1.本發(fā)明涉及環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種鉛冶煉渣中多種重金屬同步穩(wěn)定化材料。

背景技術(shù)：

2.我國(guó)鉛儲(chǔ)量占世界鉛總量的17.8％，卻提供了全世界50％以上的鉛產(chǎn)能，導(dǎo)致我國(guó)鉛冶煉工業(yè)規(guī)模常年位居世界第一，每年產(chǎn)生大量含重金屬as、zn、cd、pb、cu、hg、cr等的鉛冶煉渣。目前，除極少數(shù)資源化利用外，鉛冶煉渣大部分被隨意露天堆存處置，由于歷史原因大部分堆置場(chǎng)地并未作防滲處理。露天堆存的鉛冶煉渣，因長(zhǎng)期受風(fēng)化腐蝕、降雨降雪等自然侵蝕作用，其中的不穩(wěn)定礦物不斷被淋溶，產(chǎn)生有害的重金屬離子，不斷遷移和擴(kuò)散，致使堆場(chǎng)周邊土壤和水體遭受嚴(yán)重的重金屬污染。因此，鉛冶煉渣的安全處置已得到了廣泛的關(guān)注。

3.鉛冶煉渣的安全處置與其他重金屬?gòu)U渣的安全處置一樣，先固化/穩(wěn)定化處理，再進(jìn)行安全填埋處置的方式已成為未來(lái)鉛冶煉渣無(wú)害化的主要途徑。

4.固化/穩(wěn)定化處理的關(guān)鍵是固化/穩(wěn)定化材料的研發(fā)。然而，針對(duì)鉛冶煉渣的固化材料研究和應(yīng)用很少，公開(kāi)報(bào)導(dǎo)的固化材料僅有幾種以粉煤灰、高爐渣、石灰石為主要原料，以水玻璃、氫氧化鈉、水泥熟料、石膏、廢鋁蝕刻液為激發(fā)劑制備的地質(zhì)聚合物。通過(guò)固化材料的固化處理，將散狀的鉛冶煉渣轉(zhuǎn)化成具有一定抗壓強(qiáng)度的密實(shí)固化體，從而降低其中重金屬的浸出毒性。固化處理具有增容比高、成本高、最終處置費(fèi)用高的特點(diǎn)，因此很難成為大量排放的鉛冶煉渣安全填埋處置前的固化處理技術(shù)。而穩(wěn)定化處理是利用穩(wěn)定化材料，以化學(xué)或物理方式降低鉛冶煉中重金屬的溶解性、遷移性，從而降低渣場(chǎng)滲濾液的毒性，因而成本和處置費(fèi)用均較低。但目前，針對(duì)鉛冶煉渣中有害重金屬的穩(wěn)定化材料研究很少，僅有一篇文獻(xiàn)對(duì)比報(bào)導(dǎo)了典型硫化物(na2s

·

9h2o)、含磷材料(na3po4·

12h2o、(nh4)2hpo4、ca(h2po4)2·

h2o、過(guò)磷酸鈣、鈣鎂磷肥)、含鈣堿土類材料(cao、mgo、白云石)、黏土礦物(鈉基膨潤(rùn)土、凹凸棒黏土、高嶺土)四類穩(wěn)定化材料對(duì)鉛冶煉渣中zn、cd和as的穩(wěn)定化效果，結(jié)果表明上述四類材料均無(wú)法高效同步降低鉛冶煉渣中有害的zn、cd、as。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，該材料制備原料來(lái)源廣、制備成本低、用量少、應(yīng)用簡(jiǎn)單。以大量排放且具有潛在活性的轉(zhuǎn)爐鋼渣、粉煤灰、鎳鐵渣等ca/fe基硅酸鹽固體廢物，以及低品位軟錳礦為原料，制備鉛冶煉渣中有害重金屬as、pb、zn、cu、cd同步穩(wěn)定化材料。其中，軟錳礦不僅能將鉛冶煉渣中有害的as(iii)氧化成as(v)，同時(shí)能與材料中的ca/fe共同將鉛冶煉中有害的as(v)轉(zhuǎn)變生成穩(wěn)定的砷酸鈣、砷酸鐵、砷酸錳及其ca/fe/mn協(xié)同的砷酸鹽。而鉛冶煉渣中有害的重金屬pb、zn、cu、cd與材料中具有潛在活性的硅酸根生成穩(wěn)定的硅酸鹽復(fù)鹽，從而同步降低鉛冶煉渣中這些重金屬的浸出毒性，阻滯堆場(chǎng)重金屬的遷移擴(kuò)散，降低渣場(chǎng)周邊水體和土壤的

