CN110746168A - 一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，属于重金属污染治理技术领域。本发明将NaSiO3和NaOH溶解在去离子水中，冷却至室温得到碱激发剂；将钢渣和硅灰混合均匀得到混合物A，混合物A加入到污泥中混合均匀得到混合物B；将混合物B加入到碱激发剂中，搅拌反应至形成均匀胶体；将胶体压制成型，然后置于温度为20~25℃、湿度为80~90%的条件下固化18~24h得到固化块，固化块自然养护28d以上。本发明利用钢渣硅灰胶凝材料替代水泥来固化含砷污泥，工艺操作简单、生产成本低，浸出毒性低。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，属于重金属污染治理技术领域。
背景技术
在固体废物中,对环境影响较大的主要是有害固体废物。固化/稳定化技术是处理含重金属废物的重要方法之一。以水泥为基质的固化/稳定化技术已广泛应用于有毒废弃物的处理。但是水泥价格昂贵，浸出毒性较高，不适用于工业大批量使用。
钢渣是炼钢过程中的一种副产品。它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成，属于固体废弃物。
因此，如何利用钢渣来固化含砷污泥非常有利于重金属污染治理。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，本发明钢渣含有多种有用成分：金属铁2%～8%，氧化钙40%～60%，氧化镁3%～10%，氧化锰1%～8%；利用硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，可与碱性材料反应生成凝胶体，进而采用钢渣和硅灰的复配可形成固砷凝胶体来固化含砷污泥，工艺操作简单、生产成本低，并且浸出毒性低。
一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将NaSiO3和NaOH溶解在去离子水中，冷却至室温得到碱激发剂；
（2）将钢渣和硅灰混合均匀得到混合物A，混合物A加入到污泥中混合均匀得到混合物B；
（3）将步骤（2）混合物B加入到步骤（1）的碱激发剂中，搅拌反应至形成均匀胶体；
（4）将步骤（3）胶体压制成型，然后置于温度为20~25℃、湿度为80~90%的条件下固化18~24h得到固化块，固化块自然养护28d以上。
所述步骤（1）NaSiO3和NaOH的质量比为(5~7):3，NaSiO3和NaOH的总质量与去离子水的固液比g:mL为(2~4):1。
所述步骤（2）钢渣、硅灰和污泥的质量比为(3~5):1:(2~3)，污泥含砷量为105~136mg/L。
所述步骤（2）钢渣和硅灰的总质量与步骤（1）碱激发剂的质量比为(8~9):1。
钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的原理：钢渣主要成分为Ca，硅灰中主要成分为Si，两种物质在碱性条件下会发生水化反应，生成C-S-H凝胶，反应式为Ca(OH)2 + SiO2 +H2O→C-S-H，凝胶生成以后直接包裹在污泥表面，形成一种稳定的凝胶保护层，防止砷从污泥中渗出，从而达到保护环境的目的。
本发明的有益效果是：
本发明采用钢渣和硅灰的复配形成固砷凝胶体来固化含砷污泥，工艺操作简单、生产成本低，并且浸出毒性低。
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：本实施例钢渣成分如表1所示，硅灰成分如表2所示，含砷污泥(石膏渣)来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间采用石灰中和沉淀法除去废水中的砷后得到的石膏渣污泥，主要成分如表3所示；
一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将NaSiO3和NaOH溶解在去离子水中，冷却至室温得到碱激发剂；其中NaSiO3和NaOH的质量比为5:3，NaSiO3和NaOH的总质量与去离子水的固液比g:mL为2:1；
（2）将钢渣和硅灰混合均匀得到混合物A，混合物A加入到污泥中混合均匀得到混合物B；其中钢渣、硅灰和污泥的质量比为3:1:2；
（3）将步骤（2）混合物B加入到步骤（1）的碱激发剂中，搅拌反应至形成均匀胶体；其中混合物B中钢渣和硅灰的总质量与步骤（1）碱激发剂的质量比为8:1；
（4）将步骤（3）胶体放入模具中并控制压力在9 kN时压制成型得到胶体块，然后将胶体块置于温度为25℃、湿度为90%的条件下固化18h得到固化块，固化块自然养护28d以上；
分别测试自然养护第3、7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；
含砷固态物的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311-toxicityCharacterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表4，
表4 含砷固态物的毒性浸出结果
从表4可知，当钢渣、硅灰和含砷污泥的用量g:g:g比为3:1:2时，经自然养护3天、7天和28天的抗压强度分别为25.87 MPa 、30.68 MPa、49.62 MPa，相较于正常水泥固化来说，抗压强度提高了；砷离子的浸出浓度分别为3.435 mg/L、2.987 mg/L、2.257 mg/L，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5 mg/L，符合国家标准。
