一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法與流程

文檔序號:18232197發布日期:2019-07-20 01:32
一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法與流程
本申請屬于廢棄物中重金屬污染物處理領域,具體涉及一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法。
背景技術
:迅速發展的工業化導致越來越多的重金屬被釋放到環境中。重金屬污染成為一個嚴重的環境問題,因為其與有機物質不同,重金屬是不可生物降解的,并且會經過轉化,并在生態系統中積累。除了造成嚴重的環境問題外,重金屬的大量釋放還與致命性疾病的發病率增加息息相關。如果這些富含重金屬的廢料沒有得到適當的處理,這些富含重金屬的廢料會對環境,公共衛生和經濟產生不利影響。許多城市和農業地區被重金屬污染的土壤和水體對農業生產甚至人類健康產生不利影響。此外,同時含多種重金屬的廢物和廢水通常會導致綜合毒性。因此,需要開發可靠的處理重金屬污染的方法來幫助解決這些環境污染問題?,F有技術已經研究了吸附劑和水泥對有毒金屬的固定作用,以及處理后的產品的浸出性能。處理重金屬的常用方法包括固化/穩定化技術和玻璃化技術。固化/穩定化技術可以通過水合礦物互鎖框架的包裹,將危險廢物轉化為化學性質穩定的固體。對含重金屬廢物的處理主要有固化/穩定化處理和資源化利用兩條途徑。在許多情況下,例如在酸性環境中,固化/穩定化技術中使用的吸附和燒結工藝所得產物在抗浸出方面的效果相對較差。此外,玻璃化技術通常需要消耗巨大的能量,將會耗費巨大的能耗,不經濟。中國專利公開號CN108543517A發明了赤泥和碳源的混合料進行隔氧煅燒,得到赤泥基鐵碳材料,再利用赤泥基鐵碳材料去除廢水中的重金屬離子,該發明還需要引入大量的碳源,耗費更多的資源,同時只適合去除水中的重金屬,而對固體廢物中的重金屬不適用。中國專利公開號CN105801046A發明了一種由水泥固化劑、穩定化助劑、吸附劑、穩定劑組成處理劑,將含鎘廢渣穩定固化成含鎘廢渣固化體,再將含鎘廢渣固化體填埋,但是其固化使用藥劑產品多,處理工藝復雜,適用性不強。中國專利公開號CN102560124介紹了一種回轉窯進行重金屬固廢無害化資源化,該法實現廢水、廢渣的零排放,資源的循環與綜合利用,但是其工藝過程易產生二次污染;中國專利公開號CN104475431A介紹了一種高毒廢渣的穩定化固化方法,該法用藥劑穩定化和包覆、固化作用等對汞、砷、鉻、鎘、氰化物高毒危險廢物進行了穩定化固化。但其需要進行多次包覆固化,工藝繁雜難以大量應用于工程實際當中。另外,此法可能在酸性條件下被滲濾液侵蝕,存在二次污染的風險。中國專利公開號CN101824543介紹重金屬廢物的硫化處理以及其中有價金屬回收的方法,該法采用硫化法結合高壓、高溫、浮選等工藝對有價金屬進行硫化回收,也用于重金屬廢渣的硫化穩定化處理,實現重金屬廢渣的無害化、資源化處置,但是存在重金屬回收不完全、成本太高等問題。中國專利CN101747902A介紹了以工業廢棄物為主原料的綠色環保土壤固化劑及其使用方法,該固化劑使用的工業廢棄物包括粉煤灰,高爐礦渣或硅微粉,含量為40~70%,另外添加預糊化淀粉10~30%,聚丙烯酸鈉10~30%。該固化劑可以固化土壤并能種植綠化植物,但對重金屬的固化效果不佳,酸性條件下,重金屬重新溶出。由于廢渣物相結構復雜、有價金屬含量偏低,綜合回收和資源化利用的技術難度較大,所以常用穩定化/固化處理得到的固化體受到外界不穩定因素影響后會造成包容體破裂,導致廢物中有毒物質重新滲濾出來。因此,有必要開發一種對金屬廢物有效的穩定化處理方法。技術實現要素:本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法。