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        利用累托石固化含砷石灰鐵鹽渣的研究

        2012-05-07 09:51:56阮福輝歐陽作梁杜冬云
        化學(xué)與生物工程 2012年5期
        關(guān)鍵詞:鐵鹽陳化石灰

        阮福輝,歐陽作梁,杜冬云

        (1.中南民族大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程研究所,湖北 武漢 430074;2.中南民族大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 催化材料科學(xué)國家民委-教育部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430074)

        在利用冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水,簡(jiǎn)稱污酸。該類廢水不僅含有大量的稀酸,且含有砷、鎘、銅、鉛等多種有毒物質(zhì)[1,2]。含砷廢水的處理方法主要有石灰法、石灰-鐵鹽法、硫化法、離子交換法等[3~6],其中污酸廢水大多采用石灰-鐵鹽法處理,因此產(chǎn)生了數(shù)量巨大的含砷石灰鐵鹽渣(砷渣)[7]。在自然條件下,砷渣中的砷及重金屬會(huì)再次浸出進(jìn)入環(huán)境,造成二次污染,因此對(duì)砷渣的安全處理與處置研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        目前,國內(nèi)外對(duì)砷渣的處理主要采用固化處理技術(shù),如水泥固化、藥劑固化、塑性固化、熔融固化等[8~11],其中水泥固化技術(shù)因其固化材料廉價(jià)易得、處理成本低且效果好得到廣泛的應(yīng)用[12]。Choi等[13]以水泥固化含砷尾礦,研究了水泥添加量對(duì)重金屬砷、鉛等浸出率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)水泥添加量為7.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),砷、鉛的浸出濃度低于危險(xiǎn)廢物限定值。Palfy等[11]將含砷污泥與水泥、亞鐵鹽混合固化,固化后砷的浸出濃度從處理前的6430 mg·L-1降到了0.823 mg·L-1。近幾年,不少研究者在水泥固化砷渣中添加粉煤灰、火山灰、沸石等,以增強(qiáng)固化效果[14,15]。

        累托石屬鈉鈣層狀構(gòu)造鋁硅酸鹽礦物,其晶體結(jié)構(gòu)由鈉云母與蒙皂石單元層有規(guī)則地交替堆積而成,具有較強(qiáng)的吸附性與分散性[16],常作為廢水處理的吸附劑[17,18]。作者以水泥體系對(duì)含砷石灰鐵鹽渣進(jìn)行固化處理,并添加累托石以期增強(qiáng)固化效果,同時(shí)探討了固化材料配比、陳化時(shí)間對(duì)固化效果的影響。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 供試砷渣與固化材料

        砷渣取自于湖北某有色金屬公司硫酸生產(chǎn)含砷廢水處理后的廢渣。渣樣經(jīng)自然晾干、粉碎、研磨,粒度小于180 μm,在105 ℃下烘干,備用。

        水泥為普通硅酸鹽水泥。累托石為無機(jī)不改性鈣基累托石。粉煤灰是從鍋爐煙氣中收集的粉狀灰粒,屬于人工火山灰質(zhì)混合材料。黃砂為建筑用普通河砂。

        1.2 試劑與儀器

        二乙基二硫代氨基甲酸銀、氯仿、無砷鋅粒、氯化亞錫、碘化鉀、冰醋酸,均為分析純。

        恒溫振蕩器,國華企業(yè);AA-6300型原子吸收光譜儀、UV-1750型紫外分光光度計(jì),日本島津公司。

        1.3 方法

        將砷渣、水泥、累托石、粉煤灰、黃砂等按配比稱量混合,加入一定量的蒸餾水,攪拌均勻,將攪拌后的物料注入模具,室溫下養(yǎng)護(hù)10 d,將試樣破碎后用于浸出毒性實(shí)驗(yàn),測(cè)定浸出液中有毒成分的濃度。

        1.4 分析檢測(cè)

        浸出毒性參照HJ/T 299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法——硫酸硝酸法》測(cè)定,并與GB 5085.3-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》進(jìn)行比較。

