工业重金属固体废渣的处理方法

专利名称：工业重金属固体废渣的处理方法
技术领域：
本发明涉及工业重金属固体废渣的处理方法，属环境保护工程及环境化学技术领域。
另外，垃圾焚烧是城市生活垃圾处理的一个重要手段，但焚烧过程将产生大量的飞灰和底灰。目前，上海2座年处理30万吨的垃圾焚烧厂已投入运行，按国外垃圾焚烧厂的运行数据计算，60万吨垃圾焚烧后将产生12万吨飞灰(简称MSW飞灰)。按原设计方案，这些飞灰将被填埋处理。MSW飞灰中含有许多有害的铅、铬、锌和汞等重金属，如这些飞灰未经处理予以填埋，填埋液在地下土壤中的渗漏将对人类生存的生态圈构成威胁。所以，对于MSW飞灰应加以利用并安全处理。
另一方面，工业过程排放的固体废物有相当部分属于含有重金属的危险废物，同样这些危险废物在填埋前也必须予以安全处理。
一般来说，用水泥稳定固化的方法是安全处理危害废物的基本方法，在高碱性的硅酸盐水泥体系水化过程中，一些有害重金属通过与水泥主要水化相CSH(CaO.SiO2.nH2O)的物理化学作用被束缚稳定在水泥固化基质重。鉴于水泥固化法具有经济易操作等优点，这种固化基质已在国外的危险废物处理中得到广泛应用。同时，为克服传统的水泥固化基质的高空隙、高渗透性及对、铅、砷、汞、铬等重金属固化效率低等问题，也开始着手作多种改进型水泥固化基质的研究工作。
国外的改进型水泥固化基质的专利主要集中于四类发明(1)硅酸盐水泥掺加混合材(如硅质、矿渣、粉煤灰)系列；(2)硅酸盐水泥和水玻璃添加剂复合系列；(3)硅酸盐水泥和一些还原剂复合系列；(4)石灰硅质混合材复合系列。但是，应用这些改进型的水泥固化基质于危险废物填埋预处理的实际工程仍未解决(1)固化基质增容比较高(2)固化基质对重金属高价阳离子的阴离子团固化效果弱的问题。
本发明的一种工业重金属固体废渣的处理方法，该方法实质上为水泥稳定固化法，其特征在于采用新型水泥固化基质，即采用以城市垃圾焚烧飞灰为主要组成的水泥固化基质，固化基质的组份及配比为城市垃圾焚烧飞灰70-90wt％，含铝添加剂3-10wt％，钙质控制剂7-20wt％将按上述配方配好的垃圾焚烧飞灰基的固化其质与需作处理的工业重金属固体废渣或污泥共同混合，加适量水，搅拌均匀，然后成型制成水泥块石固化体，接着常温养护三日，最后埋入填埋场。
上述的城市垃圾焚烧飞灰为含有富钙低硅元素成分；所述的含铝添加剂为富铝粘土、富铝天然矿物、富铝工业废渣；所述的钙质控制剂为硅酸盐水泥、石灰、富钙工业废渣。
上述的水泥块石固化体是垃圾焚烧飞灰基的固化基质和工业重金属固体废渣共同混合制成，此两者的适当配合比例为1∶1-1.5∶1。
本发明的新型水泥固化基质，采用城市垃圾焚烧飞灰为主要原料，其优点不言而喻，可有效处理大量的城市废物、有利于环境保护。再者，本发明可更进一步处理工业重金属固体废渣或污泥，双管齐下，一举两得，是一种有效的新颖的环境保护措施。
本发明方法的作用和原理可叙述如下城市垃圾焚烧飞灰(MSW)的主要化学成分具有富钙低硅、富氯、富硫的特点，在其与含铝含钙物质混合及水化水合过程中，形成CaO-SiO2-Al2O3-CaCl2-10H2O体系，且形成水铝钙石类矿物，它包括Afm相(3C3A.CaSO4.10H2O)、Friedel相(3C3A.CaCl2.10H2O)、Aft相(3C3A.3CaSO4.32H2O)和CSH相(CaO.SiO2.nH2O)，依据Friedel相和Aft相固熔体结构分析结果，可知该两相是能有效稳定重金属阳离子和阴离子团的潜在矿物质。飞灰中的氯离子可形成层状结构的Friedel相，而硫酸根离子则易形成对重金属有强束缚作用的Afm相和Aft相。这说明通过MSW飞灰基材料组的调控，可实现CSH相-Friedel相-Afm相的共存，合理的固化基质相的匹配设计，如CSH相、Friedel相、Afm相的复合，可望有效安全处理各类重金属。CSH相-Friedel相-Afm相的复合是新的一类固化基质矿物主导相。
