CN115353304A - 一种砷渣的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种砷渣的处理方法，属于固体废物重金属污染治理技术领域。本发明采用双氧水对砷渣进行浸出，通过浸出溶液回收砷后得到砷残渣；再采用炉渣‑赤泥基地聚物固定砷残渣中的砷。炉渣富含铝硅酸盐和铁，赤泥含有硅铝酸盐并且碱性高，提供潜在碱激活，脱硫石膏可以促进体系中钙矾石的产生，在反应过程中，脱硫石膏会有一些膨胀，使结构更致密，整体强度提高；炉渣‑赤泥基地聚物有利于与砷形成稳定的三维网状结构和钙矾石，降低砷的迁移效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种砷渣的处理方法，属于固体废物重金属污染治理技术领域。
背景技术
砷称为“砒”，其毒性非常之大，毒砂含砷约30％其危害可想而知，大量堆积砷极易渗入地下水对环境造成污染，影响水质，所以砷渣的合理化处理迫在眉睫。
砷渣中砷的品味高，直接填埋不仅浪费砷资源，而且危险性大。现有技术中，利用尾矿-赤泥基地聚物固砷的方法，利用尾矿-赤泥基地聚物在碱激活剂激发形成丰富的铝硅酸盐三维网状结构过程中，As元素嵌入铝硅键中，形成C-A-S-H(水化硅铝酸钙)地聚物结构的一部分，使三维网状结构更稳固，具有很高的抗压强度和极低的砷浸出率。但是，该方案长期固砷效果不佳且作为建筑材料有砷二次泄露风险。
发明内容
本发明针对砷渣不容易综合利用且长期堆放又容易淋溶对人类和环境造成巨大危害问题，提出了一种砷渣的处理方法，即采用双氧水对砷渣进行浸出，双氧水具有强氧化性，加入双氧水后低价态砷氧化为高价态并浸出得到含砷浸出溶液，通过浸出溶液回收砷后得到砷残渣；再采用炉渣-赤泥基地聚物固定砷残渣中的砷。炉渣富含铝硅酸盐和铁，赤泥含有硅铝酸盐并且碱性高，提供潜在碱激活，脱硫石膏可以促进体系中钙矾石的产生，在反应过程中，脱硫石膏会有一些膨胀，使结构更致密，整体强度提高；炉渣-赤泥基地聚物有利于与砷形成稳定的三维网状结构和钙矾石，降低砷的迁移效率。
一种砷渣的处理方法，具体步骤如下：
(1)将砷渣、炉渣和赤泥分别研磨、过筛、干燥得到砷渣粉、炉渣粉和赤泥粉；
(2)砷渣粉与双氧水混合均匀并提取反应2～5h，分离含砷溶液和含砷残渣，含砷溶液经干燥得到砷白；
(3)将炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到炉渣-赤泥混合物A；
(4)将氢氧化钠溶解至氢氧化钙溶液中，静置30～60min得到碱激活剂；
(5)将含砷残渣加入到炉渣-赤泥混合物A中混合均匀得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；
(6)将浆料C注入模具中并在室温下密封静置24～36h，脱模后置于室温、湿度为85～95％条件下养护7d以上得到含砷固化物；
所述步骤(2)中砷渣粉与双氧水的质量比为1:10～20；双氧水对砷渣粉中砷的提取效率可达60～80％；
所述步骤(3)中炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为3.5～6.5:2.5～5.5:1；
所述步骤(4)中碱激活剂的模数为1.8～3.5；
所述步骤(5)中混合物B中砷残渣的质量含量为5～10％，浆料的固液质量比为0.2～0.5:1。
含砷固化物样品进行抗压强度和砷浓度测试：将养护至相应龄期的样品进行抗压强度测试，随后进行浸出测试，并用Inductively Coupled Plasma OpticalEmissionSpectrometer(ICP-OES)检测出浸出液中砷的浓度。
炉渣-赤泥基地聚物固定砷残渣中的砷的原理：炉渣富含铝硅酸盐和铁，赤泥含有硅铝酸盐并且碱性高，提供潜在碱激活，炉渣-赤泥地聚物中含有大量的Ca、Al、Si和O元素，通过碱激活剂激发剂，形成Si-O-Si、O-Si-O、Al-O-Si、C-A-S-H类似的三维网状结构；三维网状结构形成过程中脱硫石膏促进体系中钙矾石的产生，在反应过程中，脱硫石膏会有一些膨胀，使结构更致密，整体强度提高，砷残渣中有害砷元素稳定在三维网状结构和钙矾石中，降低砷的浸出率。
本发明的有益效果是：
(1)本发明采用双氧水对砷渣进行浸出，双氧水具有强氧化性，加入双氧水后低价态砷氧化为高价并浸出得到含砷浸出溶液，以通过砷白回收砷，并减少炉渣-赤泥基地聚物固定时的砷含量；
(2)本发明利用固废炉渣和赤泥有效固砷，使炉渣-赤泥基地聚物在碱激活剂激发形成三维网状结构过程中，脱硫石膏促进产生钙矾石，并使砷渣中有害的砷元素能够稳定在三维网状结构和钙矾石中，形成地聚物结构的主体部分，使三维网状结构更稳固，具有很高的抗压强度和极低的砷浸出率；
(3)本发明含砷固化物的抗压强度优异，7天抗压强度可达14.33MPa，28天抗压强度可达24.80MPa，且砷浸出率极低，可作为建筑铺路材料投入使用。
附图说明
图1为实施例1～4养护7天和28天后样品的抗压强度柱状图；
