申请日2010.11.15
公开(公告)日2011.05.18
IPC分类号C22B7/00; C22B1/02; C22B3/06; C22B3/46; C22B19/00; C22B13/00; C22B15/00; C22B17/00; C02F11/00
摘要
本发明是一种利用焙烧和浸取的方法处理含砷冶金污泥回收砷和富集重金属，包括有以下步骤：1)机械脱水：将含砷冶金污泥进行干燥脱水处理，烘干或晾干后磨细待用;2)煅烧回收砷：将机械脱水后的含砷冶金污泥在500~800℃下煅烧2~4h，使砷随烟气升华以除去含砷冶金污泥中的砷，得到除砷后的焙烧渣;3)富集重金属：将步骤2)所得的除砷后的焙烧渣在搅拌下采用两步法进行酸浸;4)浸渣安全填埋。本发明的有益效果是：可实现铅和其它重金属锌、铜、镉的分步浸出，减少后续分离的困难，降低处理成本，可使重金属含量高的污泥中砷、锌、铜、镉和铅的去除率均大于90%。处理后的污泥可以安全填埋。
权利要求书
1.一种含砷冶金污泥回收砷和富集重金属的方法，包括有以下步骤：
1)机械脱水：将含砷冶金污泥进行干燥脱水处理，烘干或晾干后磨细待用;
2)煅烧回收砷：将机械脱水后的含砷冶金污泥在500~800℃下煅烧2~4 h，使砷随烟气升华以除去含砷冶金污泥中的砷，得到除砷后的焙烧渣;
3)富集重金属：将步骤2)所得的除砷后的焙烧渣在搅拌下采用两步法进行酸浸：(a)常温浸铅：在常温下用稀硝酸溶液浸取焙烧渣中的铅，浸取的条件为：酸度为1~3 mol L-1，固液比为1：5~1：20，浸取温度为常温，酸浸时间为0.5~4小时，得含高浓度铅的浸取液A和浸取渣A;在浸取液A中加入硫酸盐得硫酸铅沉淀富集铅;(b)加温浸取重金属离子：用盐酸溶液或硫酸溶液在加热的条件下酸浸浸取渣A，以浸出其中的重金属离子，浸取的条件为：酸度为4~6 mol L-1，固液比为1：5~1：20，浸取温度为30~80℃，酸浸时间为0.5~4小时，并得到浸取液B和浸取渣B，将浸取渣B用固液比为1：2的水量洗涤，所得洗涤液与浸取液B合并，合并所得的含重金属的溶液用硫化物沉淀富集重金属，用于后续重金属的回收;
4)浸渣安全填埋：步骤3)水洗后所得浸渣按固液比1：0.5~1：2加水调浆，再用石灰水中和至pH为6~8后进行安全填埋。
2.按权利要求1所述的含砷冶金污泥回收砷和富集重金属的方法，其特征在于所述的重金属离子为锌、铜和镉中一种或多种的混合。
3.按权利要求1所述的含砷冶金污泥回收砷和富集重金属的方法，其特征在于所述的含砷冶金污泥为砷含量1.5~15%、锌含量0.5~5%、铜含量0.5~5%、镉含量0.2~2%、铅含量0.1~1%的干污泥，以上均为质量百分比。
说明书
一种含砷冶金污泥回收砷和富集重金属的方法
技术领域
本发明属于固体废物处理的环境保护领域，具体的是涉及一种利用焙烧和浸取的方法处理含砷冶金污泥回收砷和富集重金属。
背景技术
当前我国工业生产正处在快速发展时期，有色金属的需求极大增加，大大的刺激了有色冶金工业的快速发展，因而产生的冶金重金属废弃物也在以惊人的速度递增，这些废弃物如不能进行有效的处置，既污染环境又需要大面积的堆场，有时还会因为污泥库垮坝造成地质灾害和毁田事件，给人民财产和生命安全造成巨大损失。因此，如何有效的处置这些重金属废弃物一直是人们关注的可持续发展及民生问题。人们期盼着一套方法既能有效处置这些废弃物中的重金属污染物，同时又能使重金属资源化。
冶金工业中产生的含砷污泥主要来自于各种冶矿厂如铜矿、金矿、铁矿等冶矿工业废水，该废水经处理后所产生的污泥通常含有毒性较高的重金属成份，如：砷、锌、铜、镉及铅等。常常造成重金属离子溶出浓度超过毒性物质溶出试验规定浓度，因此根据废弃物清理法规定将其归类为有害废弃物，污泥须进一步中间处置后方能掩埋。由于固化方法的操作工程简单及设备成本低廉，因此国内传统上皆采用固化方式对重金属污泥进行中间处理，然而固化方法不但对污泥减量没有帮助，反而因为添加固化剂造成污泥体积增加，同时对重金属污染物也存在稀释作用，不利于后续的富集和资源化。
污泥中的金属成份属于耗竭性资源，在自然界中无法自行再生，随着人口数增加及物质生活的发展，金属的消耗量随之增加，造成自然界的高品位富矿几乎开发殆尽。天然矿产资源的蕴藏量有限，因此在面临天然资源枯竭的压力下，除了利用新颖的探勘技术寻找矿源，或将过去视为贫矿而不值得开采的矿产资源，加强分选与冶炼技术，降低成本提供金属资源的途径外，应该将污泥中的金属资源回收利用使环境能够永续发展。
