申请日2016.08.26
公开(公告)日2017.02.01
IPC分类号C03C10/00; C03C1/02; C22B7/00
摘要
本发明涉及一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，属于资源综合利用和环境保护技术领域;所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：(1)预处理：采用微波分别对锌冶炼污泥和辅料进行干燥，对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛;(2)配料、混料：取筛下物进行配料和混料;(3)有价金属回收：将污泥置于微波反应器中采用微波对污泥进行加热，并对加热过程产生烟尘进行收集;(4)玻璃化：对有热态污泥残渣继续加热，实现污泥的玻璃化;(5)微晶化：对步骤(4)得到的热态残渣进行微晶化处理;本发明提出了微波‑微晶化协同处理技术，实现锌冶炼污泥高效、低耗的无害化、资源化处理。
摘要附图
权利要求书
1.一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：
预处理：采用微波分别对锌冶炼污泥和辅料进行干燥，对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛;
配料、混料：取筛下物进行配料和混料;
有价金属回收：将污泥置于微波反应器中采用微波对污泥进行加热，并对加热过程产生烟尘进行收集;
(4)玻璃化：对有热态污泥残渣继续加热，实现污泥的玻璃化;
(5)微晶化：对步骤(4)得到的热态残渣进行微晶化处理。
2.根据权利要求1所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：步骤(1)预处理中，所述的锌冶炼污泥为锌冶炼过程中和酸性废水产生的含有Pb、Zn、Cd、Hg、As等重金属锌冶炼污泥;所述的辅料包括SiO2、Al2O3、Na2CO3、吸波物质、晶核剂、作色剂。
3.根据权利要求2所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：所述的SiO2可为石英砂、硅粉等SiO2含量大于80%原料。
4.根据权利要求2所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：所述的吸波物质可为Fe3O4、石墨粉、碳化硅粉末的一种或者几种。
5.根据权利要求1所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：所述的步骤(1)预处理中，污泥干燥微波输出功率范围为800W-1500W，干燥时间为10-30min;辅料的干燥微波输出功率范围为400W-850W，干燥时间为5-15min。
6.根据权利要求1所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：在步骤(2)配料、混料中，各原料的混合比例为污泥45-70wt%、SiO215-35wt%、Al2O33-7wt%、Na2CO33-6wt%、吸波物质5-20wt%、晶核剂+作色剂<5wt%。
7.根据权利要求1所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：在步骤(3)有价金属回收中，微波输出功率为3-15kW，反应器内温度为850-1000℃，产生的烟尘采用钢制耐高温旋风除尘器或者表冷器加耐高温的布袋除尘器组合进行烟尘收集。
8.根据权利要求1所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：在步骤(4)玻璃化中，加热温度为1200℃-1400℃保温30-60min进行玻璃化制备。
9.根据权利要求1所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：在步骤(5)微晶化中，热态残渣微晶化先降温至850-1000℃采用微波加热的方式进行保温30-60min，再降温至500-600℃保温50min-80min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品。
10.根据权利要求1所述的一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，其特征在于：步骤(3)～(5)的加热方式均采用直接微波加热和辅助微波加热结合的方式。
说明书
一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法
技术领域
本发明涉及一种微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法，属于资源综合利用和环境保护技术领域。
背景技术
