一种低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法

技术领域

本发明属于固废处理和重金属固化技术领域，具体涉及一种低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法。

背景技术

偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏均属于工业固废，这些固废量非常巨大，这些工业废弃物的堆放不仅浪费了大量土地资源,还导致地下水体污染、土壤污染等严重的环境问题。偏高岭土是高岭土适当温度条件下煅烧后的具有化学活性的人工火山灰材料，我国高岭土资源丰富。有色金属冶炼厂产生的工业固废高炉矿渣具有潜在的活性成分，能在胶凝材料形成时提供Ca、SiO2、Al2O3等促进水合硅酸钙和铝硅酸盐的形成。大型燃煤企业烟气脱硫石膏只是转化了污染形态，并未根本上解决二氧化硫的污染，脱硫石膏作为副产物，随着国家环保要求日趋严厉，固废资源化综合利用研究势在必行。

毒砂是天然环境中稳定存在的剧毒物质，与其他矿物伴生，对人类的身体健康造成安全隐患。如何实现含砷固废以及毒砂的安全、稳定固化处置至关重要。常见的砷渣固废通过形成于含砷废水的钙法或者铁法的化学沉淀处理，但是其形成的含砷固废稳定性差，处理成本高，未能达到环保要求的处置标准。生物降解也存在活菌难以规模化应用，稳定性差等问题，因此，开发一种能解决上述问题的方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法。

本发明的目的是这样实现的，所述的低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法包括前处理、配制激活液、成型固砷步骤，具体包括：

A、前处理：

1）将水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏分别研磨至200目，经干燥后混合均匀得到混合物a；

2）将毒砂加入到混合物a中混合均匀得到混合物b；

B、配制激活液：将硅酸钠溶液中加入氢氧化钠调节水玻璃模数配制成激活液c；

C、成型固砷：

1）将激活液c加入到混合物b中，搅拌均匀得到混合物d；

2）将混合物d倒入模具中成型，成型后于湿度90~98%、温度20~25℃条件下养护25~30d。

安全固化/稳定化技术具有处理时间短、成本低、效果良好、适用范围广等优势，为处理含砷固废和危险废物最有效的技术。本发明就是将多元固废与水泥综合利用起来，发挥多元固废和水泥的协同活化作用，降低井下填充体的砷浸出率和提高强度。

本发明提供一种将水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏等工业固废用于固化、稳定化处理砷固废的以废治废的综合利用方法。本发明通过多元固废、水泥与硅酸钠激发剂充分反应形成的丰富铝硅酸盐胶凝材料，用于低成本井下填充，降低井下填充体的砷低渗透浸出率和提高强度，达到以废治废目的。

为达到此目的，本发明具体操作如下：

（1）分别将水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏研磨至200目，105℃在干燥箱中干燥后过筛得到粉末；

（2）在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A;

（3）在混合物A中加入毒砂，混合均匀后得到混合物B;

（4）将硅酸钠溶液中加入氢氧化钠调节水玻璃模数，配置成激活剂C；

（5）在净浆搅拌机中将硅酸钠激活剂C倒入混合物B中，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

（6）模具在室温条件下1d成型后脱模，放入养护箱在95%湿度，20-25℃条件下养护28d；

（7）所述步骤（1）中的水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏混合物A的质量比满足水泥：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏=(5-60%) :(5-60%) : (6-60%):(5-15%)；

（8）所述步骤（3）中的毒砂与混合物A的质量比满足(0-20%)：1；

（9）所述步骤（4）的硅酸钠激活剂的模数1.0-1.5，波美度35-42；

（10）所述步骤（5）的1所述的硅酸钠激活剂C与混合物B的水灰比为0.40-0.55。

本发明中多元固废地聚物固化砷的原理：水泥含有C

本发明制备工艺流程简单，以工业固废偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏和水泥为原料，制备用于井下填充的回填料，成本低，制备的回填料强度7d大于25Mpa，砷浸出浓度小于5mg/L，满足井下填充的要求，达到以废治废和固化/稳定化砷的目的，减少了砷在环境中的扩散和危害，实现了固废的减量化和无害化处置。

附图说明

图1为本发明低成本井下填充用多元固废胶凝材料28d固化体的XRD示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述的低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法包括前处理、配制激活液、成型固砷步骤，具体包括：

A、前处理：

1）将水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏分别研磨至200目，经干燥后混合均匀得到混合物a；

2）将毒砂加入到混合物a中混合均匀得到混合物b；

B、配制激活液：将硅酸钠溶液中加入氢氧化钠调节水玻璃模数配制成激活液c；

C、成型固砷：

1）将激活液c加入到混合物b中，搅拌均匀得到混合物d；

2）将混合物d倒入模具中成型，成型后于湿度90~98%、温度20~25℃条件下养护25~30d。

A步骤1）中水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏的质量比为（5~60）：（5~60）：（6~60）：（5~15）。

A步骤1）中干燥的温度为100~110℃。

A步骤2）中毒砂与混合物a的质量比为（0.01~0.20）:1。

B步骤中所述的激活液c模数为1.0~1.5。

B步骤中所述的激活液c的波美度为35~42。

C步骤1）中激活液c和混合物b的质量比为（0.40~0.50）:1。

C步骤2）中所述的成型是将混合物d倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型。

下面以具体实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

本实施例偏高岭土来自河南某厂，主要成分如表1所示；高炉矿渣来自西南地区某冶炼厂，主要成分如表2所示；脱硫石膏来自山东某冶炼厂，主要成分如表3所示；毒砂来自江西某矿区，主要成分如表4所示；

