專利名稱：一種含鋅廢渣與城市生活污泥的資源化利用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重金屬冶煉廢渣與城市生活污泥的資源化利用方法，特別涉及一種由土法煉鋅廢渣與城市生活污泥制備燒結(jié)磚的方法，該方法還同時(shí)回收了廢渣中的有價(jià)金屬，達(dá)到廢渣和污泥資源化與無害化處理的目的。
背景技術(shù)：
黔西北地區(qū)堆積了大量土法煉鋅廢渣，貴州省內(nèi)現(xiàn)存的土法煉鋅廢渣量達(dá)
2.051X 107t,占地面積達(dá)1068hm2。土法煉鋅廢渣含有鉛鋅鎘等有毒重金屬，嚴(yán)重污染了附近的土壤和河流沉積物，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的破壞。土法煉鋅廢渣是一種火法煉鋅洛，主要化學(xué)成分為Si02、Al2O3和Fe2O3,并含有一定量的碳，具有礦物組成及晶相復(fù)雜，并含有大量玻璃體的特點(diǎn)，難以通過選礦和濕法浸出的方法經(jīng)濟(jì)有效地回收其中有價(jià)金屬?，F(xiàn)有火法回收含鋅廢渣中有價(jià)金屬的方法主要有回轉(zhuǎn)窯揮發(fā)法、漩渦爐熔煉法、半鼓風(fēng)爐熔煉法等(《鉛鋅冶金學(xué)》，科學(xué)出版社，2003年)，處理低品位的鉛鋅物料時(shí)存在設(shè)備投資高、有價(jià)金屬回收率低、能耗高的缺點(diǎn)。目前有文獻(xiàn)報(bào)道了一些綜合利用含鋅廢渣的方法，如:“以鉛鋅礦尾砂為主要原料的釉面磚及其工藝”(公開號(hào)CN86107821A，
公開日1988年6月22日)，“以鉛鋅礦浮選礦渣為原材料制建筑制品及預(yù)制構(gòu)件的配方”(公開號(hào)CN1199030A，
公開日1988年11月18日)，“硼泥一鉛鋅渣燒結(jié)制品及其制造方法”(公開號(hào)CN101328032A，
公開日2008年12月24日)等，以鉛鋅尾礦渣為原料，配以粘土或水泥或其他工業(yè)廢棄物等，制備建筑材料。但是這些綜合利用方法都未回收含鋅廢渣中的有價(jià)金屬，且未對(duì)建筑材料成品進(jìn)行重金屬溶出毒性檢測(cè)，產(chǎn)品在使用過程中存在重金屬污染的安全隱患。黔西北地區(qū)的土法煉鋅廢渣中鉛鋅有價(jià)金屬品位低，但總量大，目前缺少能經(jīng)濟(jì)有效地回收其中有價(jià)金屬、并能綜合利用此渣的方法。由土法煉鋅廢渣制備燒結(jié)磚的方法中`，因土法煉鋅廢渣為砂狀物料，不能直接成型，須添加粘結(jié)劑輔助成型，當(dāng)前粘土資源緊缺，為保護(hù)耕地，有關(guān)政府限制粘土磚生產(chǎn)和使用，許多城市已經(jīng)禁粘。城市生活污泥含水率為60 80%，其灰分中主要成分為Si02、Al2O3和Fe2O3,與粘土組成相似，城市生活污泥粘結(jié)性能好，可代替粘土作為燒結(jié)磚的粘結(jié)齊U。城市生活污泥含有大量的有機(jī)物、病原體、寄生蟲以及重金屬等有害物質(zhì)，目前主要有焚燒、填埋、堆肥等處理方法。填埋處理方法簡(jiǎn)單，但是占用大量土地及空間，處理不當(dāng)還會(huì)造成地下水污染；污泥的焚燒技術(shù)比較復(fù)雜，且能耗高，其設(shè)備投資大，處理成本高(一種污泥焚燒處理方法及污泥焚燒處理裝置，公開號(hào)CN102775034A，
公開日2012年11月12日)；堆肥可以簡(jiǎn)單有效地處理污泥(城市生活污泥快速衛(wèi)生無害化堆肥處理技術(shù)，公開號(hào)CN102060575A，
公開日2011年5月18日)，但是要特別注意污泥中的有毒物質(zhì)(如重金屬)對(duì)土壤的污染。利用城市生活污泥作為制備燒結(jié)磚的粘結(jié)料，可解除其對(duì)環(huán)境的污染，并得到有效利用(一種用城市污泥生產(chǎn)的燒結(jié)輕質(zhì)環(huán)保磚及其制造方法，公開號(hào)CN102051943A，
