CN102657926B - 一种重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种重金属常温固化剂。该重金属常温固化剂按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁30.0%~40.0%，磷酸二氢钾55.0%~65.0%，硼砂3.5%~5.0%，氧化铁0.1%~0.5%，二氧化硅0.1%~0.5%。本发明还提供一种使用其固化重金属污染物中重金属的方法。经本发明的常温固化剂对含重金属废弃物在常温下进行固化处理后，可以实现废弃物资源化利用。而且本发明的常温固化剂的固化效果好，常温稳定化方法成本低，操作过程简单易行，固化受环境影响波动较小。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法。
背景技术
随着我国城市化的高速发展，城市生活垃圾排放量以每年 8%~10%的速度急剧增加，严重地阻碍了我国经济与社会的可持续发展。目前焚烧法是对城市生活垃圾处理的最好方法。焚烧法能有效破坏有机毒性物质，减容率高且可回收二次能源，但是垃圾焚烧飞灰（MSWI）会富集大量高毒性的重金属，被国家列入危险废弃物名录，需对其进行固化后准予安全填埋。实现MSWI中有害组分的无害化处置至关重要。国内外学者对MSWI 飞灰中重金属的无害化处置进行针对性的研究，国内外有大量研究报道。
施惠生等研究证实水泥稳定/固化飞灰的效果良好（Hui-sheng Shi, Li-li Kan. Characteristics of municipal solid wastes incineration (MSWI) fly ash cement matrices and effect of mineral admixtures on composite system. Construction and Building Materials, 2009 , 23(6): 2160-2166）。
T. Mangialardi等指出对飞灰进行水洗可消除大部分的可溶盐，可减小飞灰对水泥水化的影响（T. Mangialardi. Disposal of MSWI fly ash through a combined washing immobili- sation process. Journal of Hazardous Materials, 2003,98(3): 225-240）。
A. Polettini等采用加入 Na2SiO3或 CaCl2添加剂来减少飞灰对水泥硬化的影响。（A. Polettini, R. Pomia, et al. Properties of Portland cement-stabilized MSWI fly ashes. Journal of Hazardous Materials, 2001, 88 (1): 123-138）。
高兴保等采用二硫代氨基甲酸盐类螯合剂代替部分水泥固化水洗飞灰（Xingbao Gao, Wei Wang, Tunmin Ye, et al. Utilization of washed MSWI fly ash as partial cement substitute with the addition of dithiocarbamic chelate. Journal of Environmental Management ,2008, 88 (2) 293-299）。然而该方法存在增容比大，长期环境作用下重金属的固化效果差等问题。
王琪等研究 MSWI 飞灰熔融过程中重金属的迁徙特性发现熔融方法可有效消除二噁英和减少重金属的浸出。（Qi Wang, Shulei Tian, Qunhui Wang, et al. Melting characteristics during the vitrification of MSWI fly ash with a pilot scale diesel oil furnace. Journal of Hazardous Materials, 2008, 160(2): 376-381）。
***等研究表明多胺类和聚乙烯亚胺类重金属鳌合剂对飞灰的处理效果明显优于Na2S 和石灰，且投加量少。（***，王伟，李国鼎.重金属螯合剂处理焚烧飞灰的稳定性实验研究.上海环境科学, 2001, 20(3):134-136）。
钱光人利用磷酸类药剂与灰中的 Si、Al、Ca 等反应生成可固化重金属的羟基磷石灰矿物；但常温下 MSWI 飞灰中二噁英无法分解，且处理后的飞灰仍应填埋。（Guangren Qian, Xia Xu, Weimin Sun, et al. Preparation, characterization, and stability of calcium zinc hydrophosphate. Materials Research Bulletin, 2008, 43 (12): 3463-3473）。
综上所述,目前的研究主要集中在使用高温热处理和化学螯合剂对微量重金属固化。对于高温热处理进行固化的方法，首先高温热处理需要消耗大量的能源，而且处理过程中会产生二次污染，重金属会重新挥发出来，处理后的废弃物仍然需要填埋，占用大量土地；其次，该方法不适用重金属废弃物中氯离子含量较高的情况，因为较高的氯离子含量会一定程度损坏高温处理设备。对于用化学螯合剂进行固化的方法，其固化效果受环境影响波动比较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种可避免高温过程的能源浪费，成本比较低的重金属常温固化剂及使用其固化重金属污染物中重金属的方法。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
一种重金属常温固化剂，其特征在于，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁30.0%~40.0%，磷酸二氢钾55.0%~65.0%，硼砂3.5%~5.0%，氧化铁0.1%~0.5%，二氧化硅0.1%~0.5%。
