; 惠興歡; 趙占沖; 周尚; 魏永剛; 胡建杭
地址: 650093 云南省昆明市五華區學府路253號
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610039473.1

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2016.06.01|||2016.05.04

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種重金屬污泥高溫熔融固化方法,屬于化工環保技術領域。本發明首先向自然風干后的重金屬污泥中加入自然風干后的重金屬污泥質量1~15%的添加劑混合球磨至粒徑<1mm得到球磨物料;將得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100~800℃條件下干燥0.1~3h;將經干燥處理的物料升溫至溫度為1000~1400℃條件下高溫熔融0.1~3h,在此過程中產生的煙氣經除塵、返回干燥球磨物料溫度降至50~100℃后洗滌最后達標排放,熔融完成后的固化產物經澆筑成型后得到固化體。通過本方法得到的熔融固化體浸出毒性達到一般固體廢棄物標準,且該熔融固化體具有較高的強度,減容率高,長期穩定性強,固化徹底的優點。

權利要求書

1.一種重金屬污泥高溫熔融固化方法,其特征在于具體步驟如下:
(1)首先向自然風干后的重金屬污泥中加入自然風干后的重金屬污泥質量1~15%的添
加劑混合球磨至粒徑<1mm得到球磨物料;
(2)將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100~800℃條件下干燥0.1~
3h;
(3)將經步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1000~1400℃條件下高溫熔融0.1~
3h,在此過程中產生的煙氣經除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至50~100℃后洗
滌最后達標排放,熔融完成后的固化產物經澆筑成型后得到固化體。
2.根據權利要求1所述的重金屬污泥高溫熔融固化方法,其特征在于:所述步驟(1)重
金屬污泥主要成分為鈣基化合物,干基污泥含砷量<40wt%,自然風干后的重金屬污泥含水
率<40%。
3.根據權利要求1所述的重金屬污泥高溫熔融固化方法,其特征在于:所述步驟(1)添
加劑為SiO2。
4.根據權利要求1所述的重金屬污泥高溫熔融固化方法,其特征在于:所述步驟(3)的
洗滌過程中選用氫氧化鈉或氫氧化鈣溶液洗滌。

說明書

一種重金屬污泥高溫熔融固化方法

技術領域

本發明涉及一種重金屬污泥高溫熔融固化方法,屬于化工環保技術領域。

背景技術

目前,有色重金屬冶煉以火法冶煉為主,而重金屬火法冶煉大都采用煙氣洗滌的
方式去除煙氣中存在的雜質成分,進而會產生大量的酸性重金屬廢水,此類廢水通過石灰-
鐵鹽法或中和法處理后轉化為達標的工業用水,伴生于重金屬礦物中的砷(As)和其他重金
屬元素通過中和沉淀的方法全部進入至中和渣(重金屬污泥)中。故此,有色重金屬冶煉行
業每年要產生數百萬噸的此類重金屬污泥,在毒性浸出實驗中砷、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、
汞(Hg)、硒(Se)等重金屬元素的浸出毒性都超過國家標準,現被定義為危險廢棄物(國家危
險廢物名錄編號HW24)。受制于技術限制、環保要求、處理成本等多方面因素,此類重金屬污
泥仍無法有效處置或利用,企業大都將重金屬污泥堆存在“三防”渣庫中。“三防”渣庫堆存
的重金屬污泥,不僅維護成本高,而且存在巨大的安全隱患,一旦發生地震、泥石流、山洪暴
發等地質災害,將對當地生態造成無可挽回的傷害。因此,對重金屬污泥的無害化處置或資
源化利用具有十分重要的意義,關乎有色重金屬行業的可持續發展與社會穩定,同時也受
到國內外學者的廣泛關注。

國內外學者針對這種重金屬污泥的處置,提出了不同的理論和方法,比較通用的
有低溫陶瓷處置法、高溫還原分解處置法、聚合固化處置法以及水泥固化處置法。其中水泥
固化處置法操作簡單,成本低,原料極易獲得,是最常用的無害化處置方法。但是該處置方
法中固化體的中長期穩定性和潛在風險尚待深入研究。因此,水泥固化處置法仍有大量的
理論和技術問題特別是耐久性需要解決。如何提高固化體的中長期穩定性,降低潛在風險,
從而提高固化效果,是危險廢物處置過程中面臨的重要問題。本專利探求出一種新的固化
處置方法—高溫熔融固化處置法,高溫熔融固化處置法是將重金屬固體廢棄物和一定量的
添加劑混合后,在高溫下達到熔融狀態,然后迅速冷卻降溫形成玻璃固化體,利用降溫過程
中形成的致密晶體結構,完成重金屬元素的固化。在所有的重金屬污泥的固化處置法中高
溫熔融固化是安全系數較高的處置方法,是解決重金屬污泥污染較為徹底的方法。隨著全
球工業持續快速的發展以及人們對生態環境保護意識的增強,這不僅會產生一定經濟效
益,更重要的在于其帶來的環保效益和社會效益。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題及不足,本發明提供一種重金屬污泥高溫熔融固化
方法。通過本方法得到的熔融固化體浸出毒性達到一般固體廢棄物標準,且該熔融固化體
具有較高的強度,減容率高,長期穩定性強,固化徹底的優點,本發明通過以下技術方案實
現。

一種重金屬污泥高溫熔融固化方法,其具體步驟如下:

(1)首先向自然風干后的重金屬污泥中加入自然風干后的重金屬污泥質量1~15%的添
加劑混合球磨至粒徑<1mm得到球磨物料;

(2)將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100~800℃條件下干燥0.1~
3h;

(3)將經步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1000~1400℃條件下高溫熔融0.1~
3h,在此過程中產生的煙氣經除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至50~100℃后洗
滌最后達標排放,熔融完成后的固化產物經澆筑成型后得到固化體。

