一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法与流程

本发明涉及一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，属于资源综合利用和环境保护技术领域。

背景技术：

国家《“十二五”危险废物污染防治规划》明确提出“要加强重金属危险废物无害化利用和处置，以湖南、云南、广东、广西为重点，加强含镉、含砷等危险废物的无害化利用和处置，推动有色金属冶炼危险废物利用处置基地建设”，重金属污染防治仍是十三五规划的重中之重。锌冶炼锌冶炼污泥是锌冶炼过程中和酸性废水产生的锌冶炼污泥，产生量大，含有Pb、Zn、Cd、Hg、As等重金属，属于危险废物(HW48)，对环境具有很大危害。目前对冶炼锌冶炼污泥主要采用堆存、填埋、固化等处置方式，堆存和填埋处置存在地下水和土壤污染等安全隐患。固化处理技术是使锌冶炼污泥与固化剂发生反应，将锌冶炼污泥中的重金属固定于固化剂内，从而实现无害化，常用固化剂为水泥和化学药剂(如亚铁盐、螯合剂等)。水泥窑协同处置、矿物聚合物进行固化处理等也是有效的处理方式。然而，固化处理主要存在渣量增容和有价金属无法回收等缺点。

目前，有价金属的回收主要有湿法工艺和火法工艺。采用湿法回收低品位锌冶炼污泥，能耗高，且产生的残渣易造成二次污染。火法工艺是回收锌冶炼污泥有价金属的主要工艺，普遍采用的设备是回转窑或烟化炉，然而过程的热量得不到有效利用，水淬渣若不加妥善处理仍存在重金属释放的风险。微波加热具有加热均匀、热效率高、升温快、目标性强、热惯性小等特点，已经开始应用于固废处理、冶金等众多领域。

微晶玻璃广泛应用于机械、电子、航天、化工防腐、矿山、道路、建筑、医学等方面，其中建筑装饰材料是其重要应用方面之一。利用固废制备微晶玻璃装饰材料，不仅能得到性能优于花岗岩和天然大理石的装饰材料，而且还为固废的资源化提供一种新途径。经过多年的研究，目前已有以炉渣、尾矿、灰渣、赤泥等为主要原料生产微晶玻璃装饰板的相关报道。

微晶玻璃传统制备方法采用电或者燃料直接作为热源进行熔制，该方法升温速率较慢，热利用率低，能耗相对较高，并且加热过程表面和内部易出现温度梯度导致样品结构不均匀，产品可能出现结构缺陷。采用微波热源可以有效地优化微晶玻璃的内部组织结构，从而制备出具有特定性能的微晶玻璃涂层，较传统方法样品具有更高的机械强度。

本发明基于采用微波加热方式，结合微波-微晶化协同处理工艺技术，实现锌冶炼污泥高效、低耗无害化、资源化。

技术实现要素：

本发明针对现有锌冶炼污泥资源化技术存在能耗高、效率低和环境风险大等问题，提出了微波-微晶化协同处理技术，实现锌冶炼污泥高效、低耗的无害化、资源化处理。

为解决以上技术问题，本发明通过下述技术方案实现：

所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：

(1)预处理：采用微波分别对锌冶炼污泥和辅料进行干燥，对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛；

(2)配料、混料：取筛下物进行配料和混料；

(3)有价金属回收：将污泥置于微波反应器中采用微波对污泥进行加热，并对加热过程产生烟尘进行收集；

(4)玻璃化：对有热态污泥残渣继续加热，实现污泥的玻璃化；

(5)微晶化：对步骤(4)得到的热态残渣进行微晶化处理。

进一步，步骤(1)预处理中，所述的锌冶炼污泥为锌冶炼过程中和酸性废水产生的含有Pb、Zn、Cd、Hg、As等重金属锌冶炼污泥；所述的辅料包括SiO2、Al2O3、Na2CO3、吸波物质、晶核剂、作色剂。

进一步，所述的SiO2可为石英砂、硅粉等SiO2含量大于80％原料。

进一步，所述的吸波物质可为Fe3O4、石墨粉、碳化硅粉末的一种或者几种。

进一步，所述的步骤(1)预处理中，污泥干燥微波输出功率范围为800W-1500W，干燥时间为10-30min；辅料的干燥微波输出功率范围为400W-850W，干燥时间为5-15min。