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）按重量百分比为30.0%~40.0%的氧化镁，55.0%~65.0%的磷酸二氢钾，3.5%~5.0%的硼砂，0.1%~0.5%的氧化铁，0.1%~0.5%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁及二氧化硅，备用；
2）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
3）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为5~20:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
4）加入所述混合料质量的25%~35%的水至所述混合料，搅拌，静置成型。
上述方案中，所述步骤4）中的搅拌时间为2min~5min。
上述方案中，还包括在重金属污染物与重金属常温固化剂混合之前将重金属污染物在105℃烘干2h的步骤。
本发明的原理为：本发明对重金属的稳定方法，主要利用氧化镁和磷酸二氢钾的化学反应，及其化学基团与重金属铅、锌、铜等形成稳定的矿物盐和矿物质。矿物盐和矿物质对低浓度的重金属有很好的吸附作用，对于高浓度的重金属，则发生化学反应后生成物沉淀在矿物质表面。
本发明的有益效果为：经本发明的常温固化剂对含重金属废弃物在常温下进行固化处理后，可以实现废弃物资源化利用。本发明的常温固化剂的固化效果好，常温稳定化方法成本低，操作过程简单易行，固化效果受环境影响波动较小。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。
以下所有实施例中所使用的重金属污染物的化学成分见表1。
表1 重金属废弃物的化学成分
| 成分 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | Cl | SO3 |
| 重量百分比（%） | 16.45 | 8.72 | 6.25 | 8.27 | 3.11 | 8.75 | 2.61 | 3.72 | 3.87 |
| 成分 | P2O5 | MnO | CuO | ZnO | CdO | Cr2O3 | BaO | PbO | 烧失量 |
| 重量百分比（%） | 2.93 | 0.12 | 6.24 | 3.11 | 6.64 | 3.12 | 5.23 | 7.74 | 3.12 |
实施例1
一种重金属常温固化剂，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁30.0%，磷酸二氢钾65.0%，硼砂4.0%，氧化铁0.5%，二氧化硅0.5%。
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，它包括以下步骤：
1）将重金属污染物在105℃烘干2h，备用；
2）按重量百分比为30.0%的氧化镁，65.0%的磷酸二氢钾，4.0%的硼砂，0.5%的氧化铁，0.5%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅，备用；
3）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
4）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为15:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
5）加入所述混合料质量的35%的水至所述混合料，搅拌2min，静置成型，28d后破碎，根据国家标准(HJ557-2010)做毒性浸出实验，毒性浸出结果见表2。
实施例2
一种重金属常温固化剂，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁36.0%，磷酸二氢钾60.0%，硼砂3.8%，氧化铁0.1%，二氧化硅0.1%。
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，它包括以下步骤：
1）按重量百分比为36.0%的氧化镁，60.0%的磷酸二氢钾，3.8%的硼砂，0.1%的氧化铁，0.1%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅，备用；
2）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
3）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为18:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
4）加入所述混合料质量的33%的水至所述混合料，搅拌，静置成型，28d后破碎，根据国家标准(HJ557-2010)做毒性浸出实验，毒性浸出结果见表2。
实施例3
一种重金属常温固化剂，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁35.5%，磷酸二氢钾59.0%，硼砂5.0%，氧化铁0.2%，二氧化硅0.3%。
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，它包括以下步骤：
1）将重金属污染物在105℃烘干2h，备用；
2）按重量百分比为35.5%的氧化镁，59.0%的磷酸二氢钾，5.0%的硼砂，0.2%的氧化铁，0.3%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅，备用；
3）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
4）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为5:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
5）加入所述混合料质量的30%的水至所述混合料，搅拌4min，静置成型，28d后破碎，根据国家标准(HJ557-2010)做毒性浸出实验，毒性浸出结果见表2。
实施例4