实施例一先按规定配方制取水泥固化基质。固化基质的组份及配比为城市垃圾焚烧飞灰80wt％，含铝添加剂4wt％，钙质控制剂16wt％。
水泥块石固化体是垃圾焚烧飞灰基的固化基质和工业重金属固体废渣的适当配合比例为1.5∶1。
制取水泥块石固化体(干基)1000公斤。按上述配比配制固化基质600公斤，其中城市垃圾焚烧飞灰为480公斤，活化铝粉为24公斤，石灰粉为96公斤。
然后再放入被处理废渣电镀重金属铬污泥400公斤。
上述物质称重都以干基计量。
将上述各物质的混合物加适量水后进行机械搅拌，然后成型制成水泥块石固化体，在常温下养护三日，最后即可将该含有固化物重金属有害物质埋入填埋场，作最后处理。
本发明方法与过去传统的水泥固化基质相比如下传统水泥固化基质的配比为普通525水泥600公斤，电镀重金属铬污泥400公斤。
本发明方法的实施例中，其固化体中，水泥的用量为零，而活化铝粉和石灰粉共120公斤，取代了普通525水泥，因此其体积增容比降低80％。
另外，TCLP铬离子浸出率也比传统水泥固化体降低4倍。这些都是本发明方法的明显优点。
权利要求
1.一种工业重金属固体废渣的处理方法，该方法实质上为水泥稳定固化法，其特征在于采用新型水泥固化基质，即采用以城市垃圾焚烧飞灰为主要组成的水泥固化基质，固化基质的组份及配比为城市垃圾焚烧飞灰70-90wt％，含铝添加剂3-10wt％，钙质控制剂7-20wt％；将按上述配方配好的垃圾焚烧飞灰基的固化其质与需作处理的工业重金属固体废渣或污泥共同混合，加适量水，搅拌均匀，然后成型制成水泥块石固化体，接着常温养护三日，最后埋入填埋场。
2.根据权利要求1所述的一种工业重金属固体废渣的处理方法，其特征在于所述的城市垃圾焚烧飞灰为含有富钙低硅元素成分；所述的含铝添加剂为富铝粘土、富铝天然矿物、富铝工业废渣；所述的钙质控制剂为硅酸盐水泥、石灰、富钙工业废渣。
3.根据权利要求1所述的一种工业重金属固体废渣的处理方法，其特征在于水泥块石固化体是垃圾焚烧飞灰基的固化基质和工业重金属固体废渣共同混合制成，此两者的适当配合比例为1∶1-1.5∶1。
全文摘要
本发明涉及一种工业重金属固体废物的处理方法，该方法实质上为水泥稳定固化法，其特征在于采用新型水泥固化基质，即采用以城市垃圾焚烧飞灰为主要组成的水泥固化基质，固化基质的组份及配比为城市垃圾焚烧飞灰70－90wt％，含铝添加剂3－10wt％，钙质控制剂7－20wt％；将按上述配方配好的垃圾焚烧飞灰基的固化基质与需作处理的工业重金属固体废渣或污泥共同混合，加适量水，搅拌均匀，然后成型制成水泥块石固化体，接着常温养护三日，最后埋入填埋场。本方法既可利用和处理城市垃圾飞灰又可处理有害的工业重金属废渣，为一举两得的有效环保措施。
文档编号B09B3/00GK1457939SQ03116879
公开日2003年11月26日 申请日期2003年5月13日 优先权日2003年5月13日
发明者钱光人 申请人:上海大学