一种重金属污泥高温熔融固化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种重金属污泥高温熔融固化方法，属于化工环保技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，有色重金属冶炼以火法冶炼为主，而重金属火法冶炼大都采用烟气洗涤的 方式去除烟气中存在的杂质成分，进而会产生大量的酸性重金属废水，此类废水通过石灰_ 铁盐法或中和法处理后转化为达标的工业用水，伴生于重金属矿物中的砷(As)和其他重金 属元素通过中和沉淀的方法全部进入至中和渣（重金属污泥）中。故此，有色重金属冶炼行 业每年要产生数百万吨的此类重金属污泥，在毒性浸出实验中砷、铅(Pb)、镉(Cd)、锌(Zn)、 汞(Hg)、硒(Se)等重金属元素的浸出毒性都超过国家标准，现被定义为危险废弃物（国家危 险废物名录编号HW24)。受制于技术限制、环保要求、处理成本等多方面因素，此类重金属污 泥仍无法有效处置或利用，企业大都将重金属污泥堆存在"三防"渣库中。"三防"渣库堆存 的重金属污泥，不仅维护成本高，而且存在巨大的安全隐患，一旦发生地震、泥石流、山洪暴 发等地质灾害，将对当地生态造成无可挽回的伤害。因此，对重金属污泥的无害化处置或资 源化利用具有十分重要的意义，关乎有色重金属行业的可持续发展与社会稳定，同时也受 到国内外学者的广泛关注。
[0003] 国内外学者针对这种重金属污泥的处置，提出了不同的理论和方法，比较通用的 有低温陶瓷处置法、高温还原分解处置法、聚合固化处置法以及水泥固化处置法。其中水泥 固化处置法操作简单，成本低，原料极易获得，是最常用的无害化处置方法。但是该处置方 法中固化体的中长期稳定性和潜在风险尚待深入研究。因此，水泥固化处置法仍有大量的 理论和技术问题特别是耐久性需要解决。如何提高固化体的中长期稳定性，降低潜在风险， 从而提高固化效果，是危险废物处置过程中面临的重要问题。本专利探求出一种新的固化 处置方法一高温熔融固化处置法，高温熔融固化处置法是将重金属固体废弃物和一定量的 添加剂混合后，在高温下达到熔融状态，然后迅速冷却降温形成玻璃固化体，利用降温过程 中形成的致密晶体结构，完成重金属元素的固化。在所有的重金属污泥的固化处置法中高 温熔融固化是安全系数较高的处置方法，是解决重金属污泥污染较为彻底的方法。随着全 球工业持续快速的发展以及人们对生态环境保护意识的增强，这不仅会产生一定经济效 益，更重要的在于其带来的环保效益和社会效益。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种重金属污泥高温熔融固化 方法。通过本方法得到的熔融固化体浸出毒性达到一般固体废弃物标准，且该熔融固化体 具有较高的强度，减容率高，长期稳定性强，固化彻底的优点，本发明通过以下技术方案实 现。
[0005] -种重金属污泥高温熔融固化方法，其具体步骤如下： (1)首先向自然风干后的重金属污泥中加入自然风干后的重金属污泥质量1~15%的添 加剂混合球磨至粒径〈1mm得到球磨物料； (2) 将步骤（1)得到的球磨物料采用烟气余热在温度为100~800°C条件下干燥0.1~ 3h； (3) 将经步骤(2)干燥处理的物料升温至温度为1000~1400°C条件下高温熔融0.1~ 3h，在此过程中产生的烟气经除尘、返回步骤(2)中干燥球磨物料温度降至50~100°C后洗 涤最后达标排放，熔融完成后的固化产物经浇筑成型后得到固化体。
[0006] 所述步骤（1)重金属污泥主要成分为钙基化合物(硫酸钙、碳酸钙、砷酸钙、亚砷酸 钙、氢氧化钙、氯化钙等），干基污泥含砷量<40wt%，自然风干后的重金属污泥含水率〈40%。
