固废基碱性骨料及其制备工艺和在酸性废水处理中的应用

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种固废基碱性骨料及其制备工艺和在酸性废水处理中的应用。

背景技术

钢渣是钢铁行业在炼钢过程中产生的废弃物，钢渣产量一般占粗钢产量的12～15％。钢渣存在胶凝活性低，耐磨性差、体积稳定性不良等问题，导致钢渣综合利用率较低，造成钢渣大量堆积，占用宝贵的土地资源，同时存在较大的环境风险。脱硫灰是半干法脱硫产生的固体粉体，脱硫灰主要成分是亚硫酸钙、硫酸钙、氢氧化钙和铵盐，目前大部分脱硫灰只能用于回填、堆存，占用土地资源，增加企业经营成本。赤泥是制铝行业在提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，平均每生产1吨氧化铝产生1.0～2.0吨赤泥，但赤泥综合利用率为4.29％左右。

矿山开采过程或矿山关闭后废伴生矿物同氧气和水接触后形成高酸度、高重金属、高硫酸盐含量的酸性废水，其pH值最低可以达到1.6，一般在2-5之间，酸性废水具有污染范围广、持续时间长、环境危害高等特点。

钢渣、脱硫灰、赤泥都是碱性工业固废，大量堆存造成土壤及地下水污染问题。将钢渣、脱硫灰、赤泥用于处理酸性废水，但脱硫灰、赤泥、钢渣中颗粒小、粉体含量高，投入酸性废水中容易引起水体混浊、淤泥堵塞，存在二次污染的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种固废基碱性骨料及其制备工艺和在酸性废水处理中的应用，固废基碱性骨料可以释放出碱性物质中和酸性废水，同时避免水体混浊、淤泥堵塞的问题，还可有效提高固体废物的资源化利用。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种固废基碱性骨料，包括以下原料：钢渣粉、脱硫灰、赤泥、胶结料、电石渣和水，其中，所述钢渣粉、所述脱硫灰和所述赤泥的总和在原料中的占比为75～85％，所述胶结料在原料中的占比为5～15％，所述电石渣在原料中的占比为3～15％。

作为实施方式之一，所述钢渣粉、所述脱硫灰和所述赤泥的质量比为1:1:1～1:2:1。

作为实施方式之一，所述钢渣粉的比表面积不低于350m

作为实施方式之一，制备所述固废基碱性骨料时加水量为所述固废基碱性骨料总质量的8～15％。

作为实施方式之一，所述固废基碱性骨料的粒径为6-15mm。

作为实施方式之一，所述固废基碱性骨料的抗压强度不低于1.5MPa，孔隙率不低于15％。

本发明还提供一种上述的固废基碱性骨料的制备工艺，先将钢渣粉、脱硫灰、赤泥、胶结料、电石渣按比例混合，搅拌均匀，然后加入一定量的水，继续搅拌均匀，再将混合物料运输至造粒设备进行造粒，制得所述固废基碱性骨料。

本发明还提供一种上述的固废基碱性骨料的在酸性废水处理中的应用。

作为实施方式之一，将所述固废基碱性骨料分别加入多级废水处理系统。

作为实施方式之一，所述固废基碱性骨料的投加量为5-15g/L，处理时间不少于30min。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的固废基碱性骨料由钢渣粉、赤泥、脱硫灰、电石渣、胶结料与水混合均匀后通过造粒设备制备而成；其中，钢渣粉中含有一定量生物玻璃体矿物，具有水化活性；脱硫灰中硫酸钙和亚硫酸钙起到硫酸盐激发效果，可起到激发玻璃体矿物活性的作用，同时利用在碱性环境下脱硫灰中铵盐、氨水等发生化学反应可释放气体，气体在释放过程在骨料中形成丰富的气孔结构，增加碱性骨料与酸性废水的接触，提高碱性骨料的酸碱中和能力；赤泥中强碱性硅酸钠具有碱激发作用，同时赤泥中铝酸根离子可以参与到钢渣、脱硫灰和胶结料的水硬性反应生成硫铝酸钙矿物；钢渣粉、赤泥、脱硫灰在碱激发和硫酸盐激发耦合作用下可以与胶结料发生水化硬化反应生成水化硅酸钙、硫铝酸钙、氯铝酸钙等矿物，水化物质具有胶结和填充作用，可以将钢渣、赤泥、脱硫灰中的碱性物质和电石渣中碱性物质包裹起来形成一定强度的固废基碱性骨料，固废基碱性骨料可以缓慢释放出碱性物质中和酸性废水，同时可以避免赤泥、脱硫灰、钢渣中粉体颗粒直接投加到矿井酸性废水中造成水体浑浊以及粉体颗粒容易被冲刷到下游沉积，造成河流淤泥增加，影响河流周边的生态环境，还可以实现钢渣、脱硫灰、赤泥在废水治理领域的高掺量利用，提高其资源化利用量，减少钢渣、脱硫灰、赤泥的土地占用、环境污染突出问题。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种固废基碱性骨料，包括以下原料：钢渣粉、脱硫灰、赤泥、胶结料、电石渣和水，其中，钢渣粉、脱硫灰和赤泥的总和在原料中的占比为75～85％，胶结料在原料中的占比为5～15％，电石渣在原料中的占比为3～15％。