进一步，在步骤(2)配料、混料中，各原料的混合比例为污泥45-70wt％、SiO215-35wt％、Al2O33-7wt％、Na2CO33-6wt％、吸波物质5-20wt％、晶核剂、作色剂＜5wt％。

进一步，在步骤(3)有价金属回收中，微波输出功率为3-15kW，反应器内温度为850-1000℃，产生的烟尘采用钢制耐高温旋风除尘器或者表冷器+耐高温的布袋除尘器组合进行烟尘收集。

进一步，在步骤(4)玻璃化中，加热温度大于1200℃-1400℃保温30-60min进行玻璃化制备。

进一步，在步骤(5)微晶化中，热态残渣微晶化先迅速降温至850-1000℃采用微波加热的方式进行保温30-60min，再迅速降温至500-600℃保温50min-80min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品。

进一步，步骤(3)～(5)的加热方式均采用直接微波加热和辅助微波加热结合的方式。

本发明的有益效果：

(1)采用微波干燥工艺可以有效的降低能耗，缩减干燥时间，提升干燥效率；

(2)结合原料本身的吸波物质促进微波直接热和碳化硅或石墨反应器进行辅助微波加热两种加热方式保证加热效率，可以有效解决微波加热过程其原料吸波性能差的问题；

(3)玻璃化过程，根据原料的吸波性能合理选择加热方式，可改善热处理效果，同时节约能耗，吸波性能差的物料选择传统加热(电炉加热)，吸波性能良好的物料选择微波加热；

(4)对危险废物进行玻璃化和微晶化可以获取微晶玻璃产品，可以充分资源化危废中的有价组分；同时微晶玻璃可以将污泥中的重金属有效的固定于微晶玻璃的晶格中，避免二次污染问题，实现了无害化和资源化；

(5)基础玻璃与850-1000℃温度段具有良好的吸波性能，采用微波加热可以促进成核和析晶，无需传统的成核阶段和晶化分别保温，可大大降低能耗，同时可获得性能相对良好的微晶玻璃。

综上，该方法制备工艺简单、资源化程度高、成本低廉，具有显著的社会效益和经济价值。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域对照技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂1的锌冶炼污泥(其成分分析结果列于表1)和辅料，干燥微波输出功率为1200W，干燥时间为15min；辅料的干燥微波输出功率范围为500W，干燥时间为8min。对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛，过筛目数180目，取筛下物采用表2配比进行配料、混料。

表1锌冶炼污泥成分分析表

表2配比1#

(2)有价金属回收：对原料采用微波加热并搅拌，微波输出功率为5kW，反应器内温度为940℃，产生的烟尘采用表冷器+耐高温的布袋除尘器组合进行烟尘收集；

(3)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1250℃保温45min进行玻璃化制备；

(4)微晶化：热态残渣微晶化先迅速降温至900℃采用微波加热的方式进行保温60min，再迅速降温至600℃保温70min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品。

本实施例收集的有价金属烟尘重量为500g，成分含量为见表3；微晶玻璃成品性能指标如表4所示。

表3回收阶段通过收尘装置获得的有价金属产品参数

表4微晶玻璃性能指标

从表3可看出，可知烟尘中的有价金属含量高，回收效率＞80％；从表4可看出，本发明实施例1制备的微晶玻璃产品性能达到《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT872-2000)行业标准。

实施例2

所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂2的锌冶炼污泥(其成分分析结果列于表5)和辅料，干燥微波输出功率范围为1500W，干燥时间为10min；辅料的干燥微波输出功率范围为850W，干燥时间为5min。对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛，过筛目数200目，取筛下物采用表6配比进行配料、混料。

表5锌冶炼污泥成分分析表

表6配比2#

(2)有价金属回收：对原料采用微波加热并搅拌，微波输出功率为15kW，反应器内温度为1000℃，产生的烟尘采用钢制旋风除尘器；

(3)玻璃化：玻璃化为采用电炉加热，升温至1200℃保温60min进行玻璃化制备；

(4)微晶化：热态残渣微晶化先迅速降温至900℃采用微波加热的方式进行保温40min，再迅速降温至500℃保温80min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品，性能见表7。

