一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法

1.本发明涉及环境工程技术领域，具体涉及一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法。


背景技术：

2.矿产资源是人类生存和社会发展的重要物质基础。我国是有色金属生产大国，而有色金属矿山的尾矿量达70-95％，有色金属尾矿是有色金属经过选别后产生的物质，多含铅、锌、铬等重金属。尾矿粒度细、成分复杂、有害物质多但储量和产量大，单一的进行尾矿再选不仅工艺流程复杂而且所得精矿品位低、回收率低。因此，有色金属尾矿的治理及综合开发利用是当前迫在眉睫的问题。
3.稳定/固化技术是当前处置含重金属的有色尾矿运用最广泛也最为经济有效的方法。该技术固化机理一般是通过化学作用将有毒废弃物转变成低毒或无毒物质并引入或固定于某些稳定固态物质的晶格中，或者是以物理掺杂的形式直接将废弃物掺入到胶凝材料中进行包裹。但传统的固化技术来固化尾矿中的重金属仍面临着一些问题，具体如下：
4.1、普通硅酸盐水泥具有低廉的价格、较高的固化效率等优势，被作为最常用的重金属固化材料使用，但水泥是一种高能耗高污染的产物，每生产1吨水泥熟料就会消耗100kg标准煤，还向大气中排放1吨二氧化碳气体，对周边环境产生不利影响；
5.2、重金属焚烧后进入水泥熟料矿物中，以稳定的化合态形式与水泥熟料形成混和结晶体，实现安定化，但煅烧过程能耗高，而且受到水泥产能限制，不能推广；
6.3、传统固化技术在对有色尾矿中重金属固化过后，自身结构不可避免存在孔隙，容易导致水化反应产生凝胶，对有色尾矿中重金属的物理封装效果不好，在其被用于填埋场、矿区回填时，被固化的重金属会被地下水、雨水等浸出来，造成二次污染的现象出现。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是要针对上述技术的不足，提供一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，基于湿磨工艺，一方面在在待处理尾矿表面形成一层致密的碳酸钙保护层，另一方面在无碱性激发剂的情况下实现水渣水化，双重固化尾矿，有效封存重金属，防止渗漏。
8.为实现上述目的，本发明提供一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，步骤如下：
9.(1)将电石渣和水渣在乙醇混合溶液中搅拌均匀后置于湿磨机中研磨；
10.(2)研磨过程中通入二氧化碳气体，温度为10-30℃；
11.(3)研磨后将湿磨机中浆料固液分离，将待处理尾矿与分离的溶液搅拌均匀后升温至50-70℃晾干；
12.(4)晾干后的尾矿、分离的残渣以及水混合均匀，水灰比0.22-0.45，养护脱模，得固化材料。
13.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，按质量份数，所述电石渣：水渣：乙醇混合溶液：待处理尾矿为2：8：100：2-5。
14.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，所述待处理尾矿为铜尾矿、铁尾矿、钨尾矿、铅锌尾矿中的一种，所述水渣为铁矿石熔化后从高炉中排出经淬水形成的一种再生矿物。
15.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，所述乙醇混合溶液包括乙醇和三乙胺，无水。
16.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，所述电石渣中ca(oh)2≥85％；
17.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，所述二氧化碳气体浓度为50％-80％。
18.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，所述步骤(4)得到固化材料后，对固化材料进行抗压强度和重金属浸出检测，然后回填矿区。
19.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，步骤(3)中研磨1h后将湿磨机中浆料固液分离，步骤(4)中养护28d后脱模。
20.优选地，上述一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法，按质量份数乙醇：三乙胺为1：1；其中乙醇和三乙胺为工业级，含量≥99.5％。
21.根据上述任一项所述的一种气-固相碳化协同无碱激发固化尾矿重金属的方法制得的固化材料。
22.电石渣中含有大量氢氧化钙，通过湿磨工艺，一方面促进离子键断裂，溶出钙离子，另一方面在流化作用下二氧化碳气体被打碎成细小空气微珠分散在溶液中，与钙离子更好的结合，但形成的碳酸钙由于三乙胺在乙醇溶液中的空间位阻效应，碳酸钙离子将不再以成核生长的形式逐渐长大，而是在溶液中析出。二氧化碳浓度过低时，不利于碳酸钙形成，二氧化碳浓度过高时，不利于调控碳酸钙的形成过程。
