本發(fā)明屬于固體廢棄物綜合利用、環(huán)境工程及建材領(lǐng)域，具體涉及一種含砷尾砂免燒陶粒及制備方法。
背景技術(shù)：
砷是廣泛分布于自然界的一種微量元素，屬于類金屬。全世界已探明的砷儲量約為200萬噸，其中中國占約70％，居世界首位。砷及其許多化合物被廣泛用于除草劑、殺鼠藥、半導(dǎo)體、涂料等領(lǐng)域，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，砷礦的開采也在加劇，含砷尾砂產(chǎn)量也不斷增加，據(jù)統(tǒng)計，全國砷采出量至少達到139.2萬t，大部分來自廣西、云南、湖南，而采出的砷有70％棄留于尾砂中。不僅需要占用大量的土地資源，也容易造成環(huán)境污染，影響人體健康。如何對含砷尾砂進行安全處理，已受到全社會廣泛關(guān)注。
砷(as)是一種對人體和動物具有毒害作用的致癌物質(zhì)，由于礦產(chǎn)資源的開采及含砷農(nóng)藥的濫用，已使砷成為較為普遍的土壤、水體污染物。尾砂中的砷元素主要以無機態(tài)為主，有+3和+5兩種價態(tài)，當(dāng)所處環(huán)境的ph為4～8時，常以h3aso3、h2aso4或haso42-等砷酸根形式存在。尾砂中的砷在一定條件下會從尾砂組分中解吸出來并隨水體遷移，容易被生物利用，造成環(huán)境危害。
常用的砷污染物處理技術(shù)主要有固化/穩(wěn)定化技術(shù)、淋洗技術(shù)、玻璃化技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)和電動修復(fù)技術(shù)等，而其中淋洗技術(shù)投資大，易造成土壤營養(yǎng)物質(zhì)流失或沉淀；玻璃化技術(shù)能耗大，成本高；電動修復(fù)技術(shù)對污染物類型有要求嚴(yán)格；生物修復(fù)技術(shù)對土壤要求高，耗時長，易造成二次污染。而固化/穩(wěn)定化技術(shù)能有效、快速、經(jīng)濟地對土壤中的砷進行固化穩(wěn)定化，且應(yīng)用較廣，技術(shù)成熟。
目前相關(guān)人員對含砷尾砂的研究，主要是通過上述方法的一種或多種聯(lián)合使用，以去除尾砂中的砷或改變砷的形態(tài)，以降低其遷移性或毒性，而很少涉及含砷尾砂的再利用。因此，如何在含砷尾砂安全處理的基礎(chǔ)上，進一步實現(xiàn)資源化再利用，減少傳統(tǒng)陶粒生產(chǎn)對自然環(huán)境的危害和土地資源的消耗，是今后將要解決的重大問題和研究方向，也是本發(fā)明的目的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含砷尾砂免燒陶粒及制備方法，既減少了傳統(tǒng)陶粒生產(chǎn)對自然環(huán)境的危害和土地資源的消耗，又解決了含砷尾砂修復(fù)后處理為題，且方法簡單易行。利用含as尾砂、粉煤灰等固體廢棄物，制備出來的免燒陶?？梢援?dāng)作混凝土輕骨料，不僅解決了含砷尾砂處理難題，而且可以以廢治廢，實現(xiàn)了資源化再利用。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種含砷尾砂免燒陶粒，按質(zhì)量百分比稱量含砷尾砂50％～55％，水泥15％～20％，鐵錳材料2％～3％，膨脹珍珠巖4％～6％，生石灰2％～2.5％，粉煤灰18％～22.5％。
制備方法如下：
(1)物料干拌：按重量百分比稱量含砷尾砂50％～55％，水泥15％～20％，鐵錳材料2％～3％，膨脹珍珠巖4％～6％，生石灰2％～2.5％，粉煤灰18％～22.5％，加入攪拌機，攪拌2～5min，
(2)物料濕拌：向攪拌機中加入占物料干重15％～20％的水，攪拌2～5min，這樣攪拌完全充分；
(3)造粒：將濕物料裝入造粒設(shè)備中，開啟設(shè)備開始造粒，在造粒過程中，依據(jù)陶粒表面干濕情況，加入適當(dāng)?shù)乃蚋苫旌狭?，以陶粒表面有輕微水跡為宜；
(4)養(yǎng)護：對粒徑符合要求的陶粒在室溫條件下養(yǎng)護25～30天，以使水泥充分水化。
所述砷尾砂砷含量為(1620.25±75.12)mg/kg。
所述鐵錳材料為七水合硫酸亞鐵和高錳酸鉀按摩爾比配置，比值為3～4:1，配置成ph為7～8的溶液，攪拌1～2小時后靜置12～15小時，最后在100℃～105℃的條件下烘干制得。
所述步驟(1)中，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥。
所述步驟(1)中，生石灰為工業(yè)級生石灰。
