CN106278369A - 一种利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，包括以下步骤：首先将铬渣烘干磨碎得到粉末，接着将铬渣粉末和粉煤灰按一定比例复配，加入吸波成分以及成孔剂混合均匀，将混合物置于粉末压片机中挤压成型得到坯料，最后采用微波烧结的方式，将坯料在高温还原气氛条件下烧制一段时间，冷却后即得到陶粒产品。本发明方法不仅实现了铬渣以及粉煤灰的无害化、资源化处理，而且制备出的陶粒铬含量浸出低，符合建筑轻骨料的要求，该方法还具有流程简单、耗能少、生产的陶粒性能好等优点。

Description

一种利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法
技术领域
本发明属于固体危险废物减量化、无害化处理和资源化利用技术领域，具体涉及一种利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法。
背景技术
铬渣是铬盐生产厂和铬铁合金厂在生产过程中排放的剧毒固体废渣。通常每生产1t金属铬会排放约10t铬渣，目前我国每年铬渣的排放量约为20万吨，大量铬渣堆放，会对环境及周边人群造成很大的影响。铬渣的主要成分为Al2O3，约占铬渣含量的70-80wt％，其中铬含量约占铬渣含量的10wt％左右。目前，对于铬渣的利用主要是通过当原料来制备烧结砖，在高温情况下固化处理。
粉煤灰是燃煤电厂产生的主要固体废弃物，其主要成分是Al2O3以及SiO2，两者占粉煤灰质量的60wt％以上。目前在我国由于燃煤所产生的粉煤灰总存量已经超过10亿t，而且还在以每年0.8-1亿t的速度增加。存放粉煤灰不仅占用大量土地，还会造成严重的环境污染。亦今为止我国粉煤灰总的利用率仅为67％左右，因此如何让粉煤灰资源充分利用，减轻环境和社会的经济负担，已经成为如今研究的热点之一。
目前对于重金属铬的固化已经有了相关的研究。除了传统的水泥固化以外，中国专利CN105399331A公开了一种铬渣中铬的双重固定解毒的玻璃陶瓷化方法，将三氧化二铬或铬渣与常见的CaO-MgO-SiO2-Al2O3基质材料混合均匀后压实，然后将压实体在空气气氛中于1200℃-1400℃熔制成玻璃陶瓷烧结体，即为玻璃陶瓷材料，进而实现铬渣的固定解毒处置。但是该方法采用的烧结温度高，烧结时间长，固化成本较高，最重要的不足是该烧结体不是一种可使用的材料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有铬渣、粉煤灰资源处理利用中存在的上述不足，提供一种利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的新方法，该方法不仅实现了铬渣以及粉煤灰的无害化、资源化处理，而且制备的陶粒铬含量浸出低，符合建筑轻骨料的要求，同时本发明还具有流程简单，耗能少，生产的陶粒性能好等优点。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，包括以下步骤：(a)将铬渣烘干磨碎得到铬渣粉末；(b)将铬渣粉末与粉煤灰按照一定比例复配，加入吸波组分、成孔剂并混合均匀得混合物粉末；(c)将混合物粉末置于粉末压片机中挤压成型得坯料；(d)坯料烧结得到陶粒。
按照上述方案，步骤(a)中铬渣烘干磨碎后需过200目筛。
按照上述方案，步骤(b)中混合物粉末中铬渣粉末占15-30wt％，吸波组分占1-3wt％，成孔剂占1-3wt％，余量为粉煤灰。
按照上述方案，步骤(c)中粉末压片机压制成型时的压强为15MPa，保压时间为5s。
按照上述方案，步骤(d)中坯料在还原气氛中采用微波烧结方式进行烧结，微波功率为9KW，烧结温度为1000-1200℃，保温时间为10-50min。
上述方案中，所述铬渣为铬生产过程中的废渣，其主要化学成分为：Al2O3 70-80wt％，MgO 1.5-2.5wt％，SiO2 1.5-2.5wt％，CaO 1-2wt％，Na2O 3-4wt％，Cr2O3 11-14wt％。
上述方案中，所述粉煤灰为I级，其SiO2含量≥50wt％。
上述方案中，吸波组分为纯度≥99％的氧化铁，成孔剂为活性炭。
