一种含镉废渣固化的方法与流程

1.本发明涉及重金属废物无害化处置领域，具体涉及一种含镉废渣固化的方法。


背景技术：

2.镉的毒性高，可在生物体内富集，会通过食物链进入人体而引起慢性中毒。含镉废渣的来源主要有镉矿、镉冶炼厂、电镀，以及用镉化合物作原料或触媒的工厂产生的废渣以及废水处理污泥等。含镉废渣中除了含有一定量的镉，还存在少量的有机物及zn、cu、ni和cr等其它重金属离子，属于危险废物，若不加以处理，容易对环境造成严重的污染。如何安全处置含镉废渣一直是环境工程领域的技术难题。
3.含铁污泥是冶炼厂及金属表面处理加工企业废水处理过程中产生的低品位含铁污泥，通常其铁组分是没有回收价值的。大量的含铁污泥露天堆放，不仅侵占了大量的土地，而且严重污染生态环境。
4.膨润土为与众多矿物伴生而以蒙脱石为主要成分的粘土矿物。膨润土的用途十分广泛，由于其具有吸水性、膨胀性、阳离子交换性、触变性、粘结性、吸附性、增稠性、润滑性、稳定性、脱色性等性能，被广泛应用于各个工业部门，被誉为“有千种用途”的非金属矿。
5.如果能够高效利用含镉废渣、含铁污泥及膨润土中镉组分、铁组分、钠组分、铝组分和硅组分等，实现含镉废渣的高效稳定固化，同时利用并处置含铁污泥，达到多种固体废物无害化和资源化协同处置的效果，这对于含镉废渣的安全处置及含铁污泥的高效利用的推广将产生重要的影响。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于解决含镉废渣在烧结固化过程中易挥发从而难以实现固化的缺陷，并提供一种含镉废渣固化的方法。本发明采用室温条件下的高速研磨设备通过机械力作用使镉组分与铁组分形成铁镉固溶体，实现镉的固定，然后再通过烧结固化实现含镉废渣的高效固化。
7.为实现上述发明目的，本发明具体采用的技术方案如下：
8.一种含镉废渣固化的方法，其包括如下步骤：
9.s1、将干燥后的含镉废渣、含铁污泥及膨润土分别磨成细粒；
10.s2、将s1中获得的含镉废渣细粒、含铁污泥细粒及膨润土细粒按配比混合均匀，并将混合物料加入到高速磨机中，在400～500转/分钟的转速下进行不低于2h的研磨使镉组分与铁组分形成铁镉固溶体，研磨结束后得到研磨物料；
11.s3、将s2中获得的研磨物料在富氧气氛条件及不低于900℃温度下进行不超过45分钟的烧结固化，冷却后得到固化体。
12.优选地，所述含镉废渣为含镉废水处理后产生的含镉的废渣。
13.优选地，所述含铁污泥为含铁废水处理后产生的含铁的污泥。
14.优选地，所述膨润土为与众多矿物伴生而以蒙脱石为主要成分的粘土矿物。
15.优选地，所述含镉废渣、含铁污泥及膨润土均采用棒磨机进行细磨，形成的细粒粒度为45μm。该细度使含镉废物、含铁污泥和膨润土具备充分的接触面积，提高机械化学反应的速度。
16.优选地，所述s1中，干燥后的含镉废渣、含铁污泥及膨润土的含水率均低于15％。
17.优选地，所述s2的混合物料中，以干基质量百分比计，含镉废渣的质量百分比为1～55％，含铁污泥的质量百分比为20～80％，膨润土的质量百分比为5～60％。进一步的，所述s2的混合物料中，以干基质量百分比计，含镉废渣的质量百分比为1～35％，含铁污泥的质量百分比为30～75％，膨润土的质量百分比为5～55％。更进一步地，所述s2的混合物料中，以干基质量百分比计，含镉废渣的质量百分比为5％～20％，含铁污泥的质量百分比为40％～60％，膨润土的质量百分比为25％～45％。该干基的配比保证了原料合成铁镉固溶体的化学计量比。
18.优选地，所述s2中，高速磨机采用立式行星球磨机。
19.优选地，所述s2中，高速磨机的转速为400～450转/分钟，研磨时间为5～6小时。该磨机转速使原料机械化学反应生成铁镉固溶体的过程顺利进行，而该研磨时间保证原料机械化学反应的完成。
20.优选地，所述s3中，烧结固化的温度为1000～1050℃，烧结固化时间为26～30分钟。该烧结固化温度和时间能够更好地保证原料的固化反应完成。
21.优选地，烧结过程中富氧气氛的氧气浓度控制在21％～55％，进一步优选为21％～45％，更进一步优选为25％。这种氧化性气氛能够抑制镉组分还原，降低镉在烧结过程的挥发。
22.优选地，s1中物料的干燥过程利用s3中烧结过程中产生的废气余热实现。
23.需说明的是，本发明中上述混合物料的配比、高速磨机研磨的转速与时间、烧结固化的温度与时间均由大量试验确定，在上述混合物料配比、高速磨机研磨的转速与时间、烧结固化的温度与时间下才能更好的实现本发明目的。