目前，常见的金属资源回收利用技术有多种，主要集中在以下几个方面：(1)置换、电解及结晶化技术;(2)氨浸渍;(3)微生物处理技术;(4)高温熔融法;(5)矿化技术。其中置换电解技术通常操作程序复杂，会牵涉到多次的浸渍、过滤、逆洗及置换等步骤，而且重金属污泥组成的变化会影响技术的适用性;而氨浸法虽然对部分金属(如铜、镍、锌)具有选择性浸出的优点，但是浸出速率较慢及氨水臭味是该技术的最大缺点，因此采用该技术对重金属污泥进行资源化时须注意氨水臭味对周围环境的影响;而以微生物技术进行高浓度重金属污泥的资源回收案例并不多见，目前大多应用在下水道污泥或低浓度废水的重金属去除方面，但该技术的反应速率较其它湿法冶金技术慢，其处理容量仅有0.5 吨/天的规模;而高温熔融法处理重金属污泥虽然有回收金属资源及产生无害炉渣等好处，但是设备投资成本过高往往使人望而却步，且污泥中若含有易挥发重金属，也须对污染防治设备进行监控，以避免二次污染的发生;而重金属污泥矿化技术目前在相关研究及商业化操作并不多见，属于刚起步阶段的资源化技术，该技术着眼于重金属污泥组成与含量本就与矿产相同，因此若能使矿物特性突显即可利用已成熟的分选及冶炼技术将金属资源回收，由于该技术刚刚起步，所以实用性不强，可能在未来会有相当大的发展空间。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提供一种含砷冶金污泥回收砷和富集重金属的方法，该方法对含砷的冶金污泥进行无害化处理，达到了回收砷和富集重金属的目的。
本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：一种含砷冶金污泥回收砷和富集重金属的方法，包括有以下步骤：
1)机械脱水：将含砷冶金污泥进行干燥脱水处理，烘干或晾干后磨细待用;
2)煅烧回收砷：将机械脱水后的含砷冶金污泥在500~800℃下煅烧2~4 h，使砷随烟气升华以除去含砷冶金污泥中的砷，得到除砷后的焙烧渣;
3)富集重金属：将步骤2)所得的除砷后的焙烧渣在搅拌下采用两步法进行酸浸：(a)常温浸铅：在常温下用稀硝酸溶液浸取焙烧渣中的铅，浸取的条件为：酸度为1~3 mol L-1，固液比为1：5~1：20，浸取温度为常温，酸浸时间为0.5~4小时，得含高浓度铅的浸取液A和浸取渣A;在浸取液A中加入硫酸盐得硫酸铅沉淀富集铅;(b)加温浸取重金属离子：用盐酸溶液或硫酸溶液在加热的条件下酸浸浸取渣A，以浸出其中的重金属离子，浸取的条件为：酸度为4~6 mol L-1，固液比为1：5~1：20，浸取温度为30~80℃，酸浸时间为0.5~4小时，并得到浸取液B和浸取渣B，将浸取渣B用固液比为1：2的水量洗涤，所得洗涤液与浸取液B合并，合并所得的含重金属的溶液用硫化物沉淀富集重金属，用于后续重金属的回收;
4)浸渣安全填埋：步骤3)水洗后所得浸渣按固液比1：0.5~1：2加水调浆，再用石灰水中和至pH为6~8后进行安全填埋。
按上述方案，所述的重金属离子为锌、铜和镉中一种或多种的混合。
按上述方案，所述的含砷冶金污泥为砷含量1.5~15%、锌含量0.5~5%、铜含量0.5~5%、镉含量0.2~2%、铅含量0.1~1%的干污泥(所述的干污泥是完全不含水分的污泥，先测出污泥含水率然后换算成不含水的干物质质量)，以上均为质量百分比。
本发明两步法酸浸中第一步酸浸采用的酸为稀硝酸，第二步中采用的是H2SO4或HCl中的任意一种或混合，采用两步法酸浸焙烧渣一方面可以使铅离子和其它重金属分步浸出，减少后续重金属分离的困难，另一方面还可减少稀硝酸用量，进一步节约处理成本。
本发明所处理的重金属污泥所述的含砷冶金污泥可为至少一种重金属含量超出《园林绿化用泥质(GB/T 23486-2009)》标准的污泥，可以是各种冶矿厂如铜冶炼等冶金污泥，如污泥含水量过高，可先进行机械脱水处理，以使其含水量降低，体积减少，以便于转运、减少处理量。
本发明的有益效果是：
本发明采用高温煅烧与两步酸浸相结合的方法，针对含砷同时其它重金属也严重超标的冶金污泥提供了一种操作简单、效果明显和环境与生态效益显著的无害化处理的方法。采用煅烧的方式预先除砷，不仅可以先将易挥发的砷与其它重金属分离，同时还可达到高的除砷效率，另外砷还可在煅烧过程中收集便于其回收重复利用，有效防止二次污染;采用两步酸浸的方式先用稀硝酸在常温下浸取铅，再用硫酸或盐酸溶液在加温的条件下浸取其它重金属，可实现铅和其它重金属锌、铜、镉的分步浸出，减少后续分离的困难，降低处理成本。采用本法可使重金属含量高的污泥中砷、锌、铜、镉和铅的去除率均大于90%。处理后的污泥可以安全填埋，并且可以在填埋场上覆盖土壤并种植植被，以美化环境，改善生态。