污染風(fēng)險(xiǎn)。

6.該穩(wěn)定化材料由ca/fe基硅酸鹽固體廢物以及低品位軟錳礦為原料，分別經(jīng)過(guò)干式粉磨后，再按配方混合制得。

7.其中，ca/fe基硅酸鹽固體廢物為轉(zhuǎn)爐鋼渣、粉煤灰、鎳鐵渣中的一種或多種，其中ca、mg、fe總含量為25％～50％，軟錳礦中mn含量為15％～25％。

8.ca/fe基硅酸鹽固體廢物和軟錳礦均通過(guò)干式粉磨至-200目占100％。

9.軟錳礦：ca/fe基硅酸鹽固體廢物質(zhì)量比為(5～9)：(5～1)。

10.應(yīng)用該穩(wěn)定化材料時(shí)，將制得的穩(wěn)定化材料與鉛冶煉渣加水?dāng)嚢杌靹?，在環(huán)境溫度下進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，同步降低鉛冶煉渣中有害as、pb、zn、cu、cd的浸出毒性。

11.其中，鉛冶煉渣破碎至-2mm。

12.穩(wěn)定化材料加入量為鉛冶煉渣質(zhì)量的0.6％～1.8％，水的添加量為固體混合物總質(zhì)量的15％～25％。

13.環(huán)境溫度為15℃～25℃，濕度為75％～80％。

14.穩(wěn)定化反應(yīng)時(shí)間為10～60天。

15.上述方法中，爐鋼渣、粉煤灰、鎳鐵渣等為大量排放且具有潛在活性的ca/fe基硅酸鹽固體廢物，低品位軟錳礦為廉價(jià)的工業(yè)礦物。

16.鉛冶煉渣中有害重金屬as、pb、zn、cu、cd同步穩(wěn)定化原理可用下列反應(yīng)式說(shuō)明：

17.haso

32-+mno2(軟錳礦)

→

haso

43-+mn

2+

18.haso

43-+ca

2+

(固廢)+oh-→

ca4(oh)2(aso4)2·

4h2o

↓

或ca5(oh)(aso4)3↓

19.haso

43-+fe

2+

(固廢)+fe(oh)

3-(固廢)+h2o

→

feaso4·

xfe(oh)3↓

20.haso

43-+mn

2+

(軟錳礦)+mn(oh2)

2-(軟錳礦)+h2o

→

mnaso3·

(oh)

↓

21.si(oh)4(工業(yè)固廢)+2oh-＝sio-+5h2o

22.2sio-+me

2+

＝(sio)2me

↓

(me表示pb、zn、cu、cd)

23.本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

24.上述方案中，穩(wěn)定化材料的制備原料來(lái)源廣、制備成本低、用量少、應(yīng)用簡(jiǎn)單。鉛冶煉渣中有害的as與ca/fe基硅酸鹽固體廢物的ca、fe和軟錳礦中的mn反應(yīng)生成穩(wěn)定的砷酸鈣、砷酸鐵、砷酸錳及其ca/fe/mn協(xié)同的砷酸鹽，而其中有害的pb、zn、cu、cd等主要與ca/fe基硅酸鹽固體廢物的硅酸根生成穩(wěn)定的硅酸鹽復(fù)鹽，從而同步降低鉛冶煉渣中這些重金屬的浸出毒性，阻滯堆場(chǎng)重金屬的遷移擴(kuò)散，降低渣場(chǎng)周邊水體和土壤的污染風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

25.圖1為本發(fā)明的一種鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料的制備及應(yīng)用過(guò)程。

具體實(shí)施方式

26.為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

27.本發(fā)明提供一種鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料。鉛冶煉渣中各種重金屬是否有害，根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(hj 557-2010)進(jìn)行浸出試

驗(yàn)，若其浸出濃度高于《鉛鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb5466-2010)中水污染排放標(biāo)準(zhǔn)值，視為有害重金屬。

28.該穩(wěn)定化材料由ca/fe基硅酸鹽固體廢物以及低品位軟錳礦為原料，分別經(jīng)過(guò)干式粉磨后，再按配方混合制得。

29.如圖1所示，該穩(wěn)定化材料的制備及應(yīng)用方法包括步驟如下：

30.s1：以ca/fe基硅酸鹽固體廢物和低品位軟錳礦為原料，制備鉛冶煉渣中多種有害重金屬的同步穩(wěn)定化材料；

31.s2：將s1中穩(wěn)定化材料與鉛冶煉渣加水?dāng)嚢杌旌希⒃诃h(huán)境溫度下穩(wěn)定化反應(yīng)一定時(shí)間生成重金屬鹽，同步降低鉛冶煉渣中多種重金屬的浸出毒性。