[0007] 所述步骤(1)添加剂为SiO2。
[0008] 所述步骤(3)的洗涤过程中选用氢氧化钠或氢氧化f丐溶液洗涤。
[0009] 本发明的有益效果是： (1) 减容率高、产物稳定。它将含砷污泥与添加剂一起高温熔融，生成稳定的玻璃体，砷 和其他重金属元素被包容在玻璃体中，浸出率低，利于彻底长久处置； (2) 污泥熔融固化较为彻底，所得固化体稳定性较高，同时充分利用熔融余热，能源利 用效率高； (3) 产生的烟气经过余热利用、过滤、洗涤后改善净化效果，除尘产生的飞灰返回到球 磨混合后进行二次熔融处理，减少二次污染。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明工艺流程图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0012] 实施例1 如图1所示，该重金属污泥高温熔融固化方法，其具体步骤如下： (1) 首先向自然风干后的重金属污泥(重金属污泥的成分组成见表1)中加入自然风干 后的重金属污泥质量1%的添加剂混合球磨至粒径〈1_得到球磨物料，其中添加剂为SiO 2; 表1含砷重金属污泥的化学组成(％)
(2) 将步骤(1)得到的球磨物料采用烟气余热在温度为100°C条件下干燥3h; (3) 将经步骤(2)干燥处理的物料升温至温度为1000°C条件下高温熔融3h，在此过程中 产生的烟气经除尘、返回步骤(2)中干燥球磨物料温度降至50°C后洗涤(采用浓度为3mol/l 的氢氧化钠溶液洗涤3h)最后达标排放，熔融完成后的固化产物经浇筑成型后得到固化体。
[0013] 结果及测试结果为：步骤(3)中熔融残渣的减容率达到了72.28%，挥发率达到了 26.4%;固化体的维氏硬度达到了 3725.34Mpa，静态抗弯曲强度达到了 55.39Mpa，断裂韧性 达到了 0.9Mpa/m2,重金属固定率以及浸出毒性结果分别见表2、表3。
[0014] 表2 1400°C下污泥中重金属固定率(％)
注:排放国标为GB 5085.3-2007 (mg/L) 由上述数据可知，高温熔融固化方法减容率高，固化体机械强度好，固化效果好。
[0015] 实施例2 如图1所示，该重金属污泥高温熔融固化方法，其具体步骤如下： (1) 首先向自然风干后的重金属污泥(重金属污泥的成分组成见表4)中加入自然风干 后的重金属污泥质量10%的添加剂混合球磨至粒径〈1_得到球磨物料，其中添加剂为SiO 2; 表4含砷重金属污泥的化学组成(％)
(2) 将步骤(1)得到的球磨物料采用烟气余热在温度为800°C条件下干燥0.1 h; (3) 将经步骤(2)干燥处理的物料升温至温度为1400°C条件下高温熔融O.lh，在此过程 中产生的烟气经除尘、返回步骤（2)中干燥球磨物料温度降至80°C后洗涤（采用浓度为 3mol/L的氢氧化钠溶液洗涤0.1 h)最后达标排放，熔融完成后的固化产物经浇筑成型后得 到固化体。
[0016] 结果及测试结果为：步骤(3)中熔融残渣的减容率达到了 78.64%，挥发率达到了 30.4%;固化体的维氏硬度达到了3755.94Mpa，静态抗弯曲强度达到了 59.25Mpa，断裂韧性 达到了 l.IMpa/m2,重金属固定率以及浸出毒性结果分别见表5、表6。
[0017] 表5 1300°C下污泥重金属固定率(％)
表6 1300°C恪融固化前后毒性浸出实验结果(mg/L)
注:排放国标为GB 5085.3-2007 (mg/L) 由上述数据可知，高温熔融固化方法减容率高，固化体机械强度好，固化效果好。
[0018] 实施例3 如图1所示，该重金属污泥高温熔融固化方法，其具体步骤如下： (1) 首先向自然风干后的重金属污泥(重金属污泥的成分组成见表7)中加入自然风干 后的重金属污泥质量15%的添加剂混合球磨至粒径〈1_得到球磨物料，其中添加剂为SiO 2; 表7含砷重金属污泥的化学组成(％)