一种重金属常温固化剂，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁40.0%，磷酸二氢钾55.0%，硼砂4.5%，氧化铁0.3%，二氧化硅0.2%。
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，它包括以下步骤：
1）将重金属污染物在105℃烘干2h，备用；
2）按重量百分比为40.0%的氧化镁，55.0%的磷酸二氢钾，4.5%的硼砂，0.3%的氧化铁，0.2%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅，备用；
3）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
4）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为15:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
5）加入所述混合料质量的28%的水至所述混合料，搅拌5min，静置成型，28d后破碎，根据国家标准(HJ557-2010)做毒性浸出实验，毒性浸出结果见表2。
实施例5
一种重金属常温固化剂，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁37.5%，磷酸二氢钾58.0%，硼砂3.5%，氧化铁0.5%，二氧化硅0.5%。
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，它包括以下步骤：
1）将重金属污染物在105℃烘干2h，备用；
2）按重量百分比为37.5%的氧化镁，58.0%的磷酸二氢钾，3.5%的硼砂，0.5%的氧化铁，0.5%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅，备用；
3）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
4）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为18:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
5）加入所述混合料质量的26%的水至所述混合料，搅拌5min，静置成型，28d后破碎，根据国家标准(HJ557-2010)做毒性浸出实验，毒性浸出结果见表2。
实施例6
一种重金属常温固化剂，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁32.5%，磷酸二氢钾63.0%，硼砂3.8%，氧化铁0.2%，二氧化硅0.5%。
一种使用上述重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，它包括以下步骤：
1）将重金属污染物在105℃烘干2h，备用；
2）按重量百分比为32.5%的氧化镁，63.0%的磷酸二氢钾，3.8%的硼砂，0.2%的氧化铁，0.5%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅，备用；
3）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁、及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
4）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为20:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料；
5）加入所述混合料质量的25%的水至所述混合料，搅拌4min，静置成型，28d后破碎，根据国家标准(HJ557-2010)做毒性浸出实验，毒性浸出结果见表2。
表2 重金属污染物处理前、处理后的浸出浓度 （mg/L）
由表2可知，使用本发明的常温固化剂对重金属污染物中重金属进行固化，浸出浓度远低于标准限值，固化效果好。
本发明所列举的各原料，以及各原料的上下限取值、以及其区间值，都能实现本发明；以及各工艺参数（如时间）的上下限取值、以及其区间值，都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (4)
1.一种重金属常温固化剂，其特征在于，按重量百分比它由以下组分组成：氧化镁30.0%~40.0%，磷酸二氢钾55.0%~65.0%，硼砂3.5%~5.0%，氧化铁0.1%~0.5%，二氧化硅0.1%~0.5%，所述重金属为Pb、Zn、Cd、Cr、Cu或Ba。
2.一种使用如权利要求1所述的重金属常温固化剂固化重金属污染物中重金属的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）按重量百分比为30.0%~40.0%的氧化镁，55.0%~65.0%的磷酸二氢钾，3.5%~5.0%的硼砂，0.1%~0.5%的氧化铁，0.1%~0.5%的二氧化硅，选取氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁及二氧化硅，备用；
2）将氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、氧化铁及二氧化硅充分混合，得到重金属常温固化剂；
3）按重金属污染物与所述重金属常温固化剂的质量比为5~20:100选取重金属污染物，将重金属污染物与重金属常温固化剂混合，搅拌均匀，得到混合料，所述重金属污染物中重金属为Pb、Zn、Cd、Cr、Cu或Ba；
4）加入所述混合料质量的25%~35%的水至所述混合料，搅拌，静置成型。
3.如权利要求2所述的固化重金属污染物中重金属的方法，其特征在于，所述步骤4）中的搅拌时间为2min~5min。
4.如权利要求2所述的固化重金属污染物中重金属的方法，其特征在于，还包括在重金属污染物与重金属常温固化剂混合之前将重金属污染物在105℃烘干2h的步骤。
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