為實現上述目的,本發明采取的技術方案為:一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,所述方法包括以下步驟:(1)測定赤泥中氧化鐵的含量;(2)按照重量比將含有金屬鋅的廢棄物與赤泥粉碎混合干燥后進一步分散均勻,得到廢棄物與赤泥混合物;(3)將步驟(2)得到的混合物壓制成型;(4)將步驟(3)壓制成型的樣品在900-1100℃煅燒。本發明利用工業廢物赤泥可持續地摻入含有金屬鋅的廢棄物,采用低溫熱處理工藝可以將危險廢物轉化為化學性質穩定且抗酸性高的結晶產品,使得含有金屬鋅的廢棄物易于管理,降低在環境中的風險;再利用赤泥,不僅能改善減少廢物對環境的危害,還能廢物回收利用;本發明方法所得產品在酸性環境中,抗浸出性能好,消耗能量小成本低。優選地,步驟(4)中煅燒的溫度為1100℃,煅燒的時間為3小時。優選地,步驟(4)中煅燒的溫度升降速度為10℃/min。發明人經過反復實驗發現,當燒結溫度為1100℃時,燒結時間短,有利于節約能源降低成本。優選地,所述廢棄物中包括氫氧化鋅、單質鋅或者氧化鋅。優選地,所述廢棄物中包含的氧化鋅(ZnO)的含量不超過所述赤泥中氧化鐵重量的23%。優選地,步驟(2)中干燥的溫度為105℃,干燥的時間為24h。優選地,步驟(2)中廢棄物與赤泥粉碎混合的方法為:廢棄物與赤泥在60rpm條件下球磨機中磨18h。優選地,步驟(1)測定赤泥中氧化鐵含量前將赤泥在120℃下烘干10h。優選地,步驟(3)中壓制成型的壓力為250MPa,成型樣品粒徑為本發明的有益效果在于:本發明提供了一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,本發明的方法具有以下優點:(1)本方法所用原料來自于鋁精煉過程中遺留下來的廢料,即赤泥,使得廢赤泥作為穩定含有金屬鋅的廢棄物的一種可行的資源化利用方法,實現廢物利用;(2)本發明通過赤泥和含有金屬鋅的廢棄物燒結,廢棄物中的所有的金屬(氫氧化鋅、單質鋅或者氧化鋅)都能以晶相結合到尖晶石晶格中,形成化學性質穩定且抗酸性高的結晶產品,且由于其良好的耐酸性,強大的尖晶石可以限制有毒金屬鋅的流動性,使得本發明所得燒結產物具有很好的抗浸出性能;(3)本發明優化了最佳的赤泥與廢棄物的投加比例和最佳的條件,使最大化利用赤泥,并且生成穩定性好的固化產物,使得穩定后產品可以制成磚/瓦用于建筑目的,或者更安全地設置在垃圾填埋場中;(4)本發明工藝簡單,只需要使用豐富的常見的低成本工業廢物赤泥,通過簡單的燒結方法,即可有效地將含有金屬鋅的廢棄物與赤泥燒結成尖晶石,顯著降低將金屬廢物在環境中的流動性。附圖說明圖1為本發明方法的流程示意圖。圖2為本發明實施例的方法得到的終產物的XRD圖。具體實施方式為更好的說明本發明的目的、技術方案和優點,下面將結合具體實施例對本發明作進一步說明。實施例1將來自鋁提煉廠的赤泥(主要含Fe2O3和Al2O3)在120℃下烘干10h備用。作為本發明實施例的一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,所述方法包括以下步驟:(1)利用XRF光譜分析測定赤泥所含組分,確定赤泥中氧化鐵的含量;(2)按照重量比例,將含有ZnO的廢棄物和干燥后的赤泥混合,并用球磨機在60rpm條件下球磨18h,將球磨完后的樣品混合物在105℃烘干24h,然后用瑪瑙研缽研磨10min,進一步均化;(3)將以上所得樣品在250MPa壓力下壓成φ20mm的粒料;(4)在溫度為1100℃,溫度升降速度為10℃/min條件下煅燒3h;其中,ZnO和干燥后的赤泥中氧化鐵的重量比為5%。實施例2作為本發明實施例的一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,本實施例與實施例1的唯一區別為:ZnO和干燥后的赤泥中氧化鐵的重量比為10%。