23.同时，水渣是高温熔化后水淬形成的再生矿物，具有较好的潜在水化活性，在湿磨过程中会直接水化硬化，反而不利于后期强度发展。由于乙醇溶液替代了水溶液，湿磨虽然激发了水渣的活性，但是水化过程不会进行，而且碳酸钙的形成不断消耗钙离子，促进水渣离子溶出，又不会立刻沉淀影响水渣的细化过程，使得水渣的活性可以得到最大程度激发。
24.进一步地，所述步骤(4)得到固化材料后，对固化材料进行抗压强度和重金属浸出检测，然后回填矿区。
25.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
26.1.本发明利用液相乙醇研磨技术使离子化合物键能断裂，通过形成碳酸钙寡聚体消耗溶出的钙离子，促进水渣细化过程的离子溶出，最大程度激发水渣活性，当水渣与水接触时能在无碱性激发剂的作用下水化硬化将重金属尾矿固化。
27.2.形成的碳酸钙离子当乙醇混合液挥发后，会在重金属尾矿表面聚合生长，生成一种大分子链的碳酸钙，较传统无机盐结晶的方式具有优异的强度和致密度。
具体实施方式
28.下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，
但它们不对本发明构成限定。
29.实施例1
30.本实施例方法具体操作如下：
31.(1)将电石渣和水渣在乙醇混合溶液中搅拌均匀后置于湿磨机中研磨；
32.(2)研磨过程中通入二氧化碳气体，温度为20℃；
33.(3)研磨1h后将湿磨机中浆料固液分离，将待处理尾矿与分离的溶液搅拌均匀后升温至50℃晾干；
34.(4)晾干后的尾矿、分离的残渣以及水混合均匀，水灰比0.22，养护28d后脱模，得固化材料。
35.其中，电石渣：水渣：乙醇混合溶液：待处理尾矿为2：8：100：2；待处理尾矿为铜尾矿；二氧化碳气体浓度为50％。
36.反应完后取样按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)规定的方法进行浸出毒性试验，砷、镉、铜、铅、钼、镍、汞、六价铬的浸出浓度达到了《污水综合排放标准》(gb8978-1996)的最高允许排放标准。按常规检测方法，对固化材料进行抗压强度，抗压强度满足矿区回填的处置要求。
37.实施例2
38.本实施例方法具体操作如下：
39.(1)将电石渣和水渣在乙醇混合溶液中搅拌均匀后置于湿磨机中研磨；
40.(2)研磨过程中通入二氧化碳气体，温度为20℃；
41.(3)研磨1h后将湿磨机中浆料固液分离，将待处理尾矿与分离的溶液搅拌均匀后升温至50℃晾干；
42.(4)晾干后的尾矿、分离的残渣以及水混合均匀，水灰比0.38，养护28d后脱模，得固化材料。
43.其中，电石渣：水渣：乙醇混合溶液：待处理尾矿为2：8：100：4；待处理尾矿为铁尾矿；二氧化碳气体浓度为65％。
44.反应完后取样按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)规定的方法进行浸出毒性试验，砷、镉、铜、铅、钼、镍、汞、六价铬的浸出浓度达到了《污水综合排放标准》(gb8978-1996)的最高允许排放标准。按常规检测方法，对固化材料进行抗压强度，抗压强度满足矿区回填的处置要求。
45.实施例3
46.本实施例方法具体操作如下：
47.(1)将电石渣和水渣在乙醇混合溶液中搅拌均匀后置于湿磨机中研磨；
48.(2)研磨过程中通入二氧化碳气体，温度为20℃；
49.(3)研磨1h后将湿磨机中浆料固液分离，将待处理尾矿与分离的溶液搅拌均匀后升温至50℃晾干；
50.(4)晾干后的尾矿、分离的残渣以及水混合均匀，水灰比0.45，养护28d后脱模，得固化材料。
51.其中，电石渣：水渣：乙醇混合溶液：待处理尾矿为2：8：100：5；待处理尾矿为钨尾矿；二氧化碳气体浓度为80％。
52.反应完后取样按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)规定的方法进行浸出毒性试验，砷、镉、铜、铅、钼、镍、汞、六价铬的浸出浓度达到了《污水综合排放标准》(gb8978-1996)的最高允许排放标准。按常规检测方法，对固化材料进行抗压强度，抗压强度满足矿区回填的处置要求。
53.实施例4
54.本实施例方法具体操作如下：
55.(1)将电石渣和水渣在乙醇混合溶液中搅拌均匀后置于湿磨机中研磨；
56.(2)研磨过程中通入二氧化碳气体，温度为20℃；
57.(3)研磨1h后将湿磨机中浆料固液分离，将待处理尾矿与分离的溶液搅拌均匀后升温至50℃晾干；
58.(4)晾干后的尾矿、分离的残渣以及水混合均匀，水灰比0.45，养护28d后脱模，得固化材料。
59.其中，电石渣：水渣：乙醇混合溶液：待处理尾矿为2：8：100：5；待处理尾矿为铅锌尾矿；二氧化碳气体浓度为80％。
60.反应完后取样按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)规定的方法进行浸出毒性试验，砷、镉、铜、铅、钼、镍、汞、六价铬的浸出浓度达到了《污水综合排放标准》(gb8978-1996)的最高允许排放标准。按常规检测方法，对固化材料进行抗压强度，抗压强度满足矿区回填的处置要求。
61.本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。