24.本发明采用常温机械研磨和高温固化两步法对含镉废渣进行固化/稳定化，首先通过机械化学作用使含镉废渣、含铁污泥及膨润土中镉组分、铁组分、铝组分、氧组分和硅组分充分的活化，并实现镉离子的稳定化固定，然后再通过烧结固化实现结构化固化，进而实现含镉废渣的高效稳定固化，同时利用并处置了含铁污泥，达到了多种固体废物无害化和资源化协同处置的效果。本发明在高速研磨过程中，含镉废渣中的镉组分经机械化学反应生成稳定化的固溶体后，大大降低镉的迁移性，避免镉在后续烧结固化过程中挥发；同时，通过膨润土中的钠组分助融可以降低烧结的温度，后续实施例中的烧结温度可控制在1000～1050℃；另外本发明采用氧化气氛进行烧结，进一步降低镉组分在烧结过程中挥发的风险。综上，通过多方面的改进，本发明最终得到的固化体中镉的固化效果得到了强化，试验结果表明通过含镉废物、含铁污泥及膨润土经过机械化学力处理，然后再于富氧气氛下烧结固化可以实现含镉废物中95％～99％镉的固化/稳定化。
附图说明
25.图1是本发明含镉废渣固化的工艺流程图。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
27.下面结合实施案例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
28.实施例1
29.在本实施例中，含镉废渣固化的方法如图1所示，其具体做法如下：
30.将含镉废渣、含铁污泥及膨润土进行干燥，使含镉废渣、含铁污泥及膨润土的含水率分别从60％、65％和42％降低到10％以下，并采用棒磨机分别将干燥后的含镉废渣、含铁污泥及膨润土磨细至粒径为-45μm的细粒。
31.将前述磨细后得到的含镉废渣细粒、含铁污泥细粒及膨润土细粒以干基质量百分比18％：55％：27％混合均匀形成混合物料，并将混合物料加入到立式行星球磨机中进行研磨5小时，转速为450转/分钟。将获得的细粒研磨产物放入管式炉中进行富氧烧结固化，烧结固化温度为1050℃，烧结固化时间为30分钟，烧结固化过程中氧气浓度为25％。最终烧结固化结束后，试验得到固化体a1。
32.同时，为了展示机械研磨在该协同处理方法中所起的作用，基于将前述磨细后得到的物料设置了另一对照组，其具体做法为：
33.将前述磨细后得到的含镉废渣细粒、含铁污泥细粒及膨润土细粒以干基质量百分比18％：55％：27％混合均匀获得混合物料,并将混合物料置于管式炉中进行富氧烧结固化，烧结固化温度为1050℃，烧结固化时间为30分钟，氧气浓度为25％。最终烧结固化结束后，试验得到固化体a2。
34.经过测定，固化体a1和固化体a2中总镉量分别是原料中总镉量的95％和40％左右。表明预先经过机械固化，可以使含镉废渣中的镉组分经机械化学反应与铁组分生成稳定化的铁镉固溶体，而未经机械化学处理形成稳定固溶体时，直接高温固化会大大提高镉的挥发率，不能实现镉的固化效果。采用tclp(toxicity characteristic leaching procedure)法对固化体a1和固化体a2的重金属浸出毒性进行检测，结果均低于环境阈值。
35.实施例2
36.在本实施例中，含镉废渣固化的方法如图1所示，其具体做法如下：
37.将含镉废渣、含铁污泥及膨润土进行干燥，使含镉废渣、含铁污泥及膨润土的含水率分别从60％、65％和42％降低到10％以下，并采用棒磨机分别将干燥后的含镉废渣、含铁污泥及膨润土磨细至-45μm。将磨细后得到的含镉废渣细粒、含铁污泥细粒及膨润土细粒以干基质量百分比15％：55％：30％混合均匀，并将混合物料加入到立式行星球磨机中进行研磨5.5小时，转速为450转/分钟。将获得的细粒研磨产物放入管式炉中进行富氧烧结固化，烧结固化温度为1000℃，烧结固化时间为30分钟，氧气浓度为25％。最终烧结固化结束后，试验得到固化体b。
38.经过测定，固化体b中总镉量是原料中总镉量的95％左右。采用tclp法对固化体b
的重金属浸出毒性进行检测，结果低于环境阈值。
39.实施例3
40.在本实施例中，含镉废渣固化的方法如图1所示，其具体做法如下：
41.将含镉废渣、含铁污泥及膨润土进行干燥，使含镉废渣、含铁污泥及膨润土的含水率分别从60％、65％和42％降低到10％以下，并采用棒磨机分别将干燥后的含镉废渣、含铁污泥及膨润土磨细至45μm。将磨细后得到的含镉废渣细粒、含铁污泥细粒及膨润土细粒以干基质量百分比10％:55％:35％混合均匀形成混合物料，并将混合物料加入到立式行星球磨机中进行研磨6小时，转速为400转/分钟。将获得的细粒研磨产物放入管式炉中进行富氧烧结固化，烧结固化温度为1000℃，烧结固化时间为26分钟，氧气浓度为25％。最终烧结固化结束后，试验得到固化体c。
42.经过测定，固化体c中总镉量是原料中总镉量的95％左右。采用tclp法对固化体c的重金属浸出毒性进行检测，结果低于环境阈值。
43.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。