(2) 将步骤(1)得到的球磨物料采用烟气余热在温度为500°C条件下干燥1.5小时； (3) 将经步骤(2)干燥处理的物料升温至温度为1200°C条件下高温熔融1.5小时，在此 过程中产生的烟气经除尘、返回步骤(2)中干燥球磨物料温度降至100°C后洗涤(采用浓度 为3mol/L氢氧化钠溶液洗涤1.5小时最后达标排放，熔融完成后的固化产物经浇筑成型后 得到固化体。
[0019] 结果及测试结果为：步骤(3)中熔融残渣的减容率达到了 79.11%，挥发率达到了 31.3%，固化体的维氏硬度达到了4937.94Mpa，静态抗弯曲强度达到了 78.36Mpa，断裂韧性 达到了 1.29Mpa/m2,重金属固定率以及浸出毒性结果分别见表8、表9。
[0020] 表8在1200°C熔融固化添加7%Si〇2时重金属固定率(％)
注:排放国标为GB 085.3-2007 (mg/L) 由上述数据可知，高温熔融固化方法减容率高，固化体机械强度好，固化效果好。
[0021] 以上结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述 实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。
【主权项】
1. 一种重金属污泥高温熔融固化方法，其特征在于具体步骤如下： (1) 首先向自然风干后的重金属污泥中加入自然风干后的重金属污泥质量1~15%的添 加剂混合球磨至粒径〈1_得到球磨物料； (2) 将步骤（1)得到的球磨物料采用烟气余热在温度为100~800°C条件下干燥0.1~ 3h； (3) 将经步骤（2)干燥处理的物料升温至温度为1000~1400°C条件下高温熔融0.1~ 3h，在此过程中产生的烟气经除尘、返回步骤(2)中干燥球磨物料温度降至50~100°C后洗 涤最后达标排放，熔融完成后的固化产物经浇筑成型后得到固化体。2. 根据权利要求1所述的重金属污泥高温熔融固化方法，其特征在于:所述步骤（1)重 金属污泥主要成分为钙基化合物，干基污泥含砷量<40wt%，自然风干后的重金属污泥含水 率〈40%。3. 根据权利要求1所述的重金属污泥高温熔融固化方法，其特征在于:所述步骤（1)添 加剂为Si〇2。4. 根据权利要求1所述的重金属污泥高温熔融固化方法，其特征在于:所述步骤(3)的 洗涤过程中选用氢氧化钠或氢氧化钙溶液洗涤。
【专利摘要】本发明涉及一种重金属污泥高温熔融固化方法，属于化工环保技术领域。本发明首先向自然风干后的重金属污泥中加入自然风干后的重金属污泥质量1～15%的添加剂混合球磨至粒径<1mm得到球磨物料；将得到的球磨物料采用烟气余热在温度为100～800℃条件下干燥0.1～3h；将经干燥处理的物料升温至温度为1000～1400℃条件下高温熔融0.1～3h，在此过程中产生的烟气经除尘、返回干燥球磨物料温度降至50～100℃后洗涤最后达标排放，熔融完成后的固化产物经浇筑成型后得到固化体。通过本方法得到的熔融固化体浸出毒性达到一般固体废弃物标准，且该熔融固化体具有较高的强度，减容率高，长期稳定性强，固化彻底的优点。
【IPC分类】C02F11/12, C02F11/00
【公开号】CN105541065
【申请号】CN201610039473
【发明人】王 华, 王冲, 祝星, 尤开云, 祁先进, 惠兴欢, 赵占冲, 周尚 , 魏永刚, 胡建杭
【申请人】昆明理工大学, 云南铜业股份有限公司, 楚雄滇中有色金属有限责任公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月21日