粉煤灰主要为氧化硅和氧化铝，而铬渣中含有大量的氧化铝，因此利用粉煤灰和铬渣制备陶粒的技术方案是可行的。微波烧结不同于传统的电炉由外而内的辐射加热方式，具有加热速度快、能源利用率高、加热均匀、温度梯度小等优点。另外，材料内部极性分子吸收微波时会改变分子排列等焓或熵效应，从而降低了反应活化能，改变了反应动力学，促进材料的内部反应，可降低反应所需要的时间，节约能源。作为吸波物质掺入材料内部的氧化铁，不仅能够加速材料吸收微波实现快速烧结，而且在高温条件下氧化铁可以与重金属铬的氧化物反应生成固溶体，实现对重金属铬的固化处理。为了能够得到轻质的陶粒产品，成孔剂选择为活性炭。首先，活性炭在高温下能够反应生成二氧化碳气体，在烧结样品的内部产生气孔并放出热量，释放的热量可以在烧结体内部局部较高温度的还原环境加速反应的进行。由于使用的烧结氛围为还原气氛，还可以使反应过程中毒性较强的六价铬被还原为毒性较小的三价铬，并在高温下与氧化铁反应生成固溶体。
本发明具有以下有益效果：(1)本发明使用的原料为生产金属铬产生的废渣以及燃煤电厂产生的固体废弃物粉煤灰，固废利用率可以达到98％，利用其生产轻质陶粒，不仅能够变废为宝，而且具有良好的经济效益；(2)相比于传统的电炉烧结，微波烧结的方式更具有优势，其烧结速度快，烧结效率高，能耗少；(3)本发明制备的轻质陶粒，重金属铬的固化效果好。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
本发明所使用的铬渣为生产金属铬产生的废渣，其主要化学成分为Al2O370-80wt％、MgO1.5-2.5wt％、SiO21.5-2.5wt％、CaO1-2.wt％、Na2O 3-4wt％，Cr2O3的总含量在11-14wt％左右。粉煤灰为I级粉煤灰，其SiO2≥50wt％。氧化铁(纯度≥99％)、活性炭均为市售材料，均为粉末状材料。
实施例1
一种利用铬渣以及粉煤灰制备陶粒的方法，该陶粒按重量分数计包括磨细的铬渣20％，粉煤灰78％，三氧化二铁1％，活性炭1％。首先将铬渣烘干粉磨过200目筛得到粉末；再将铬渣粉末和粉煤灰按上述比例复配，加入吸波成分氧化铁以及成孔剂活性炭混合均匀；将混合物在粉末压片机中挤压成型(压强15MPa，保压时间5s)得到坯料；采用微波烧结的方式(功率9KW)，将坯料在还原气氛于1100℃下烧制30min，冷却后即得到陶粒产品。
利用该方法制备的陶粒，内部有大量的微观气孔，表观密度为1540Kg/m3，吸水率20.3％，筒压强度为4.2Mpa。按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)处理样品，采用原子吸收光谱测试重金属铬的浓度为0.025mg/L。
实施例2
一种利用铬渣以及粉煤灰制备陶粒的方法，该陶粒按重量分数计包括磨细的铬渣25％，粉煤灰73％，三氧化二铁1％，活性炭1％。首先将铬渣烘干粉磨得到粉末；再将铬渣和粉煤灰按上述比例复配，加入吸波成分氧化铁以及成孔剂活性炭混合均匀；将混合物在粉末压片机中挤压成型(压强15MPa，保压时间5s)得到坯料；采用微波烧结的方式(功率9KW)，将坯料在还原气氛于1100℃下烧制30min，冷却后即得到陶粒产品。
利用该方法制备的陶粒，内部有大量的微观气孔，表观密度为1640Kg/m3，吸水率18.6％，筒压强度为4.6Mpa。按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)处理样品，采用原子吸收光谱测试重金属铬的浓度为0.022mg/L。
实施例3
一种利用铬渣以及粉煤灰制备陶粒的方法，该陶粒按重量分数计包括磨细的铬渣18％，粉煤灰78％，三氧化二铁2％，活性炭2％。首先将铬渣烘干粉磨得到粉末；再将铬渣和粉煤灰按上述比例复配，加入吸波成分氧化铁以及成孔剂活性炭混合均匀；将混合物在粉末压片机中挤压成型(压强15MPa，保压时间5s)得到坯料；采用微波烧结的方式(功率9KW)，将坯料在还原气氛于1100℃下烧制30min，冷却后即得到陶粒产品。
利用该方法制备的陶粒，内部有大量的微观气孔，表观密度为1480Kg/m3，吸水率25.3％，筒压强度为3.4Mpa。按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)处理样品，采用原子吸收光谱测试重金属铬的浓度为0.019mg/L。
