本发明涉及一种含砷石膏渣与铜渣协同固化的方法，属于重金属污染治理与冶金固体废弃物利用领域。
背景技术：
目前，有色冶炼产生的含砷污水，主要通过石灰-铁盐法进行处理后转化为达标的工业用水，但同时也产生了大量的含砷及重金属石膏渣。据统计，年产10万t铜冶炼厂配套的石灰-铁盐法工艺流程年产石膏渣1万t，由此，中国有色冶炼行业每年约生产100万t的石膏渣。石膏渣属于危险固体废弃物，虽然固砷效率高，但是毒性迁移能力较强，容易毒性浸出。现阶段有色企业主要通常将其堆存在“三防”渣库中。“三防”渣库用于堆存石膏渣，不仅维护成本较高，而且存在巨大的安全隐患，一旦发生地震、泥石流、山洪爆发等地质灾害，将对当地生态造成无可挽回的伤害。
我国是世界铜生产大国，每年铜渣排放量超过1000万t，目前全国铜渣的推存量超过了1.2亿t，铜渣已成为冶金行业中产生的数量较多的工业固体废弃物。铜渣在熔融状态下快速冷却会形成大块状的玻璃相物质，具有较好的晶体相。采用铜渣与含砷石膏渣在高温条件下，将石膏渣中的砷固化在铜渣晶格中，具有很高的稳定性，毒性浸出能力较低。固砷后的铜渣还可以进行二次利用，比如铺路、造砖等。
铜渣高温固砷不仅有效地实现铜渣的综合利用，符合国家已废制废的方针，具有很大的发展前景。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种含砷石膏渣与铜渣协同固化的方法；本发明方法固砷效果明显，反应后的固砷铜渣稳定性好、毒性迁移性小，可以进行二次回收利用，具有较广的应用前景。
本发明通过以下技术方案实现本发明目的，本发明含砷石膏渣与铜渣协同固化的方法，具体步骤如下：
（1）将含砷石膏渣与碳粉混合均匀后，在高温条件下进行碳热还原反应；
（2）向步骤（1）的反应物中加入一定比例的铜渣和粉煤灰进行高温固化反应，得到高温熔融固砷铜渣；
（3）向高温熔融固砷铜渣中通入冷风快速冷却形成含砷固态物质；
（4）高温碳热还原反应和高温固化反应生成的烟气通入氢氧化钙溶液中进行中和反应，中和反应后的沉淀物经过滤、干燥和研磨后，返回步骤（1）进行循环固砷处理。
所述步骤（1）中含砷石膏渣与碳粉按砷碳摩尔比为4:1~6:1进行混合，在温度为950~1100℃下反应1~1.5h.
所述步骤（2）中反应物、铜渣和粉煤灰按质量比14:17:2~14:11:1的比例进行混合，在温度为1100~1200℃下反应1~2h。
所述步骤（3）中冷风的速度为5m/s~7m/s。
本发明的有益效果是：
（1）本发明操作流程简单，固砷效果明显，相比常温常压固砷，高温固砷具有固砷效率高，反应后的含砷固态物质稳定性好、毒性迁移性小；
（2）固砷后的含砷固态物质具有较好的稳定性，可以二次回收利用，比如：铺路、造砖等。含砷石膏渣与铜渣同时得到有效利用，减少了固体废物堆存的管理费用和降低了固体废物堆存出现的安全隐患。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本含砷石膏渣与铜渣协同固化的方法如下：
（1）将含砷石膏渣（石膏渣来自西南地区某铜冶炼厂经过石灰-铁盐法处理污酸后的固体沉淀物，主要成分如表1）与碳粉（碳粉的元素分析成分如表2）按砷碳摩尔比为4:1的比例进行混合，在温度为950℃下反应1.5h；