所述步驟(1)重金屬污泥主要成分為鈣基化合物(硫酸鈣、碳酸鈣、砷酸鈣、亞砷酸
鈣、氫氧化鈣、氯化鈣等),干基污泥含砷量<40wt%,自然風干后的重金屬污泥含水率<40%。

所述步驟(1)添加劑為SiO2。

所述步驟(3)的洗滌過程中選用氫氧化鈉或氫氧化鈣溶液洗滌。

本發明的有益效果是:

(1)減容率高、產物穩定。它將含砷污泥與添加劑一起高溫熔融,生成穩定的玻璃體,砷
和其他重金屬元素被包容在玻璃體中,浸出率低,利于徹底長久處置;

(2)污泥熔融固化較為徹底,所得固化體穩定性較高,同時充分利用熔融余熱,能源利
用效率高;

(3)產生的煙氣經過余熱利用、過濾、洗滌后改善凈化效果,除塵產生的飛灰返回到球
磨混合后進行二次熔融處理,減少二次污染。

附圖說明

圖1是本發明工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式,對本發明作進一步說明。

實施例1

如圖1所示,該重金屬污泥高溫熔融固化方法,其具體步驟如下:

(1)首先向自然風干后的重金屬污泥(重金屬污泥的成分組成見表1)中加入自然風干
后的重金屬污泥質量1%的添加劑混合球磨至粒徑<1mm得到球磨物料,其中添加劑為SiO2;

表1含砷重金屬污泥的化學組成(%)


(2)將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為100℃條件下干燥3h;

(3)將經步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1000℃條件下高溫熔融3h,在此過程中
產生的煙氣經除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至50℃后洗滌(采用濃度為3mol/l
的氫氧化鈉溶液洗滌3h)最后達標排放,熔融完成后的固化產物經澆筑成型后得到固化體。

結果及測試結果為:步驟(3)中熔融殘渣的減容率達到了72.28%,揮發率達到了
26.4%;固化體的維氏硬度達到了3725.34Mpa,靜態抗彎曲強度達到了55.39Mpa,斷裂韌性
達到了0.9Mpa/m2,重金屬固定率以及浸出毒性結果分別見表2、表3。

表21400℃下污泥中重金屬固定率(%)


表31400℃熔融固化前后毒性浸出實驗結果(mg/L)


注:排放國標為GB5085.3-2007(mg/L)

由上述數據可知,高溫熔融固化方法減容率高,固化體機械強度好,固化效果好。

實施例2

如圖1所示,該重金屬污泥高溫熔融固化方法,其具體步驟如下:

(1)首先向自然風干后的重金屬污泥(重金屬污泥的成分組成見表4)中加入自然風干
后的重金屬污泥質量10%的添加劑混合球磨至粒徑<1mm得到球磨物料,其中添加劑為SiO2;

表4含砷重金屬污泥的化學組成(%)


(2)將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為800℃條件下干燥0.1h;

(3)將經步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1400℃條件下高溫熔融0.1h,在此過程
中產生的煙氣經除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至80℃后洗滌(采用濃度為
3mol/L的氫氧化鈉溶液洗滌0.1h)最后達標排放,熔融完成后的固化產物經澆筑成型后得
到固化體。

結果及測試結果為:步驟(3)中熔融殘渣的減容率達到了78.64%,揮發率達到了
30.4%;固化體的維氏硬度達到了3755.94Mpa,靜態抗彎曲強度達到了59.25Mpa,斷裂韌性
達到了1.1Mpa/m2,重金屬固定率以及浸出毒性結果分別見表5、表6。

表51300℃下污泥重金屬固定率(%)


表61300℃熔融固化前后毒性浸出實驗結果(mg/L)


注:排放國標為GB5085.3-2007(mg/L)

由上述數據可知,高溫熔融固化方法減容率高,固化體機械強度好,固化效果好。

實施例3

如圖1所示,該重金屬污泥高溫熔融固化方法,其具體步驟如下:

(1)首先向自然風干后的重金屬污泥(重金屬污泥的成分組成見表7)中加入自然風干
后的重金屬污泥質量15%的添加劑混合球磨至粒徑<1mm得到球磨物料,其中添加劑為SiO2;

表7含砷重金屬污泥的化學組成(%)


(2)將步驟(1)得到的球磨物料采用煙氣余熱在溫度為500℃條件下干燥1.5小時;

(3)將經步驟(2)干燥處理的物料升溫至溫度為1200℃條件下高溫熔融1.5小時,在此
過程中產生的煙氣經除塵、返回步驟(2)中干燥球磨物料溫度降至100℃后洗滌(采用濃度
為3mol/L氫氧化鈉溶液洗滌1.5小時最后達標排放,熔融完成后的固化產物經澆筑成型后
得到固化體。

結果及測試結果為:步驟(3)中熔融殘渣的減容率達到了79.11%,揮發率達到了
31.3%,固化體的維氏硬度達到了4937.94Mpa,靜態抗彎曲強度達到了78.36Mpa,斷裂韌性
達到了1.29Mpa/m2,重金屬固定率以及浸出毒性結果分別見表8、表9。

表8在1200℃熔融固化添加7%SiO2時重金屬固定率(%)


表91200℃熔融固化添加7%SiO2時毒性浸出實驗結果(mg/L)


注:排放國標為GB085.3-2007(mg/L)

由上述數據可知,高溫熔融固化方法減容率高,固化體機械強度好,固化效果好。

以上結合附圖對本發明的具體實施方式作了詳細說明,但是本發明并不限于上述
實施方式,在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內,還可以在不脫離本發明宗旨的前
提下作出各種變化。

關 鍵 詞:
一種 重金屬 污泥 高溫 熔融 固化 方法
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