32.具體實(shí)施中，一般按如下步驟：

33.(1)將轉(zhuǎn)爐鋼渣、粉煤灰、鎳鐵渣、軟錳礦四種原料，均干式粉磨至200目(74μm)以下，然后按配方混合制備穩(wěn)定化材料，同步降低鉛冶煉中多種重金屬的浸出毒性。表1為四種穩(wěn)定化材料制備原料的化學(xué)組成。

34.表1四種穩(wěn)定化材料制備原料的化學(xué)組成/％

35.原料caofesio2al2o3mgomnosp2o5na2o+k2o轉(zhuǎn)爐鋼渣38.1019.6624.101.536.940.880.151.490.21粉煤灰28.588.6034.3916.553.651.070.780.631.52鎳鐵渣1.6610.5454.653.7027.070.26-0.010.35軟錳礦0.2415.9721.614.311.1628.950.290.360.85

36.鉛冶煉渣破碎至-2mm，其中as、pb、zn、cu、cd的總量分別為2743mg/kg、17383mg/kg、40603mg/kg、2276mg/kg、10mg/kg，用《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(hj 557-2010)浸出的濃度分別為0.619、0.144、1.322、0.341、0.08mg/l，浸出液ph為7.40，而《鉛鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(gb5466-2010)中水污染排放標(biāo)準(zhǔn)要求as、pb、zn、cu、cd的排放濃度應(yīng)分別低于0.1、0.2、1.0、0.2、0.02mg/l，ph為6～9。對(duì)比可知，鉛冶煉渣中僅as、zn、cu、cd為有害重金屬。

37.(2)將步驟(1)制備的穩(wěn)定化材料，加入步驟(1)中鉛冶煉渣混勻，再加入混合物總量15％～25％的水分混勻，裝入塑料罐壓實(shí)密封，在環(huán)境溫度下穩(wěn)定化反應(yīng)10～60天，取出，用《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》(hj 557-2010)檢測(cè)有害重金屬的浸出濃度，用浸出濃度評(píng)價(jià)穩(wěn)定化材料對(duì)鉛冶煉渣中有害重金屬as、zn、cu、cd的穩(wěn)定化效果。

38.下面結(jié)合具體實(shí)施例予以說(shuō)明。

39.實(shí)施例1

40.鉛冶煉渣200g，加入渣量1.2％的穩(wěn)定化材料(軟錳礦、轉(zhuǎn)爐鋼渣質(zhì)量比＝8:2)。將穩(wěn)定化材料和鉛冶煉渣混勻，再加入總量20％的水分混勻，將混勻的物料加入聚乙烯塑料罐，在15℃下穩(wěn)定化反應(yīng)15d。然后在65℃烘箱中烘干，再利用水平振蕩法測(cè)得的有害as、zn、cu、cd的浸出濃度分別為0.088、0.769、0.132、0.004mg/l，浸出液ph7.76，浸出毒性符合排放要求。

41.實(shí)施例2

42.鉛冶煉渣200g，加入渣量1.2％的穩(wěn)定化材料(軟錳礦、粉煤灰質(zhì)量比＝8:2)。將穩(wěn)定化材料和鉛冶煉渣混勻，在加入總量25％的水分混勻，將混勻的物料加入聚乙烯塑料罐，

在環(huán)境溫度下20℃穩(wěn)定化反應(yīng)20d。然后在65℃烘箱中烘干，再利用水平振蕩法測(cè)得的as、zn、cu、cd的浸出毒性分別為0.086、0.871、0.141、0.003mg/l，浸出液ph7.65，浸出毒性符合排放要求。

43.實(shí)施例3

44.鉛冶煉渣200g，加入渣量1.5％的穩(wěn)定化材料(軟錳礦、鎳鐵渣質(zhì)量比＝6:4)。將穩(wěn)定化材料和鉛冶煉渣混勻，在加入總量15％的水分混勻，將混勻的物料加入聚乙烯塑料罐，在25℃穩(wěn)定化反應(yīng)40d。然后在65℃烘箱中烘干，利用水平振蕩法測(cè)得的as、zn、cu、cd的浸出毒性分別為0.076、0.518、0.132、0.004mg/l，浸出液ph7.24，浸出毒性符合排放要求。