实施例4
一种利用铬渣以及粉煤灰制备陶粒的方法，该陶粒按重量分数计包括磨细的铬渣16％，粉煤灰80％，三氧化二铁2％，活性炭2％。首先将铬渣烘干粉磨得到粉末；再将铬渣和粉煤灰按上述比例复配，加入吸波成分氧化铁以及成孔剂活性炭混合均匀；将混合物在粉末压片机中挤压成型(压强15MPa，保压时间5s)得到坯料；采用微波烧结的方式(功率9KW)，将坯料在还原气氛于1150℃下烧制30min，冷却后即得到陶粒产品。
利用该方法制备的陶粒，内部有大量的微观气孔，表观密度为1560Kg/m3，吸水率23.2％，筒压强度为4.8Mpa。按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)处理样品，采用原子吸收光谱测试重金属铬的浓度为0.023mg/L。
实施例5
一种利用铬渣以及粉煤灰制备陶粒的方法，该陶粒按重量分数计包括磨细的铬渣15％，粉煤灰80％，三氧化二铁3％，活性炭2％。首先将铬渣烘干粉磨得到粉末；再将铬渣和粉煤灰按相应比例复配，加入吸波成分氧化铁以及成孔剂活性炭混合均匀；将混合物在粉末压片机中挤压成型(压强15MPa，保压时间5s)得到坯料；采用微波烧结的方式(功率9KW)，将坯料在还原气氛于1100℃下烧制30min，冷却后即得到陶粒产品。
利用该方法制备的陶粒，内部有大量的微观气孔，表观密度为1440Kg/m3，吸水率22.3％，筒压强度为4.4Mpa。按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ557-2010)处理样品，采用原子吸收光谱测试重金属铬的浓度为0.018mg/L。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (8)

1.一种利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)将铬渣烘干磨碎得到铬渣粉末；(b)将铬渣粉末与粉煤灰按照一定比例复配，加入吸波组分、成孔剂，混合均匀得混合物粉末；(c)将混合物粉末置于粉末压片机中挤压成型得坯料；(d)坯料烧结得到陶粒。
2.如权利要求1所述的利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于：步骤(a)中铬渣烘干磨碎后需过200目筛。
3.如权利要求1所述的利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于：步骤(b)中混合物粉末中铬渣粉末占15-30wt％，吸波组分占1-3wt％，成孔剂占1-3wt％，余量为粉煤灰。
4.如权利要求1所述的利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于：步骤(c)中粉末压片机压制成型时的压强为15MPa，保压时间为5s。
5.如权利要求1所述的利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于：步骤(d)中坯料在还原气氛中采用微波烧结方式进行烧结，微波功率为9KW，烧结温度为1000-1200℃，保温时间为10-50min。
6.如权利要求1所述的利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于：所述铬渣为铬生产过程中的废渣，其主要化学成分为Al2O3 70-80wt％，MgO 1.5-2.5wt％，SiO2 1.5-2.5wt％，CaO 1-2wt％，Na2O 3-4wt％，Cr2O3 11-14wt％。
7.如权利要求1所述的利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于：所述粉煤灰为I级，其SiO2含量≥50wt％。
8.如权利要求1所述的利用铬渣、粉煤灰制备陶粒的方法，其特征在于：吸波组分为纯度≥99％的氧化铁，成孔剂为活性炭。
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