图2为实施例1～4养护28天后样品的砷固定效率柱状图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例所采用的炉渣、赤泥和砷渣均取自来自云南某地，成分组成如表1、表2和表3所示；
表1炉渣成分组成(wt％)
表2赤泥成分组成(wt％)
表3砷渣成分组成(wt％)
一种砷渣的处理方法，具体步骤如下：
(1)将砷渣、炉渣和赤泥分别研磨6h、过180目筛、温度60℃下干燥12h得到砷渣粉、炉渣粉和赤泥粉；
(2)砷渣粉与市售双氧水混合均匀并提取反应2h，分离含砷溶液和含砷残渣，含砷溶液经干燥得到砷白；其中砷渣粉与市售双氧水的质量比为1:10；双氧水对砷渣粉中砷的提取效率达60％，含砷残渣中砷含量大幅降低；
(3)将炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到炉渣-赤泥混合物A；其中炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为3.5:5.5:1；
(4)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌2h使氢氧化钠完全溶解，静置30min得到碱激活剂，其中碱激活剂的模数为1.8；
(5)将含砷残渣加入到炉渣-赤泥混合物A中混合均匀得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；其中混合物B中砷残渣的质量含量为5％，浆料的固液质量比为0.5:1；
(6)将浆料C注入模具中并在室温下密封静置24h，脱模后置于室温、湿度为85％条件下养护7～28d得到含砷固化物A1；
性能测试:测试抗压强度使用以下方法：将达到养护规定时间的试样取出并放在抗压强度试验机上，以试件成型时的侧面为承压面，应将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的中心应与试验机下压板中心对准，启动机器，在屏幕上读出抗压强度示数，每组样品测试3个平均值；
试验结果计算：
f＝F/A
f-立方体试件抗压强度(MPa)
F-试件破坏荷载(N)
A-试件承压面积(mm2)
立方体试样抗压强度计算应精确到0.1MPa；
毒性浸出测试依据美国环保局颁布的U.S.EPA《Method 1311ToxicityCharacterisitc Leaching Procedure》标准进行试验；
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为12.78MPa，28天抗压强度为20.04MPa，砷固定效率如图2所示为96.4％。
实施例2：本实施例所采用的炉渣和赤泥均取自来自云南某地，成分组成如表4、表5和表6所示；
表4炉渣成分组成(wt％)
表5赤泥成分组成(wt％)
表6砷渣成分组成(wt％)
一种砷渣的处理方法，具体步骤如下：
(1)将砷渣、炉渣和赤泥分别研磨6h、过180目筛、温度60℃下干燥12h得到砷渣粉、炉渣粉和赤泥粉；
(2)砷渣粉与市售双氧水混合均匀并提取反应3h，分离含砷溶液和含砷残渣，含砷溶液经干燥得到砷白；其中砷渣粉与市售双氧水的质量比为1:14；双氧水对砷渣粉中砷的提取效率达69％；
(3)将炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到炉渣-赤泥混合物A；其中炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为4.5:4.5:1；
(4)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌3h使氢氧化钠完全溶解，静置40min得到碱激活剂，其中碱激活剂的模数为2.3；
(5)将含砷残渣加入到炉渣-赤泥混合物A中混合均匀得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；其中混合物B中砷残渣的质量含量为7％，浆料的固液质量比为0.4:1；
(6)将浆料C注入模具中并在室温下密封静置24h，脱模后置于室温、湿度为90％条件下养护7～28d得到含砷固化物A2；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为14.33MPa，28天抗压强度为19.28MPa，砷固定效率如图2所示为97.64％。
实施例3：本实施例所采用的炉渣和赤泥均取自来自云南某地，成分组成如表7、表8和表9所示；
表7炉渣成分组成(wt％)
表8赤泥成分组成(wt％)
表9砷渣成分组成(wt％)
一种砷渣的处理方法，具体步骤如下：
(1)将砷渣、炉渣和赤泥分别研磨6h、过180目筛、温度60℃下干燥12h得到砷渣粉、炉渣粉和赤泥粉；
(2)砷渣粉与市售双氧水混合均匀并提取反应4h，分离含砷溶液和含砷残渣，含砷溶液经干燥得到砷白；其中砷渣粉与市售双氧水的质量比为1:16；双氧水对砷渣粉中砷的提取效率达73％；