公開日2011年5月11日)，但該申請(qǐng)文件中工藝原料配料復(fù)雜，且制備環(huán)保磚時(shí)，只是加入高分子重金屬捕集劑去除重金屬，并不能有效回收其中的有價(jià)金屬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種含鋅廢渣及城市生活污泥的資源化利用方法，在制備性能優(yōu)良的建筑材料的同時(shí)，使廢料無害化的同時(shí)，還可有效回收其中的重金屬成分。發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn):具有以下成分的土法煉鋅廢洛:Zn元素的質(zhì)量含量〈10%,Pb元素的質(zhì)量含量〈10%, SiO2質(zhì)量含量為20 50%, Al2O3質(zhì)量含量為9 18%,總Fe元素的質(zhì)量含量為6 16%,總C兀素的質(zhì)量含量為5 21% ;與具有以下成分含量的城市生活污泥(為城市污水處理后產(chǎn)生的污泥)，含水率為60 80%,其灰分中SiO2質(zhì)量含量為45 65%, Al2O3質(zhì)量含量介于12 24%,總Fe元素的質(zhì)量含量為5 10% ;兩者結(jié)合起來通過本發(fā)明以下特殊的處理工藝后，可制備性能優(yōu)良的建筑材料的同時(shí)，還可有效回收其中的重金屬成分；本發(fā)明的特殊的處理工藝為:a.將土法煉鋅廢渣破碎過篩；b..取原料質(zhì)量百分比含量為40 80%的土法煉鋅廢渣以及20 60%城市生活污泥混勻，在常溫下陳化；c.將陳化后混合料壓制成型，干燥得到干坯；d.將干坯置于高溫密閉爐中進(jìn)行還原揮發(fā)，收集揮發(fā)分得到富鋅煙塵，其中還原溫度為1000°c 1200°C，還原時(shí)間為4 IOh ;f.然后往高溫密閉爐中通入空氣進(jìn)行氧化焙燒，氧化燒結(jié)溫度為900°C 1100°C，氧化時(shí)間為2 8h，隨爐冷卻，得到燒結(jié)磚。所述的還原劑為煉鋅廢渣中的碳和城市生活污泥中的有機(jī)質(zhì)。通過還原揮發(fā)，使得原料中的鋅鉛等重金屬揮發(fā)至煙塵中得到富集，成為二次鋅資源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于:本發(fā)明的整個(gè)方法簡(jiǎn)單易行，特別適用于工業(yè)化的生產(chǎn)。所用的原料土法煉鋅廢渣和城市生活污泥均為有害廢棄物，利用污泥中的水分成型，不需要額外加水，節(jié)約了水資源。另外，本發(fā)明的原料來源及配料均十分簡(jiǎn)單，無需像現(xiàn)有技術(shù)中公開號(hào)CN102051943A所提供的工藝一樣進(jìn)行復(fù)雜的配料。另外，采用本發(fā)明的土法煉鋅廢渣后，就包括還原劑都不需要再額外的配加進(jìn)來，且煉鋅廢渣中的碳和城市生活污泥中的有機(jī)質(zhì)不但可作還原齊IJ，還可在燒結(jié)過程中進(jìn)一步的利用碳及有機(jī)質(zhì)氧化燃燒產(chǎn)生熱量，充分利用了土法煉鋅廢渣及城市生活污泥的熱能，在降低制磚成本的同時(shí)，有效的回收了含鋅廢渣中的鉛鋅等有價(jià)金屬，并能制備出性能優(yōu)良的燒結(jié)磚，使廢料無害化，從而節(jié)約了土地資源，環(huán)保效果顯著。相比于現(xiàn)有技術(shù)只是常規(guī)氧化燒結(jié)工藝，煉鋅廢渣中的重金屬全部殘留在燒結(jié)磚中，再通過對(duì)燒結(jié)磚進(jìn)行浸出毒性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明燒結(jié)磚中的重金屬釋放進(jìn)入浸出液中，不符合GB 5085.3-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》的要求，燒結(jié)磚在使用過程中存在重金屬釋放產(chǎn)生二次污染的隱患。本發(fā)明的技術(shù)進(jìn)步不言而言。