国家《“十二五”危险废物污染防治规划》明确提出“要加强重金属危险废物无害化利用和处置，以湖南、云南、广东、广西为重点，加强含镉、含砷等危险废物的无害化利用和处置，推动有色金属冶炼危险废物利用处置基地建设”，重金属污染防治仍是十三五规划的重中之重。锌冶炼锌冶炼污泥是锌冶炼过程中和酸性废水产生的锌冶炼污泥，产生量大，含有Pb、Zn、Cd、Hg、As等重金属，属于危险废物(HW48)，对环境具有很大危害。目前对冶炼锌冶炼污泥主要采用堆存、填埋、固化等处置方式，堆存和填埋处置存在地下水和土壤污染等安全隐患。固化处理技术是使锌冶炼污泥与固化剂发生反应，将锌冶炼污泥中的重金属固定于固化剂内，从而实现无害化，常用固化剂为水泥和化学药剂(如亚铁盐、螯合剂等)。水泥窑协同处置、矿物聚合物进行固化处理等也是有效的处理方式。然而，固化处理主要存在渣量增容和有价金属无法回收等缺点。
目前，有价金属的回收主要有湿法工艺和火法工艺。采用湿法回收低品位锌冶炼污泥，能耗高，且产生的残渣易造成二次污染。火法工艺是回收锌冶炼污泥有价金属的主要工艺，普遍采用的设备是回转窑或烟化炉，然而过程的热量得不到有效利用，水淬渣若不加妥善处理仍存在重金属释放的风险。微波加热具有加热均匀、热效率高、升温快、目标性强、热惯性小等特点，已经开始应用于固废处理、冶金等众多领域。
微晶玻璃广泛应用于机械、电子、航天、化工防腐、矿山、道路、建筑、医学等方面，其中建筑装饰材料是其重要应用方面之一。利用固废制备微晶玻璃装饰材料，不仅能得到性能优于花岗岩和天然大理石的装饰材料，而且还为固废的资源化提供一种新途径。经过多年的研究，目前已有以炉渣、尾矿、灰渣、赤泥等为主要原料生产微晶玻璃装饰板的相关报道。
微晶玻璃传统制备方法采用电或者燃料直接作为热源进行熔制，该方法升温速率较慢，热利用率低，能耗相对较高，并且加热过程表面和内部易出现温度梯度导致样品结构不均匀，产品可能出现结构缺陷。采用微波热源可以有效地优化微晶玻璃的内部组织结构，从而制备出具有特定性能的微晶玻璃涂层，较传统方法样品具有更高的机械强度。
本发明基于采用微波加热方式，结合微波-微晶化协同处理工艺技术，实现锌冶炼污泥高效、低耗无害化、资源化。
发明内容
本发明针对现有锌冶炼污泥资源化技术存在能耗高、效率低和环境风险大等问题，提出了微波-微晶化协同处理技术，实现锌冶炼污泥高效、低耗的无害化、资源化处理。
为解决以上技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
所述的微波法和微晶化协同处理锌冶炼污泥的方法具体包括以下步骤：
(1)预处理：采用微波分别对锌冶炼污泥和辅料进行干燥，对干燥后的污泥和辅料进行球磨过筛;
(2)配料、混料：取筛下物进行配料和混料;
(3)有价金属回收：将污泥置于微波反应器中采用微波对污泥进行加热，并对加热过程产生烟尘进行收集;
(4)玻璃化：对有热态污泥残渣继续加热，实现污泥的玻璃化;
(5)微晶化：对步骤(4)得到的热态残渣进行微晶化处理。
进一步，步骤(1)预处理中，所述的锌冶炼污泥为锌冶炼过程中和酸性废水产生的含有Pb、Zn、Cd、Hg、As等重金属锌冶炼污泥;所述的辅料包括SiO2、Al2O3、Na2CO3、吸波物质、晶核剂、作色剂。
进一步，所述的SiO2可为石英砂、硅粉等SiO2含量大于80%原料。
进一步，所述的吸波物质可为Fe3O4、石墨粉、碳化硅粉末的一种或者几种。
进一步，所述的步骤(1)预处理中，污泥干燥微波输出功率范围为800W-1500W，干燥时间为10-30min;辅料的干燥微波输出功率范围为400W-850W，干燥时间为5-15min。
进一步，在步骤(2)配料、混料中，各原料的混合比例为污泥45-70wt%、SiO215-35wt%、Al2O33-7wt%、Na2CO33-6wt%、吸波物质5-20wt%、晶核剂、作色剂<5wt%。
进一步，在步骤(3)有价金属回收中，微波输出功率为3-15kW，反应器内温度为850-1000℃，产生的烟尘采用钢制耐高温旋风除尘器或者表冷器+耐高温的布袋除尘器组合进行烟尘收集。
进一步，在步骤(4)玻璃化中，加热温度大于1200℃-1400℃保温30-60min进行玻璃化制备。
进一步，在步骤(5)微晶化中，热态残渣微晶化先迅速降温至850-1000℃采用微波加热的方式进行保温30-60min，再迅速降温至500-600℃保温50min-80min，随炉冷却后即获得微晶玻璃产品。
进一步，步骤(3)～(5)的加热方式均采用直接微波加热和辅助微波加热结合的方式。
本发明的有益效果：
(1)采用微波干燥工艺可以有效的降低能耗，缩减干燥时间，提升干燥效率;
(2)结合原料本身的吸波物质促进微波直接热和碳化硅或石墨反应器进行辅助微波加热两种加热方式保证加热效率，可以有效解决微波加热过程其原料吸波性能差的问题;
(3)玻璃化过程，根据原料的吸波性能合理选择加热方式，可改善热处理效果，同时节约能耗，吸波性能差的物料选择传统加热(电炉加热)，吸波性能良好的物料选择微波加热;
(4)对危险废物进行玻璃化和微晶化可以获取微晶玻璃产品，可以充分资源化危废中的有价组分;同时微晶玻璃可以将污泥中的重金属有效的固定于微晶玻璃的晶格中，避免二次污染问题，实现了无害化和资源化;
(5)基础玻璃与850-1000℃温度段具有良好的吸波性能，采用微波加热可以促进成核和析晶，无需传统的成核阶段和晶化分别保温，可大大降低能耗，同时可获得性能相对良好的微晶玻璃。
综上，该方法制备工艺简单、资源化程度高、成本低廉，具有显著的社会效益和经济价值。