（2）按反应物、铜渣（铜渣的主要成分如表3）和粉煤灰（粉煤灰的主要成分如表4）的质量比为14:17:2的比例，向步骤（1）的反应物中投加铜渣和粉煤灰，在温度为1100℃下反应2h，得到高温熔融固砷铜渣；
（3）步骤（2）反应结束后向高温熔融固砷铜渣中通入冷风（冷空气），高温熔融固砷铜渣快速冷却形成含砷固态物质，冷风的速度为5m/s；
（4）高温碳热还原反应和高温固化反应生成的烟气通入氢氧化钙溶液中进行中和反应，反应后的沉淀物经过滤、干燥和研磨后，返回步骤（1）进行循环固砷处理；
（5）对步骤（3）获得的含砷固态物质进行icp检测，毒性浸出后的溶液中的as浓度低于国家《危险废物浸出毒性鉴别标准》（gb5085.3-2007），属于一般固体物，含砷固态物质可以进行二次回收利用，比如：铺路、造砖等。
表1含砷石膏渣的化学成分
表2碳粉的元素分析成分
表3铜渣的化学成分
表4粉煤灰的化学成分
实施例2：本含砷石膏渣与铜渣协同固化的方法如下：
（1）将含砷石膏渣（石膏渣来自西南地区某铜冶炼厂经过石灰-铁盐法处理污酸后的固体沉淀物，主要成分如表1）与碳粉（碳粉的元素分析成分如表2）按砷碳摩尔比为5:1的比例进行混合，在温度为1000℃下反应1.2h；
（2）按反应物、铜渣（铜渣的主要成分如表3）和粉煤灰（粉煤灰的主要成分如表4）的质量比为14:15:1.5的比例，向步骤（1）的反应物中投加铜渣和粉煤灰，在温度为1150℃下反应1.5h，得到高温熔融固砷铜渣；
（3）步骤（2）反应结束后向高温熔融固砷铜渣中通入冷风，高温熔融固砷铜渣快速冷却形成含砷固态物质，冷风的速度为6m/s；
（4）高温碳热还原反应和高温固化反应生成的烟气通入氢氧化钙溶液中进行中和反应，中和反应后的沉淀物经过滤、干燥和研磨后，返回步骤（1）进行循环固砷处理；
（5）对步骤（3）获得的含砷固态物质进行icp检测，毒性浸出后的溶液中的as浓度低于国家《危险废物浸出毒性鉴别标准》（gb5085.3-2007），属于一般固体物，含砷固态物质可以进行二次回收利用，比如：铺路、造砖等。
表1含砷石膏渣的化学成分
表2碳粉的元素分析成分
表3铜渣的化学成分
表4粉煤灰的化学成分
实施例3：本含砷石膏渣与铜渣协同固化的方法如下：
（1）将含砷石膏渣（石膏渣来自西南地区某铜冶炼厂经过石灰-铁盐法处理污酸后的固体沉淀物，主要成分如表1）与碳粉（碳粉的元素分析成分如表2）按砷碳摩尔比为6:1的比例进行混合，在温度为1100℃下反应1h；
（2）按反应物、铜渣（铜渣的主要成分如表3）和粉煤灰（粉煤灰的主要成分如表4）的质量比为14:11:1的比例，向步骤（1）的反应物中投加铜渣和粉煤灰，在温度为1200℃下反应1h，得到高温熔融固砷铜渣；
（3）步骤（2）反应结束后向高温熔融固砷铜渣中通入冷风，高温熔融固砷铜渣快速冷却形成含砷固态物质，冷风的速度为7m/s；
（4）高温碳热还原反应和高温固化反应生成的烟气通入氢氧化钙溶液中进行中和反应，反应后的沉淀物经过滤、干燥和研磨后，返回步骤（1）进行循环固砷处理；
（5）对步骤（3）获得的含砷固态物质进行icp检测，毒性浸出后的溶液中的as浓度低于国家《危险废物浸出毒性鉴别标准》（gb5085.3-2007），属于一般固体物，含砷固态物质可以进行二次回收利用，比如：铺路、造砖等。
表1含砷石膏渣的化学成分
表2碳粉的元素分析成分
表3铜渣的化学成分
表4粉煤灰的化学成分