因此，本發(fā)明所提供一種含鋅廢渣和城市生活污泥的資源化利用方法，既能回收其中的有價(jià)金屬，又能使含鋅廢渣中的脈石組分和城市生活污泥得到利用，達(dá)到廢渣和污泥無害化、資源化利用的雙重效果。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施方式旨在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。實(shí)施例1考察還原條件對(duì)燒結(jié)磚性能的影響實(shí)驗(yàn)所用煉鋅廢渣為貴州土法煉鋅廢渣，其中含Si0234.44%，TFe10.23%，Α120313.03%, TcI7%’ Ζη7.15%，Pb0.34%。將土法煉鋅廢渣破碎全部過2mm的篩，備用；將60%的土法煉鋅廢渣和40%的城市生活污泥混勻在常溫下陳化24h后，在5MPa的壓力下壓制成型；濕坯在105°C下干燥8h，得到干坯，將干坯置于高溫密閉爐中還原揮發(fā)，還原溫度為1000 1200°C，還原時(shí)間為4 10h，收集揮發(fā)分得到富鋅煙塵；然后通入空氣進(jìn)行氧化燒結(jié)，氧化溫度為1000°C，氧化時(shí)間為6h;隨爐冷卻，得到燒結(jié)磚成品。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，用pH=3.2的硫酸硝酸溶液對(duì)燒結(jié)磚進(jìn)行浸出毒性實(shí)驗(yàn)，用ICP-OES檢測(cè)浸出液中重金屬離子濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表I。表I不同還原條件對(duì)燒結(jié)磚性能的影響
權(quán)利要求
1.一種以含鋅廢渣和城市生活污泥資源化利用方法，包括以下步驟: a.將土法煉鋅廢渣破碎過篩； b..取原料質(zhì)量百分比含量為40 80%的土法煉鋅廢渣以及20 60%城市生活污泥混勻，在常溫下陳化； c.將陳化后混合料壓制成型，干燥得到干坯； d.將干坯置于高溫密閉爐中進(jìn)行還原揮發(fā)，收集揮發(fā)分得到富鋅煙塵，其中還原溫度為1000°C 1200°C，還原時(shí)間為4 IOh ; f.然后往高溫密閉爐中通入空氣進(jìn)行氧化焙燒，氧化燒結(jié)溫度為900°C 1100°C,氧化時(shí)間為2 8h，隨爐冷卻，得到燒結(jié)磚。
步驟a中的土法煉鋅廢洛的成分范圍為:Zn元素的質(zhì)量含量〈10%, Pb元素的質(zhì)量含量〈10%，SiO2質(zhì)量含量為20 50%，Al2O3質(zhì)量含量為9 18%，總Fe元素的質(zhì)量含量為6 16%,總C元素的質(zhì)量含量為5 21% ;所述的城市生活污泥為城市污水處理后產(chǎn)生的污泥，含水率為60 80%，其灰分中SiO2質(zhì)量含量為45 65%，Al2O3質(zhì)量含量介于12 24%，總Fe元素的質(zhì)量含量為5 10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燒結(jié)磚的生產(chǎn)方法，其特征在于:所述的還原劑為煉鋅廢渣中的碳和城市生活污泥中的有機(jī)質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以含鋅廢渣和城市生活污泥資源化利用方法，包括以下步驟a.將土法煉鋅廢渣破碎過篩；b.取原料質(zhì)量百分比含量為40～80%的土法煉鋅廢渣以及20～60%城市生活污泥混勻，在常溫下陳化；c.將陳化后混合料壓制成型，干燥得到干坯；d.將干坯置于高溫密閉爐中進(jìn)行還原揮發(fā)，收集揮發(fā)分得到富鋅煙塵，其中還原溫度為1000℃～1200℃，還原時(shí)間為6～10h；f.然后往高溫密閉爐中通入空氣進(jìn)行氧化焙燒，氧化燒結(jié)溫度為900℃～1100℃，氧化時(shí)間為2～8h，隨爐冷卻，得到燒結(jié)磚。
文檔編號(hào)C04B5/00GK103172284SQ20131009489
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者胡慧萍, 鄧秋鳳, 李超, 董澤琴, 張維 申請(qǐng)人:中南大學(xué), 貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院