所述步驟(4)中，室溫是指溫度在20～28℃左右，以使水泥順利水化，經(jīng)過大量試驗25℃最宜，養(yǎng)護時間優(yōu)選28天。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
(1)采用此方法將含砷尾砂制備成的免燒陶粒，含砷尾砂消納量大，摻量可達55％，同時摻有粉煤灰，可消納大宗固體廢棄物。
(2)采用此方法將含砷尾砂制備成的免燒陶粒，除對砷有較高的固化效率外，對鎘、鉛、鋅等重金屬也有明顯的固化效果，減少了環(huán)境風(fēng)險。
(3)采用此方法將含砷尾砂制備成的免燒陶粒，減少了對頁巖、粘土等自然資源的消耗。
附圖說明
圖1為本發(fā)明免燒陶粒制備方法的工藝流程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、達成目的與功效易于了解，下面結(jié)合工藝流程圖與實施例，進一步闡述本發(fā)明。但以下的實施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，不僅僅限于本實施例。
本實施例中涉及的含砷尾砂來自湖南某尾礦庫，晾曬后使用。
實施例1
一種含砷尾砂免燒陶粒制備步驟如下：
(1)物料干拌：按重量百分比稱量含砷尾砂55％，水泥18％，鐵錳材料3％，膨脹珍珠巖4％，生石灰2％，粉煤灰18％，加入攪拌機，攪拌3min；
(2)物料濕拌：向攪拌機中加入占物料干重17％的水，攪拌3min；
(3)造粒：調(diào)節(jié)圓盤傾角為45°，將濕物料裝入圓盤造粒機中，啟動造粒機，開始造粒。在其過程中，依據(jù)陶粒表面干濕情況，加入適當(dāng)?shù)乃蚋晌锪稀?/p>
(4)養(yǎng)護：對粒徑符合要求的陶粒在室溫條件下養(yǎng)護28天。
其中砷尾砂中砷含量為(1620.25±75.12)mg/kg，鐵錳材料為七水合硫酸亞鐵和高錳酸鉀按摩爾比配置，比值為3:1，配置成ph為7～8的溶液，攪拌1小時后靜置12小時，最后在105℃的條件下烘干制得，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，生石灰為工業(yè)級生石灰。室溫是指溫度在25℃。
以此方法制備的免燒陶粒，筒壓強度為5.22mpa，堆積密度為894.3kg/m3，吸水率8.5％，軟化系數(shù)0.95，滿足900等級的人造輕集料要求，類金屬as及重金屬cd、pb、zn的硫酸硝酸法浸出濃度分別為0.0224mg/l、0.0009mg/l、0.0766mg/l、0.0171mg/l，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中浸出濃度要低于0.1mg/l、0.01mg/l、0.1mg/l、2mg/l的ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值，浸出濃度分別降低87.3％、97.3％、27.1％、98.5％。
實施例2
一種含砷尾砂免燒陶粒制備步驟如下：
(1)物料干拌：按重量百分比稱量含砷尾砂54％，水泥15％，鐵錳材料2％，膨脹珍珠巖4％，生石灰2.5％，粉煤灰22.5％，加入攪拌機，攪拌3min；
(2)物料濕拌：向攪拌機中加入占物料干重17％的水，攪拌3min；
(3)造粒：調(diào)節(jié)圓盤傾角為45°，將濕物料裝入圓盤造粒機中，啟動造粒機，開始造粒。在其過程中，依據(jù)陶粒表面干濕情況，加入適當(dāng)?shù)乃蚋晌锪稀?/p>
(4)養(yǎng)護：對粒徑符合要求的陶粒在室溫條件下養(yǎng)護28天。
其中砷尾砂中砷含量為(1620.25±75.12)mg/kg，鐵錳材料為七水合硫酸亞鐵和高錳酸鉀按摩爾比配置，比值為3:1，配置成ph為7～8的溶液，攪拌2小時后靜置15小時，最后在100℃的條件下烘干制得，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，生石灰為工業(yè)級生石灰。室溫是指溫度在25℃。
以此方法制備的免燒陶粒，筒壓強度為5.02mpa，堆積密度為871.1kg/m3，吸水率8.9％，軟化系數(shù)0.95，滿足900等級的人造輕集料要求，類金屬as及重金屬cd、pb、zn的硫酸硝酸法浸出濃度分別為0.0735mg/l、0.0005mg/l、0.0827mg/l、0.0161mg/l，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中浸出濃度要低于0.1mg/l、0.01mg/l、0.1mg/l、2mg/l的ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值，浸出濃度分別降低58.3％、98.5％、21.3％、98.6％。
