本发明涉及一种钢渣协同地聚合物固化含砷污泥的方法，属于工业固体废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
人为来源的含砷污染物可通过工业生产和农业生产两种产生。工业生产释放出的含砷污染物主要是通过对含砷硫化矿的开采和冶炼，这会产生大量的含砷废气、含砷废水和含砷废渣，这“三废”若不妥善处置，会因雨淋风化的作用进入到周围的环境中，从而造成严重的砷污染。
在固体废物中,对环境影响较大的主要是有害固体废物。全国有色冶炼过程中,一年约有5000tas,500tcd,50thg从废物中流失,对环境的污染严重,危害显著。砷是一种类金属物质,能形成一系列的高毒类化合物,砷可由呼吸道、皮肤和消化道被人体吸收,会引起神经衰弱综合征,多发性神经病和皮肤粘膜病变等,砷的无机化合物可引起肺癌和皮肤癌。某锑矿冶炼中排出的含砷烟尘污染水井,致使30人中毒和6人死亡,该矿井已被封闭。为了满足水污染控制标准而对废水进行处理后,砷等有害物质大多转移到污泥中,因此,对含砷污泥的安全处理与处置研究,有重要的现实意义。
固化/稳定化技术是处理含重金属废物的重要方法之一。以水泥为基质的固化/稳定化技术已广泛应用于有毒废弃物的处理。然而，传统的水泥固化方法存在着许多不安定因素，如废弃物中的某些重金属盐会延长水泥固化时间和降低固化体的物理强度。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种钢渣协同地聚合物固化含砷污泥的方法。本发明采用钢渣协同地聚合物对含砷污泥进行固化处理，将含砷污泥进行包裹形成稳定的含砷固体，减少砷在环境中的扩散和危害。
一种钢渣协同地聚合物固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将钢渣、地聚合物、含砷污泥进行搅拌或球磨混匀得到混合物a，其中以混合物a的质量百分数为100%计，钢渣10~50%、含砷污泥10~80%、其余为地聚合物；
（2）在步骤（1）的混合物a中加入水，混合均匀得到浆料a，浆料a进行熟化10~40min；
（3）将步骤（2）熟化的浆料a进行浇筑或压制成型得到固化体a；
（4）将步骤（3）的固化体a进行自然养护或蒸汽养护得到固化体b；
所述钢渣为f-cao<3%的钢渣微粉，钢渣微粉的比表面积≥300m2/kg；钢渣由炉料中的多种金属的氧化物和硫化物、被侵蚀的炉衬材料、炉料掺杂和为了调整钢渣性质而加入的铁矿石、石灰石等组成，成分复杂；
所述含砷污泥为有色冶金企业日常工业生产所形成的砷含量为0.1~30%的含砷污泥；
所述步骤（2）中水与混合物a的质量比为(0.2~0.3):1；
所述步骤（4）自然养护为常温下养护7d以上；蒸汽养护为温度为70~100℃、饱和蒸汽压为1.0~2.0mpa、湿度为85%以上的条件下养护2~8h；
所述地聚合物由alo4和sio4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，呈类沸石状笼形结构；
利用成分复杂的钢渣和沸石状笼形结构的地聚合物能够有效地以化学键和物理吸附的形式固化砷；
本发明的有益效果为：
（1）本发明采用钢渣协同地聚合物对含砷污泥进行固化处理，将含砷污泥进行包裹形成稳定的含砷固体，减少砷在环境中的扩散和危害；
（2）本发明利用成分复杂的钢渣和沸石状笼形结构的地聚合物能够有效地以化学键和物理吸附的形式固化砷，并且地聚合物的碱激活和钢渣结合可有效中和含砷污泥的酸度，降低浸出毒性；
（3）本发明方法固化养护处理的稳定含砷固体强度、密实性、耐热性、耐久性均较好，可以用来进行制砖，铺路；
（4）本发明方法利用钢渣和地聚合物协同处理含砷污泥，既处理冶金生产后大量钢渣的堆存问题，也解决含砷污泥的堆存过程中对环境的危害，达到以废治废的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例中对含砷污泥进行浸出毒性分析，砷的浸出毒性为136.16mg/l；
一种钢渣协同地聚合物固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将钢渣、地聚合物、含砷污泥进行搅拌或球磨混匀得到混合物a，其中以混合物a的质量百分数为100%计，钢渣50%、含砷污泥20%、其余为地聚合物；
（2）在步骤（1）的混合物a中加入水，其中水与混合物a的质量比为0.2:1；混合均匀得到浆料a，在常温条件下，浆料a进行熟化10min；
（3）将步骤（2）熟化的浆料a进行浇筑成型得到固化体a；
（4）将步骤（3）的固化体a进行自然养护得到固化体b；其中自然养护为常温下养护7d以上，对养护后的固化体b进行抗压强度和毒性浸出测试；
本实施例固化体b的砷毒性测试方法为毒性浸出（tclp），对固化块b进行抗压强度测试和毒性浸出测试，结果如表1所示，
表1固化块b的抗压强度以及毒性浸出后砷的浓度
从表1可知，当固化块b配比为钢渣50%，含砷污泥20%，地聚合物为30%时，固化块b经自然养护7天、14天和28天的抗压强度达到最大值，分别为33.50mpa、35.41mpa、42.29mpa；自然养护7天、14天、28天的砷离子的浸出浓度分别为4.56mg/l、2.64mg/l、2.26mg/l，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5mg/l，符合国家标准。