表1偏高岭土成分

表2高炉矿渣成分

表3脱硫石膏成分

表4毒砂成分

低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法，具体步骤如下：

(1) 分别将水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏研磨至200目，105℃在干燥箱中干燥后过筛得到粉末；

(2) 在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A; 水泥：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为13:21 :57 : 8；

(3) 将混合物A与毒砂混合均匀得到混合物B; 毒砂与混合物A的质量比为5%:1；

(4)配置碱激活液，在400g水中加入模数2.0的硅酸钠180g制成硅酸钠溶液，波美度38，再加入48g氢氧化钠调整成模数1.2的硅酸钠激活液C；

(5) 在净浆搅拌机中将硅酸钠激活液C倒入混合物B中，水灰比0.43，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

(6)模具在室温条件下1d成型后脱模，放入养护箱在95%湿度，20-25℃条件下养护7-28d。

分别测试养护箱第7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；

抗压强度的测量按照GB/T17671-1999进行，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 toxicity Characterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表5，

表5多元固废胶凝材料填充物的抗压强度和毒性浸出结果

从表5可知,当水泥：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为13:21 :57 : 8时,经养护7天和28天的抗压强度分别为36.93MPa、44.38MPa,水泥协同偏高岭土、高炉矿渣对含砷固废具有良好的固化作用;砷离子的浸出浓度分别为2.18mg/L、0.57mg/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5mg/L,符合国家标准。

实施例2

本实施例偏高岭土来自河南某厂，主要成分如表1所示；高炉矿渣来自西南地区某冶炼厂，主要成分如表2所示；脱硫石膏来自山东某冶炼厂，主要成分如表3所示；毒砂来自江西某矿区，主要成分如表4所示；

表1偏高岭土成分

表2高炉矿渣成分

表3脱硫石膏成分

表4毒砂成分

低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法，具体步骤如下：

(1) 分别将水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏研磨至200目，105℃在干燥箱中干燥后过筛得到粉末；

(2) 在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A; 水泥：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为5:47 :39 : 8；

(3) 将混合物A与毒砂混合均匀得到混合物B; 毒砂与混合物A的质量比为8%:1；

(4)配置碱激活液，在400g水中加入模数2.0的硅酸钠200g制成硅酸钠溶液，波美度40，再加入50g氢氧化钠调整成模数1.2的硅酸钠激活液C；

(5) 在净浆搅拌机中将硅酸钠激活液C倒入混合物B中，水灰比0.42，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

(6)模具在室温条件下1d成型后脱模，放入养护箱在95%湿度，20-25℃条件下养护7-28d。

分别测试养护箱第7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；

抗压强度的测量按照GB/T17671-1999进行，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 toxicity Characterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表5，

表5多元固废胶凝材料填充物的抗压强度和毒性浸出结果

从表5可知,当水泥：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为5:47 :39 : 8时,经养护7天和28天的抗压强度分别为29.23MPa、34.38MPa,水泥协同偏高岭土、高炉矿渣对含砷固废具有良好的固化作用;砷离子的浸出浓度分别为1.97mg/L、0.47mg/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5mg/L,符合国家标准。

实施例3

本实施例偏高岭土来自河南某厂，主要成分如表1所示；高炉矿渣来自西南地区某冶炼厂，主要成分如表2所示；脱硫石膏来自山东某冶炼厂，主要成分如表3所示；毒砂来自江西某矿区，主要成分如表4所示；

表1偏高岭土成分

表2高炉矿渣成分

表3脱硫石膏成分

表4毒砂成分

低成本井下填充用多元固废胶凝材料固化砷的方法，具体步骤如下：

(1) 分别将水泥、偏高岭土、高炉矿渣、脱硫石膏研磨至200目，105℃在干燥箱中干燥后过筛得到粉末；

(2) 在净浆搅拌机中将步骤（1）中的粉末混合均匀得到混合物A; 水泥：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为35:5 :51 : 9；

(3) 将混合物A与毒砂混合均匀得到混合物B; 毒砂与混合物A的质量比为10%:1；

(4)配置碱激活液，在400g水中加入模数2.0的硅酸钠158g制成硅酸钠溶液，波美度35，再加入42g氢氧化钠调整成模数1.2的硅酸钠激活液C；

(5) 在净浆搅拌机中将硅酸钠激活液C倒入混合物B中，水灰比0.38，充分搅拌均匀得到混合物D，倒入4cm×4cm×4cm的塑料3联模具中成型；

(6)模具在室温条件下1d成型后脱模，放入养护箱在95%湿度，20-25℃条件下养护7-28d。

分别测试养护箱第7、28d的固化块抗压强度和浸出毒性；

抗压强度的测量按照GB/T17671-1999进行，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 toxicity Characterisitic Leaching Procedure》方法进行，毒性测试结果见表5，

表5多元固废胶凝材料填充物的抗压强度和毒性浸出结果

从表5可知,当水泥：偏高岭土：高炉矿渣：脱硫石膏的质量比为35:5 :51 : 9时,经养护7天和28天的抗压强度分别为33.93MPa、54.98MPa,水泥协同偏高岭土、高炉矿渣对含砷固废具有良好的固化作用;砷离子的浸出浓度分别为1.95mg/L、0.79mg/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5mg/L,符合国家标准。