實施例3
一種含砷尾砂免燒陶粒制備步驟如下：
(1)物料干拌：按重量百分比稱量含砷尾砂50％，水泥18％，鐵錳材料2％，膨脹珍珠巖5％，生石灰2.5％，粉煤灰22.5％，加入攪拌機，攪拌3min；
(2)物料濕拌：向攪拌機中加入占物料干重17％的水，攪拌3min；
(3)造粒：調(diào)節(jié)圓盤傾角為45°，將濕物料裝入圓盤造粒機中，啟動造粒機，開始造粒。在其過程中，依據(jù)陶粒表面干濕情況，加入適當(dāng)?shù)乃蚋晌锪稀?/p>
(4)養(yǎng)護：對粒徑符合要求的陶粒在室溫條件下養(yǎng)護28天。
其中砷尾砂中砷含量為(1620.25±75.12)mg/kg，鐵錳材料為七水合硫酸亞鐵和高錳酸鉀按摩爾比配置，比值為3:1，配置成ph為7～8的溶液，攪拌1.5小時后靜置14小時，最后在105℃的條件下烘干制得，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，生石灰為工業(yè)級生石灰。室溫25℃以使水泥順利水化。
以此方法制備的免燒陶粒，筒壓強度為5.09mpa，堆積密度為869.6kg/m3，吸水率9.25％，軟化系數(shù)0.95，滿足900等級的人造輕集料要求，類金屬as及重金屬cd、pb、zn的硫酸硝酸法浸出濃度分別為0.0678mg/l、0.0010mg/l、0.0691mg/l、0.0140mg/l，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中浸出濃度要低于0.1mg/l、0.01mg/l、0.1mg/l、2mg/l的ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值，浸出濃度分別降低61.5％、96.9％、34.3％、98.8％。
實施例4
一種含砷尾砂免燒陶粒制備步驟如下：
(1)物料干拌：按重量百分比稱量含砷尾砂52％，水泥20％，鐵錳材料2％，膨脹珍珠巖6％，生石灰2％，粉煤灰18％，加入攪拌機，攪拌3min；
(2)物料濕拌：向攪拌機中加入占物料干重17％的水，攪拌3min；
(3)造粒：調(diào)節(jié)圓盤傾角為45°，將濕物料裝入圓盤造粒機中，啟動造粒機，開始造粒。在其過程中，依據(jù)陶粒表面干濕情況，加入適當(dāng)?shù)乃蚋晌锪稀?/p>
(4)養(yǎng)護：對粒徑符合要求的陶粒在室溫條件下養(yǎng)護28天。
其中砷尾砂中砷含量為(1620.25±75.12)mg/kg，鐵錳材料為七水合硫酸亞鐵和高錳酸鉀按摩爾比配置，比值為3:1，配置成ph為7～8的溶液，攪拌1小時后靜置12小時，最后在105℃的條件下烘干制得，水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，生石灰為工業(yè)級生石灰。室溫25℃以使水泥順利水化。
以此本發(fā)明方法制備的免燒陶粒，筒壓強度為5.70mpa，堆積密度為861.70kg/m3，吸水率9.57％，軟化系數(shù)0.94，滿足900等級的人造輕集料要求，類金屬as及重金屬cd、pb、zn的硫酸硝酸法浸出濃度分別為0.0718mg/l、0.0009mg/l、0.0843mg/l、0.0570mg/l，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中浸出濃度要低于0.1mg/l、0.01mg/l、0.1mg/l、2mg/l的ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)限值，浸出濃度分別降低59.2％、97.3％、19.7％、95.0％。
總之，本發(fā)明提供的免燒陶粒工藝簡單，操作方便，能耗低，對含砷尾砂、粉煤灰的利用率高，即可以合理有效的處置含砷尾砂、粉煤灰等固體廢棄物，達到固體廢棄物資源再利用的目的，又可以減少了傳統(tǒng)造粒時的土方消耗。
需要說明的是，按照本發(fā)明上述各實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員是完全可以實現(xiàn)本發(fā)明獨立權(quán)利要求及從屬權(quán)利的全部范圍的，實現(xiàn)過程及方法同上述各實施例；且本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
以上所述，僅為本發(fā)明部分具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。