實施例3作為本發明實施例的一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,本實施例與實施例1的唯一區別為:ZnO和干燥后的赤泥中氧化鐵的重量比為15%。實施例4作為本發明實施例的一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,本實施例與實施例1的唯一區別為:ZnO和干燥后的赤泥中氧化鐵的重量比為20%。實施例5作為本發明實施例的一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,本實施例與實施例1的唯一區別為:ZnO和干燥后的赤泥中氧化鐵的重量比為23%。對比例1作為本發明實施例的一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,本實施例與實施例1的唯一區別為:ZnO和干燥后的赤泥中氧化鐵的重量比為25%。對比例2將來自鋁提煉廠的赤泥(主要含Fe2O3和Al2O3)在120℃下烘干10h備用。作為本發明對比例的一種通過尖晶石的生成穩定廢棄物中金屬鋅的方法,所述方法包括以下步驟:(1)利用XRF光譜分析測定赤泥所含組分,確定赤泥中氧化鐵的含量;(2)按照重量比例,將含ZnO的廢棄物和干燥后的赤泥混合,并用球磨機在60rpm條件下球磨18h,將球磨完后的樣品混合物在105℃烘干24h,然后用瑪瑙研缽研磨10min,進一步均化;(3)將以上所得樣品在250MPa壓力下壓成φ20mm的粒料;(4)在溫度為900℃,溫度升降速度為10℃/min條件下煅燒18h以上;其中,將ZnO和干燥后的赤泥中氧化鐵的重量比為20%。實驗例1將實施例1-實施例5、對比例1-2得到的產品研磨成粉末,并使用X射線粉末衍射儀記錄每個粉末樣品的XRD圖。如圖2所示,通過實施例1-實施例5和對比例1的結果表明,在1100℃中煅燒3h的樣品中,在ZnO含量為赤泥中的氧化鐵重量的5%的情況下,可以在XRD圖中觀察到Fe2O3的特征衍射峰,表明燒結樣品中殘留了大量的Fe2O3。當ZnO含量增加到10%時,可以看到Fe2O3的衍射信號減少,這表明赤鐵礦是Zn摻入過程中的主要反應物和Zn-Fe尖晶石的形成。當ZnO含量增加到25%時,可以清楚地觀察到ZnO的衍射信號,這表明由于赤泥中的Fe不足,ZnO不能完全摻入。經過最終研究的到ZnO的最佳量應為赤泥中的氧化鐵重量的23%。通過比較實施例4和對比例2的結果表明,當煅燒溫度低于1000℃時,均能檢測到Fe2O3和ZnO信號,表明ZnO要完全轉化為Zn-Fe尖晶石需要煅燒溫度在1000℃以上。且隨著溫度的升高,形成Zn-Fe尖晶石的結晶度越來越好,峰型也越來越尖銳。實驗例2以氧化鋅作為對照,對實施例4的穩定廢棄物中金屬鋅的方法的終產物(Zn-Fe尖晶石)經標準毒性浸出法(TCLP)浸出實驗。結果如表1所示,經實施例4的穩定廢棄物中金屬鋅的方法得到的終產物的浸出液中的鋅的濃度遠低于氧化鋅的浸出液中鋅的濃度,說明本發明的方法能夠有效地穩定廢棄物中的金屬鋅,得到的終產物具有很好的耐酸性和抗浸出性能。表1.未被穩定化的氧化鋅和所形成的鋅-鐵尖晶石經標準毒性浸出法(TCLP)浸出后在浸出液(2號浸出液,初始pH=2.9)中的鋅濃度。浸出時間第10天第26天氧化鋅,mg/L32213310鋅-鐵尖晶石,mg/L490498最后所應當說明的是,以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明保護范圍的限制,盡管參照較佳實施例對本發明作了詳細說明,本領域的普通技術人員應當理解,可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換,而不脫離本發明技術方案的實質和范圍。當前第1頁1 2 3 
再多了解一些
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