优化地，钢渣粉、脱硫灰和赤泥的质量比为1:1:1～1:2:1。本发明中，脱硫灰的质量百分比不低于20％，通过脱硫灰在碱性环境中发生化学反应释放气体的过程中形成丰富的孔隙结构，固废基碱性骨料的孔隙率不低于15％，使得酸性废水中酸根离子通过空隙结构可以与固废基碱性骨料中的碱性物质充分接触，水硬性物质在酸根离子作用下发生溶解，使其包裹的碱性物质释放到酸性废水中，增加酸性废水的碱度。

具体地，钢渣粉是利用钢渣粉磨处理形成的，钢渣粉的比表面积不低于350m

优化地，制备固废基碱性骨料时加水量为固废基碱性骨料总质量的8～15％，固废基碱性骨料的粒径为6-15mm。

为了增加固废基碱性骨料的抵抗废水冲刷能力和酸碱中和能力，本发明通过钢渣、赤泥、脱硫灰耦合激发自身的潜在活性，在胶结料作用下水化硬化进一步提高碱性骨料的抗压强度，7d抗压强度不低于1.5MPa，28d抗压强度≥2.0MPa。

本发明还提供一种上述的固废基碱性骨料的制备工艺，先将钢渣粉、脱硫灰、赤泥、胶结料、电石渣按比例混合，搅拌均匀，然后加入一定量的水，继续搅拌均匀，再将混合物料运输至造粒设备进行造粒，制得固废基碱性骨料。

本发明还提供一种上述的固废基碱性骨料的在酸性废水处理中的应用，可以将固废基碱性骨料分别加入多级废水处理系统中，固废基碱性骨料的投加量为5-15g/L，处理时间不少于30min。

本发明充分利用钢渣、赤泥、脱硫灰的强碱性和水硬性特点制备成高强耐磨的固废基碱性骨料，不仅可以有效地中和矿井酸性废水，同时可以有效避免工业废渣粉状细小颗粒直接进入废水中造成水体变色、混浊，增加河底的淤泥量，影响河流周边的生态环境，还可以实现了钢渣、脱硫灰、赤泥在废水治理领域的利用，提高钢渣的资源化利用率。

实施例一

本实施例提供一种固废基碱性骨料的制备工艺，包括以下步骤：将钢渣粉与赤泥、脱硫灰、矿渣、电石渣进行均化处理，其中，钢渣、脱硫灰、赤泥的质量比为1:2:1，钢渣、脱硫灰、赤泥的质量分数为75％，电石渣的质量分数为10％，胶结料的粉质量分数为15％，在强力搅拌设备中机械搅拌均匀3min；然后按照钢渣粉、赤泥、脱硫灰、矿渣、电石渣总质量的10％投加水，继续在强力搅拌设备中机械搅拌均2min，通过输送系统将均匀的物料运输到造粒设备制备成6-15mm的固废基碱性骨料。

采用三级废水处理系统，一级处理系统中固废基碱性骨料投加量为15g/L，二级处理系统中固废基碱性骨料投加量为10g/L，三级处理系统中固废基碱性骨料投加量为5g/L，每一级处理系统中碱性骨料与酸性废水修复时间为60min。对处理前的酸性废水(原状酸性废水)以及经以上三级废水处理系统处理后的酸性废水的pH值以及金属离子去除率进行检测，结果如表1所示。

表1酸性废水的处理效果

实施例二

本实施例提供一种固废基碱性骨料的制备工艺，包括以下步骤：将钢渣粉与赤泥、脱硫灰、矿渣、电石渣进行均化处理，其中，钢渣、脱硫灰、赤泥的质量比为1:1:1，钢渣、脱硫灰、赤泥的质量分数为85％，电石渣的质量分数为7％，胶结料的粉质量分数为8％，在强力搅拌设备中机械搅拌均匀3min；然后按照相应的质量百分比投加15％的水，继续在强力搅拌设备中机械搅拌均2min，通过输送系统将均匀的物料运输到造粒设备制备成6-15mm的固废基碱性骨料。

实施例三

本实施例提供一种固废基碱性骨料的制备工艺，包括以下步骤：将钢渣粉与赤泥、脱硫灰、矿渣、电石渣进行均化处理，其中，钢渣、脱硫灰、赤泥的质量比为1:2:1，钢渣、脱硫灰、赤泥的质量分数为80％，电石渣的质量分数为10％，胶结料的粉质量分数为10％，在强力搅拌设备中机械搅拌均匀3min；然后按照相应的质量百分比投加8％的水，继续在强力搅拌设备中机械搅拌均2min，通过输送系统将均匀的物料运输到造粒设备制备成6-15mm的固废基碱性骨料。

对比例一、对比例二和对比例三分别采用等量的钢渣、赤泥、脱硫灰作为碱性骨料代替实施例一中的固废基碱性骨料处理实施例一中的原状酸性废水，采用三级废水处理系统，一级处理系统中固废基碱性骨料投加量为15g/L，二级处理系统中固废基碱性骨料投加量为10g/L，三级处理系统中固废基碱性骨料投加量为5g/L，每一级处理系统中碱性骨料与酸性废水修复时间为60min。对处理后的酸性废水的pH值以及金属离子去除率进行检测，结果如表2所示。

表2酸性废水的处理效果

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。