(3)将炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到炉渣-赤泥混合物A；其中炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为5.5:3.5:1；
(4)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌4h使氢氧化钠完全溶解，静置50min得到碱激活剂，其中碱激活剂的模数为2.8；
(5)将含砷残渣加入到炉渣-赤泥混合物A中混合均匀得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；其中混合物B中砷残渣的质量含量为9％，浆料的固液质量比为0.3:1；
(6)将浆料C注入模具中并在室温下密封静置32h，脱模后置于室温、湿度为90％条件下养护7～28d得到含砷固化物A3；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为12.77MPa，28天抗压强度为24.80MPa；砷固定效率如图2所示为99.69％。
实施例4：本实施例所采用的炉渣和赤泥均取自来自云南某地，成分组成如表10、表11和表12所示；
表10炉渣成分组成(wt％)
表11赤泥成分组成(wt％)
表12砷渣成分组成(wt％)
一种砷渣的处理方法，具体步骤如下：
(1)将砷渣、炉渣和赤泥分别研磨6h、过180目筛、温度60℃下干燥12h得到砷渣粉、炉渣粉和赤泥粉；
(2)砷渣粉与市售双氧水混合均匀并提取反应5h，分离含砷溶液和含砷残渣，含砷溶液经干燥得到砷白；其中砷渣粉与市售双氧水的质量比为1:20；双氧水对砷渣粉中砷的提取效率达80％；
(3)将炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到炉渣-赤泥混合物A；其中炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为6.5:2.5:1；
(4)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌5h使氢氧化钠完全溶解，静置60min得到碱激活剂，其中碱激活剂的模数为3.5；
(5)将含砷残渣加入到炉渣-赤泥混合物A中混合均匀得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；其中混合物B中砷残渣的质量含量为10％，浆料的固液质量比为0.2:1；
(6)将浆料C注入模具中并在室温下密封静置36h，脱模后置于室温、湿度为95％条件下养护7～28d得到含砷固化物A4；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为9.96MPa，28天抗压强度为14.97MPa；砷固定效率如图2所示为96.36％。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种砷渣的处理方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)将砷渣、炉渣和赤泥分别研磨、过筛、干燥得到砷渣粉、炉渣粉和赤泥粉；
(2)砷渣粉与双氧水混合均匀并提取反应2～5h，分离含砷溶液和含砷残渣，含砷溶液经干燥得到砷白；
(3)将炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到炉渣-赤泥混合物A；
(4)将氢氧化钠溶解至氢氧化钙溶液中，静置30～60min得到碱激活剂；
(5)将含砷残渣加入到炉渣-赤泥混合物A中混合均匀得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；
(6)将浆料C注入模具中并在室温下密封静置24～36h，脱模后置于室温、湿度为85～95％条件下养护7d以上得到含砷固化物。
2.根据权利要求1所述砷渣的处理方法，其特征在于：步骤(2)中砷渣粉与双氧水的质量比为1:10～20。
3.根据权利要求1所述砷渣的处理方法，其特征在于：步骤(3)中炉渣粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为3.5～6.5:2.5～5.5:1。
4.根据权利要求1所述砷渣的处理方法，其特征在于：步骤(4)中碱激活剂的模数为1.8～3.5。
5.根据权利要求1所述砷渣的处理方法，其特征在于：步骤(5)中混合物B中砷残渣的质量含量为5～10％，浆料的固液质量比为0.2～0.5:1。
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2022
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