45.實(shí)施例4

46.鉛冶煉渣200g，加入渣量0.9％的穩(wěn)定化材料(軟錳礦、鋼渣、粉煤灰質(zhì)量比＝6:2:2)。將穩(wěn)定化材料和鉛冶煉渣混勻，在加入總量25％的水分混勻，將混勻的物料加入聚乙烯塑料罐，在20℃穩(wěn)定化反應(yīng)10d。然后在65℃烘箱中烘干，利用水平振蕩法測(cè)得的as、zn、cu、cd的浸出毒性分別為0.081、0.763、0.128、0.002mg/l，浸出液ph7.84，浸出毒性符合排放要求。

47.實(shí)施例5

48.鉛冶煉渣200g，加入渣量0.9％的穩(wěn)定化材料(軟錳礦、鋼渣、粉煤灰質(zhì)量比＝7:1:2)。將穩(wěn)定化材料和鉛冶煉渣混勻，在加入總量20％的水分混勻，將混勻的物料加入聚乙烯塑料罐，在22℃穩(wěn)定化反應(yīng)30d。然后在65℃烘箱中烘干，利用水平振蕩法測(cè)得的as、zn、cu、cd的浸出毒性分別為0.078、0.078、0.043、0.005mg/l，浸出液ph7.46，浸出毒性符合排放要求。

49.實(shí)施例6

50.鉛冶煉渣200g，加入渣量1.0％的穩(wěn)定化材料(軟錳礦、粉煤灰、鎳鐵渣質(zhì)量比＝6:1:3)。將穩(wěn)定化材料和鉛冶煉渣混勻，在加入總量25％的水分混勻，將混勻的物料加入聚乙烯塑料罐，在18℃穩(wěn)定化反應(yīng)60d。然后在65℃烘箱中烘干，利用水平振蕩法測(cè)得的as、zn、cu、cd的浸出毒性分別為0.056、0.046、0.034、0.003mg/l，浸出液ph7.68，浸出毒性符合排放要求。

51.上述穩(wěn)定化材料，均能同步降低鉛冶煉渣中有害的as、zn、cu、cd尤其是as的浸出毒性，從而降低渣場(chǎng)周邊土壤和水體的污染風(fēng)險(xiǎn)。

52.以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。技術(shù)特征：

1.一種鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，由ca/fe基硅酸鹽固體廢物和低品位軟錳礦分別經(jīng)過(guò)干式粉磨后，再按配方混合制得。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，所述ca/fe基硅酸鹽固體廢物為轉(zhuǎn)爐鋼渣、粉煤灰、鎳鐵渣中的一種或多種，其中ca、mg、fe總含量為25％～50％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，所述低品位軟錳礦中mn含量為15％～25％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，所述ca/fe基硅酸鹽固體廢物和低品位軟錳礦均通過(guò)干式粉磨至-200目占100％。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，所述軟錳礦和ca/fe基硅酸鹽固體廢物質(zhì)量比為(5～9)：(5～1)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，應(yīng)用該穩(wěn)定化材料時(shí)，將制得的穩(wěn)定化材料與鉛冶煉渣加水?dāng)嚢杌旌?，在環(huán)境溫度下反應(yīng)，同步降低鉛冶煉渣中有害as、pb、zn、cu、cd的浸出毒性。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，所述鉛冶煉渣破碎至-2mm，穩(wěn)定化材料加入量為鉛冶煉渣質(zhì)量的0.6％～1.8％，水的添加量為固體混合物總質(zhì)量的15％～25％。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，所述環(huán)境溫度為15℃～25℃，濕度為75％～80％。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，其特征在于，所述穩(wěn)定化反應(yīng)時(shí)間為10～60天。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種鉛冶煉渣中多種有害重金屬同步穩(wěn)定化材料，屬于環(huán)境工程技術(shù)領(lǐng)域。該材料以轉(zhuǎn)爐鋼渣、粉煤灰、鎳鐵渣等Ca/Fe基硅酸鹽固體廢物和軟錳礦為原料制備，制備得到的穩(wěn)定化材料與鉛冶煉渣混合，再加水混勻，使渣中有害重金屬As、Pb、Zn、Cu、Cd與穩(wěn)定化材料中的不同組分進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，同步降低鉛冶煉渣中有害重金屬的浸出毒性，阻滯鉛冶煉渣中有害重金屬的遷移擴(kuò)散，降低渣場(chǎng)周邊水體和土壤的污染風(fēng)險(xiǎn)。該穩(wěn)定化材料制備原料來(lái)源廣、制備成本低、用量少、應(yīng)用簡(jiǎn)單。應(yīng)用簡(jiǎn)單。應(yīng)用簡(jiǎn)單。

技術(shù)研發(fā)人員：楊慧芬 張慶坪 郭松 孫啟偉 張鴿 倪文 姚俊

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.27

技術(shù)公布日：2022/4/29