        浸出液中砷的測(cè)定采用GB 15555.3-1995《二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法》。浸出液中重金屬的測(cè)定采用原子吸收光譜法。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 砷渣的化學(xué)成分及浸出毒性

        采用X-射線熒光光譜儀測(cè)定砷渣的化學(xué)成分,結(jié)果見表1。

        表1 砷渣的化學(xué)成分/%

        由表1可知,砷渣中含有砷以及其它重金屬有害成分,其中砷的含量高達(dá)3.07%。

        對(duì)砷渣進(jìn)行浸出毒性鑒定,結(jié)果見表2。

        表2 砷渣的浸出毒性/mg·L-1

        由表2可知,浸出液中砷的濃度高達(dá)18.8 mg·L-1,高于危險(xiǎn)廢物鑒別限定值,表明砷渣存在高浸出危險(xiǎn)性,因此應(yīng)將此類固體廢物妥善處理,以免對(duì)人類和自然環(huán)境造成危害。

        2.2 最佳物料配比

        采用正交實(shí)驗(yàn),考察ω(水泥)(A)、ω(累托石)(B)、ω(粉煤灰)(C)、ω(黃砂)(D)等因素對(duì)砷渣中砷浸出的影響。正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平見表3,結(jié)果與分析見表4。

        表3 正交實(shí)驗(yàn)的因素與水平/%

        表4 正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析

        由表4可知,各因素對(duì)固化體中砷浸出的影響大小依次為:A>B>C>D,即ω(水泥)>ω(累托石)>ω(粉煤灰)>ω(黃砂)。確定的最佳物料配比為:A4B4C4D3,即ω(水泥)=35%,ω(累托石)=20%,ω(粉煤灰)=25%,ω(黃砂)=15%,其余為砷渣[即ω(砷渣)=5%]。雖然這樣得出的砷浸出濃度最低,但砷渣的處理量很小,在實(shí)際應(yīng)用中太不經(jīng)濟(jì),為此進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)可行性配比的研究。

        2.3 經(jīng)濟(jì)最佳物料配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表5)

        表5 經(jīng)濟(jì)最佳物料配比實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        由表5可知,1#~9#實(shí)驗(yàn)砷的浸出濃度均低于國標(biāo)危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn),但9#實(shí)驗(yàn)處理的砷渣量最大,因此,9#實(shí)驗(yàn)的物料配比為經(jīng)濟(jì)最佳物料配比。

        2.4 陳化時(shí)間對(duì)固化體中砷浸出的影響

        將砷渣與累托石加水?dāng)嚢桕惢欢〞r(shí)間,晾干研磨后再與粉煤灰、黃砂、水泥混合固化,養(yǎng)護(hù)10 d后,再將固化體破碎進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn),考察陳化時(shí)間對(duì)固化體中砷浸出的影響,結(jié)果見圖1。

        圖1 陳化時(shí)間對(duì)固化體中砷浸出濃度的影響

        由圖1可以看出,固化體中砷的浸出濃度隨陳化時(shí)間的延長有所降低。這是因?yàn)?,累托石?duì)砷有吸附作用,隨著陳化時(shí)間的延長,累托石對(duì)砷的吸附量增加,因而砷的浸出濃度降低。陳化時(shí)間超過2 h后,砷的浸出濃度降低幅度不大。因此,選擇陳化時(shí)間為2 h。

        3 結(jié)論

        以水泥、累托石、粉煤灰、黃砂等固化硫酸生產(chǎn)廢水處理過程中產(chǎn)生的含砷石灰鐵鹽渣,效果良好,固化材料對(duì)砷浸出的影響大小依次為:ω(水泥)>ω(累托石)>ω(粉煤灰)>ω(黃砂)。含砷石灰鐵鹽渣固化的最佳物料配比為:ω(砷渣)=45%、ω(水泥)=35%、ω(累托石)=10%、ω(粉煤灰)=5%、ω(黃砂)=5%。固化體中砷的浸出濃度隨陳化時(shí)間的延長而降低,陳化時(shí)間為2 h時(shí),固化后砷的浸出濃度低于國家限定值。

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