重金屬類危險(xiǎn)廢物锍化處理技術(shù)研究

有色金屬冶煉產(chǎn)生的重金屬類危廢，一方面對人類生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，但另一方面它是一種寶貴的不可再生資源。將其中的重金屬元素實(shí)現(xiàn)資源化利用將是未來科研人員研究的重點(diǎn)。

重金屬危廢污染是當(dāng)前和未來很長時(shí)間內(nèi)人類面臨的突出重大環(huán)境問題之一。 無論從國家對重金屬污染綜合防治的需求，還是到地方重金屬污染治理、環(huán)境管理以及科技創(chuàng)新體系建設(shè)的需要來看，都迫切需要開展針對重點(diǎn)防控區(qū)重金屬污染控制關(guān)鍵工程技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化及其產(chǎn)業(yè)化、示范化推廣。

重金屬危廢來源及成分分析

重金屬危廢主要來源于有色金屬冶煉行業(yè)及化工行業(yè)。 國內(nèi)涉鉛、鎘、汞、砷、鉻等重金屬危廢污染企業(yè)較多，分布廣。 部分地區(qū)還堆存有大量的歷史遺留含重金屬廢渣，此類重金屬危廢污染具有長期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點(diǎn)，其危害大、治理難度大、成本高。我們分別對各大冶煉企業(yè)產(chǎn)生的冶煉廢渣采樣并做成分分析，各危廢中重金屬含量見表1。

表1 重金屬危險(xiǎn)廢物典型成分含量表 %

锍化處理基本原理

锍是2種以上賤金屬硫化物的共熔體。鐵、鈷、鎳、銅硫化物都具有很高的熔點(diǎn)和分解溫度，能形成共熔體。锍能捕集重金屬危廢中有價(jià)金屬的原理，一般被認(rèn)為是重有色金屬硫化物具有與重金屬相似的晶格結(jié)構(gòu)和相近的晶胞參數(shù)。也有認(rèn)為锍捕集重金屬的原理主要在于熔锍具有類金屬的性質(zhì)。 因此，重金屬危廢中含有的重金屬，在火法熔煉過程均可被捕集到锍或最終的重金屬相中而被富集，這些富集的重金屬混合物通過精煉制得金屬成品，從而實(shí)現(xiàn)重金屬危廢的資源化利用。

研究目的

本研究的主要目的是將重金屬危險(xiǎn)廢物分為高砷類重金屬危廢和其它低品位、難處理的重金屬危廢兩大類。 高砷類重金屬危廢入回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)低溫脫砷無害化，再進(jìn)入锍化處 理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源化利用；低品位、難處理的重金屬類危險(xiǎn)廢物經(jīng)預(yù)處理后入電爐熔融锍化富集，經(jīng)過造锍，重金屬被全部集中在锍相，渣脫毒后用作建筑材料，從而實(shí)現(xiàn)重金屬危廢的資源化。重金屬危險(xiǎn)廢物锍化處理基本工藝流程如圖1所示。

圖1 锍化處理工藝流程

小樣實(shí)驗(yàn)

1、樣品采集與分析重金屬危險(xiǎn)廢物采集量為100kg，分析其主要化學(xué)成分及其含量、含水率、粒度、密度等。

2、試驗(yàn)設(shè)備小型電爐、小試用回轉(zhuǎn)窯、浸出槽、破碎機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)篩、攪拌機(jī)、電子天平、恒溫干燥箱、攪拌釜、電解槽等。

3、試驗(yàn)步驟

（1）重金屬危廢分類：根據(jù)物料元素成分的不同，將含砷等易揮發(fā)的重金屬危廢入回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)進(jìn)行無害化處置后，再進(jìn)入锍化處理系統(tǒng)。

（2）預(yù)處理。取有代表性的24份重金屬危廢物料，每份重量為1000g，混煉成小球體、烘干待用。

（3）混料。向樣品中加入適量造锍劑，用攪拌機(jī)攪拌直至樣品充分混合。

（4）造锍熔煉。 將混合好的樣品置于爐內(nèi)，控制好真空度，升溫至1300℃加熱2h以上，直至物料充分熔融，以便重金屬被熔體锍充分捕集，含重金屬的锍扣沉入爐底，和其他物相相分離。

（5）分析檢測，檢測相應(yīng)指標(biāo)特別是重金屬富集率、浸出毒性等。

4、分析測試指標(biāo)與方法 試驗(yàn)前和試驗(yàn)產(chǎn)物主要分析測試指標(biāo)見表2所示。

表2 分析測試指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將試驗(yàn)產(chǎn)生的尾渣送第三方檢測機(jī)構(gòu)做毒性浸出試驗(yàn)， 尾渣毒性浸出分析結(jié)果見表3所示。

毒性浸出數(shù)據(jù)顯示，重金屬類危險(xiǎn)廢物經(jīng)锍化技術(shù)處理后產(chǎn)生的尾渣中， 砷、 汞、鎘、鉻、鉛、鋅等元素的含量均低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB5085.3 2007）標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到一般工業(yè)固廢標(biāo)準(zhǔn)。 在受熱溫度及爐內(nèi)氣氛一定的情況下，有價(jià)金屬的富集倍數(shù)隨造锍劑添加量的增加而產(chǎn)生的富集 規(guī)律曲線見圖2所示。

圖3 尾渣毒性浸出分析結(jié)果 mg/L

圖2 有價(jià)金屬富集趨勢圖

在受熱溫度、熱解時(shí)間、爐內(nèi)氣氛一定的條件下，造锍劑百分含量在 0.5～1 時(shí)，有價(jià)金屬富集效果不明顯。當(dāng)含量從1升至2.5時(shí)，有價(jià)金屬的富集效率明顯增加，富集倍數(shù)從35迅速上升至120。當(dāng)含量高于2.5時(shí)，其富集效果未有顯著變化，富集倍數(shù)基本保持120不變。

總結(jié)

（1）重金屬類危險(xiǎn)廢物經(jīng)锍化技術(shù)處理后產(chǎn)生的尾渣達(dá)到一般工業(yè)固廢標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了重金屬危險(xiǎn)廢物的無害化。

（2）在其他條件保持不變的情況下，造锍劑的百分含量達(dá)到2.5時(shí)，富集效果最好，較好地實(shí)現(xiàn)了重金屬類危廢的資源化利用。

（3）重金屬類危險(xiǎn)廢物锍化處理技術(shù)具有物料適應(yīng)面廣的特點(diǎn)，既可以處理低品位難處理的重金屬危廢，也可以處理含砷等易揮發(fā)性的重金屬危廢。