实施例2：本实施例中对含砷污泥进行浸出毒性分析，砷的浸出毒性为136.16mg/l；
一种钢渣协同地聚合物固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将钢渣、地聚合物、含砷污泥进行搅拌或球磨混匀得到混合物a，其中以混合物a的质量百分数为100%计，钢渣40%、含砷污泥30%、其余为地聚合物；
（2）在步骤（1）的混合物a中加入水，其中水与混合物a的质量比为0.25:1；混合均匀得到浆料a，在常温条件下，浆料a进行熟化20min；
（3）将步骤（2）熟化的浆料a进行浇筑成型得到固化体a；
（4）将步骤（3）的固化体a进行自然养护得到固化体b；其中自然养护为常温下养护7d以上，对养护后的固化体b进行抗压强度和毒性浸出测试；
本实施例固化体b的砷毒性测试方法为毒性浸出（tclp），对固化块b进行抗压强度测试和毒性浸出测试，结果如表2所示，
表2固化块b的抗压强度以及毒性浸出后砷的浓度
从表1可知，当固化块b配比为钢渣40%，含砷污泥30%，地聚合物为30%时，固化块b经自然养护7天、14天和28天的抗压强度达到最大值，分别为19.47mpa、25.73mpa、27.36mpa；自然养护7天、14天、28天的砷离子的浸出浓度分别为4.55mg/l、3.72mg/l、2.73mg/l，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5mg/l，符合国家标准。
实施例3：本实施例中对含砷污泥进行浸出毒性分析，砷的浸出毒性为136.16mg/l；
一种钢渣协同地聚合物固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将钢渣、地聚合物、含砷污泥进行搅拌或球磨混匀得到混合物a，其中以混合物a的质量百分数为100%计，钢渣30%、含砷污泥40%、其余为地聚合物；
（2）在步骤（1）的混合物a中加入水，其中水与混合物a的质量比为0.3:1；混合均匀得到浆料a，在常温条件下，浆料a进行熟化40min；
（3）将步骤（2）熟化的浆料a进行浇筑成型得到固化体a；
（4）将步骤（3）的固化体a进行自然养护得到固化体b；其中自然养护为常温下养护7d以上，对养护后的固化体b进行抗压强度和毒性浸出测试；
本实施例固化体b的砷毒性测试方法为毒性浸出（tclp），对固化块b进行抗压强度测试和毒性浸出测试，结果如表3所示，
表3固化块b的抗压强度以及毒性浸出后砷的浓度
从表3可知，当固化块b配比为钢渣30%，含砷污泥40%，地聚合物为30%时，固化块b经自然养护7天、14天和28天的抗压强度达到最大值，分别为15.41mpa、18.85mpa、22.04mpa；自然养护7天、14天、28天的砷离子的浸出浓度分别为3.21mg/l、2.15mg/l、1.94mg/l，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5mg/l，符合国家标准。
对比例：基于目前现有的传统固化方法，采用钢渣、水泥来对含砷污泥进行固化。由于此为对比例，其实验方法、实验条件保持不变，仅改变固化所需的材料。
一种钢渣协同水泥固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将钢渣、水泥、含砷污泥进行搅拌或球磨混匀得到混合物a，其中以混合物a的质量百分数为100%计，钢渣50%、含砷污泥20%、其余为水泥；
（2）在步骤（1）的混合物a中加入水，其中水与混合物a的质量比为0.2:1；混合均匀得到浆料a，在常温条件下，浆料a进行熟化10min；
（3）将步骤（2）熟化的浆料a进行浇筑成型得到固化体a；
（4）将步骤（3）的固化体a进行自然养护得到固化体b；其中自然养护为常温下养护7d以上，对养护后的固化体b进行抗压强度和毒性浸出测试；
本实施例固化体b的砷毒性测试方法为毒性浸出（tclp），对固化块b进行抗压强度测试和毒性浸出测试，结果如表4所示，
表4固化块b的抗压强度以及毒性浸出后砷的浓度
从表1可知，当固化块b配比为钢渣50%，含砷污泥20%，水泥为30%时，固化块b经自然养护7天、14天和28天的抗压强度达到最大值，分别为14.39mpa、16.72mpa、18.31mpa；自然养护7天、14天、28天的砷离子的浸出浓度分别为18.92mg/l、8.67mg/l、4.36mg/l，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少。但此种方法的固化效果不是特别理想，浸出毒性达不到国家标准，只有28天后的固化块浸出毒性小于5mg/l。
本发明是在传统固化方法上进行的一种创新，使用地聚合物代替水泥进行固化处理。目前的固化技术大多采用水泥基材料，然而水泥固化体存在渗透率高，重金属浸出浓度高，耐久性差等局限性；相比较而言，以天然矿物或固体废弃物及人工硅铝化合物为原料，制备而成的地聚合物在固化／稳定化重金属方面具有一定的优越性，具有取代硅酸盐水泥处理重金属污染问题的潜能。与普通硅酸盐水泥固化重金属机制不同，地聚合物的固化／稳定化过程是硅铝质材料与重金属之间的物理化学反应过程，由此，地聚合物固化含砷污泥的效果是远远好于传统水泥固化的。
以上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做出各种变化。