实施例2：本实施例钢渣成分如表5所示，硅灰成分如表6所示，含砷污泥(石膏渣)来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间采用石灰中和沉淀法除去废水中的砷后得到的石膏渣污泥，主要成分如表7所示；
一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将NaSiO3和NaOH溶解在去离子水中，冷却至室温得到碱激发剂；其中NaSiO3和NaOH的质量比为2:1，NaSiO3和NaOH的总质量与去离子水的固液比g:mL为4:1；
（2）将钢渣和硅灰混合均匀得到混合物A，混合物A加入到污泥中混合均匀得到混合物B；其中钢渣、硅灰和污泥的质量比为5:1:3；
（3）将步骤（2）混合物B加入到步骤（1）的碱激发剂中，搅拌反应至形成均匀胶体；其中混合物B中钢渣和硅灰的总质量与步骤（1）碱激发剂的质量比为9:1；
（4）将步骤（3）胶体放入模具中并控制压力在11 kN时压制成型得到胶体块，然后将胶体块置于温度为20℃、湿度为80%的条件下固化24h得到固化块，固化块自然养护28d以上；
分别测试自然养护第3、7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；
含砷固态物的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311-toxicityCharacterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表8，
表8 含砷固化块的抗压强度和毒性浸出结果
从表8可知，当钢渣、硅灰和含砷污泥的用量g:g:g比为5:1:3时，经自然养护3天、7天和28天的抗压强度分别为32.75 MPa 、41.59 MPa、56.28 MPa，相较于正常水泥固化来说，抗压强度提高了；砷离子的浸出浓度分别为2.091 mg/L、2.548 mg/L、1.960 mg/L，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5 mg/L，符合国家标准。
实施例3：本实施例钢渣成分如表9所示，硅灰成分如表10所示，含砷污泥(石膏渣)来自西南地区某锌冶炼厂硫酸车间采用石灰中和沉淀法除去废水中的砷后得到的石膏渣污泥，主要成分如表11所示；
一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，具体步骤如下：
（1）将NaSiO3和NaOH溶解在去离子水中，冷却至室温得到碱激发剂；其中NaSiO3和NaOH的质量比为7:3，NaSiO3和NaOH的总质量与去离子水的固液比g:mL为3:1；
（2）将钢渣和硅灰混合均匀得到混合物A，混合物A加入到污泥中混合均匀得到混合物B；其中钢渣、硅灰和污泥的质量比为8:2:5；
（3）将步骤（2）混合物B加入到步骤（1）的碱激发剂中，搅拌反应至形成均匀胶体；其中混合物B中钢渣和硅灰的总质量与步骤（1）碱激发剂的质量比为8.5:1；
（4）将步骤（3）胶体放入模具中并控制压力在10 kN时压制成型得到胶体块，然后将胶体块置于温度为22℃、湿度为85%的条件下固化21h得到固化块，固化块自然养护28d以上；
分别测试自然养护第3、7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；
含砷固态物的毒性浸出测试按照美国环保局提供的U.S.EPA《Method 1311-toxicityCharacterisitic Leaching Procedure》方法进行，抗压强度及毒性测试结果见表12，
表12 含砷固化块的抗压强度和毒性浸出结果
从表12可知，当钢渣、硅灰和含砷污泥的用量g:g:g比为8:4:5时，经自然养护3天、7天和28天的抗压强度分别为35.76 MPa 、43.88 MPa、58.42 MPa，相较于正常水泥固化来说，抗压强度提高了；砷离子的浸出浓度分别为3.004 mg/L、2.458 mg/L、1.578 mg/L，可以看出随着时间的延长，砷的浸出毒性不断减少，且浸出毒性皆小于5 mg/L，符合国家标准。
Claims (4)
1.一种钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将NaSiO3和NaOH溶解在去离子水中，冷却至室温得到碱激发剂；
（2）将钢渣和硅灰混合均匀得到混合物A，混合物A加入到污泥中混合均匀得到混合物B；
（3）将步骤（2）混合物B加入到步骤（1）的碱激发剂中，搅拌反应至形成均匀胶体；
（4）将步骤（3）胶体压制成型，然后置于温度为20~25℃、湿度为80~90%的条件下固化18~24h得到固化块，固化块自然养护28d以上。
2.根据权利要求1所述钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，其特征在于：步骤（1）NaSiO3和NaOH的质量比为(5~7):3，NaSiO3和NaOH的总质量与去离子水的固液比g:mL为(2~4):1。
3.根据权利要求1所述钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，其特征在于：步骤（2）钢渣、硅灰和污泥的质量比为(3~5):1:(2~3)，污泥含砷量为105~136 mg/L。
4.根据权利要求1所述钢渣硅灰胶凝材料固化含砷污泥的方法，其特征在于：步骤（2）钢渣和硅灰的总质量与步骤（1）碱激发剂的质量比为(8~9):1。
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