表7微晶玻璃性能指标

从表7可看出，本发明实施例2制备的微晶玻璃产品性能达到《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT 872-2000)行业标准。

实施例3

所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂3的锌冶炼污泥(其成分分析结果列于表8)和辅料，干燥微波输出功率范围为800W-1500W，干燥时间为10-30min；辅料的干燥微波输出功率范围为400W-850W，干燥时间为5-15min。对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛，过筛目数160-200目，取筛下物采用表9配比进行配料、混料。

表8锌冶炼污泥成分分析表

表9配比3#

(2)有价金属回收：对原料采用微波加热并搅拌，微波输出功率为12kW，反应器内温度为920℃，产生的烟尘采用耐高温的布袋除尘器组合进行烟尘收集；

(3)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1300℃保温45min进行玻璃化制备；

(4)微晶化：热态残渣微晶化先迅速降温至1000℃采用微波加热的方式进行保温30min，再迅速降温至550℃保温70min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品，性能见表10。

表10微晶玻璃性能指标

从表10可看出，本发明实施例2制备的微晶玻璃产品性能达到《建筑装饰用微晶玻璃》(JCT 872-2000)行业标准。

实施例4

所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂4的锌冶炼污泥(其成分分析结果列于表11)和辅料，干燥微波输出功率范围为1200W，干燥时间为20min；辅料的干燥微波输出功率范围为500W，干燥时间为12min。对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛，过筛目数160目，取筛下物采用表12配比进行配料、混料。

表11锌冶炼污泥成分分析表

表12配比4#

(2)有价金属回收：对原料采用微波加热并搅拌，微波输出功率为8kW，反应器内温度为860℃，产生的烟尘采用钢制旋风除尘器进行烟尘收集；

(3)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1400℃保温35min进行玻璃化制备；

(4)微晶化：热态残渣微晶化先迅速降温至850℃采用微波加热的方式进行保温55min，再迅速降温至580℃保温70min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品。

实施例5

所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：

(1)预处理及配料混料：取厂5的锌冶炼污泥(其成分分析结果列于表13)和辅料，干燥微波输出功率范围为1100W，干燥时间为26min；辅料的干燥微波输出功率范围为700W，干燥时间为6min。对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛，过筛目数200目，取筛下物采用表14配比进行配料、混料。

表13锌冶炼污泥成分分析表

表14配比5#

(2)有价金属回收：对原料采用微波加热并搅拌，微波输出功率为8kW，反应器内温度为880℃，产生的烟尘经表冷器冷却后采用耐高温的旋风除尘器进行烟尘收集；

(3)玻璃化：玻璃化为采用微波加热，升温至1300℃保温30min进行玻璃化制备；

(4)微晶化：热态残渣微晶化先迅速降温至1000℃采用微波加热的方式进行保温30min，再迅速降温至600℃保温70min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品。

本发明采用微波干燥工艺可以有效的降低能耗，缩减干燥时间，提升干燥效率；结合原料本身的吸波物质促进微波直接热和碳化硅或石墨反应器进行辅助微波加热两种加热方式保证加热效率，可以有效解决微波加热过程其原料吸波性能差的问题；玻璃化过程，根据原料的吸波性能合理选择加热方式，可改善热处理效果，同时节约能耗，吸波性能差的物料选择传统加热(电炉加热)，吸波性能良好的物料选择微波加热；对危险废物进行玻璃化和微晶化可以获取微晶玻璃产品，可以充分资源化危废中的有价组分；同时微晶玻璃可以将污泥中的重金属有效的固定于微晶玻璃的晶格中，避免二次污染问题，实现了无害化和资源化；基础玻璃与850-1000℃温度段具有良好的吸波性能，采用微波加热可以促进成核和析晶，无需传统的成核阶段和晶化分别保温，可大大降低能耗，同时可获得性能相对良好的微晶玻璃；该方法制备工艺简单、资源化程度高、成本低廉，具有显著的社会效益和经济价值。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。