本發(fā)明屬于固體廢棄物處理與資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用微波燒結(jié)固化重金屬鉻制備陶粒的方法。
背景技術(shù)：
土壤重金屬污染是指由于人類活動，土壤中的微量金屬元素在土壤中的含量超過背景值，過量沉積而引起的含量過高，統(tǒng)稱為土壤重金屬污染。土壤是一個國家最重要的自然資源，它是農(nóng)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。但近些年來，隨著工業(yè)化的進程，越來越多的土地被用于建設(shè)工廠，進而造成土壤的重金屬污染。目前，我國土壤污染問題十分嚴重，重金屬已成為土壤污染最常見的來源，重金屬一旦進入土壤后將難以被移除。如何處理受污染土壤中重金屬已成為當前國內(nèi)土壤環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的一個技術(shù)難題。
鉻以多種價態(tài)廣泛存在于自然界中，對人體的毒性與其價態(tài)有關(guān)，三價鉻是人體必需的微量元素，而六價鉻容易進入細胞內(nèi)，并被還原為三價，同時產(chǎn)生五價鉻中間體及多種氧自由基，故具有很強的毒性。三價鉻毒性很小，不具有致癌性或具有較低的慢性毒性。目前鉻污染土壤的治理主要分為物理修復、化學修復、生物修復等。物理修復一般固化不徹底，難以根除；化學修復災實際工程中往往需投入超出理論值的還原劑，帶來二次污染的問題；生物修復法是利用植物或微生物對污染物的吸收、轉(zhuǎn)化、降解來去除土壤中污染物的修復技術(shù)，生物修復法安全、費用低廉，但存在見效時間長、處理不徹底等缺點。
近年來國內(nèi)外對鉻污染土壤的控制和治理的研究已經(jīng)取得了一些成就，如中國發(fā)明專利201110206407.6提供了一種利用高鉻污染土壤燒結(jié)制取陶粒的方法，但是其采用常規(guī)燒結(jié)方式能耗較大，燒結(jié)速率較慢，同時產(chǎn)品陶粒中鉻仍為六價鉻，未從根本上降低其毒性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種利用微波燒結(jié)含鉻污染土壤制備陶粒的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
提供一種利用微波燒結(jié)固化重金屬鉻制備陶粒的方法：向鉻污染土壤中添加石墨粉、氧化鐵、鋁粉和鉀長石，制成球形后采用微波燒結(jié)方法加熱制備陶粒。
按上述方案，按質(zhì)量百分比計，鉻污染土壤、石墨粉、氧化鐵、鋁粉和鉀長石的含量為：鉻污染土壤80～85％，石墨粉2～5％，氧化鐵3～10％，鋁粉2～4％，鉀長石1～7％。
按上述方案，上述方法具體步驟如下：
1)將含鉻污染土壤粉磨至100目篩余≤15％，然后與石墨粉、氧化鐵、鋁粉、鉀長石混合，加入水混合均勻，陳化24h后制成陶粒坯；
2)將步驟1)所得陶粒坯置于微波燒結(jié)爐中，在惰性氣氛或還原性氣氛(如co)下進行微波加熱燒結(jié)制得陶粒。
優(yōu)選的是，步驟1)所述水的加入量為固體總質(zhì)量的7～10％。
優(yōu)選的是，步驟2)所述微波燒結(jié)爐的輸出頻率為2450±50mhz，輸出功率小于或等于15kw。
按上述方案，步驟2)所述微波加熱燒結(jié)工藝為：微波加熱至550℃進行預熱，預熱時間為30min，隨后升溫至950～1050℃，保溫10～30min。
本發(fā)明還包括根據(jù)上述方法制備的陶粒，所述陶粒吸水率為9.3～11.0％，密度為1.73～1.85g/cm3，對重金屬鉻的固化率為99.36～99.97％。
本申請采用微波燒結(jié)技術(shù)，微波加熱時，物體各部位都能均勻滲透微波產(chǎn)生熱量，因此均勻性大大改善，微波燒結(jié)的升溫速率遠大于常規(guī)燒結(jié)，可避免受熱不均、陶粒各部位燒結(jié)進度不同的現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，有利于生產(chǎn)高質(zhì)量陶粒，而且有利于工業(yè)化生產(chǎn)。同時，微波燒結(jié)時，燒結(jié)氛圍容易控制，使得燒結(jié)氛圍在惰性氣氛或還原氣氛下，有利于高溶解性高毒性六價鉻向三價鉻轉(zhuǎn)化，提高鉻的固化效率。
本發(fā)明以鉻污染土壤為主要原料制備陶粒，有效治理污染的同時還可以實現(xiàn)廢物資源的有效利用；同時，鉀長石的加入，可以有效降低燒結(jié)溫度，降低能耗，同時還可以提高高溫燒結(jié)時的液相粘度，有利于氣體造孔。
原料中加入了適量的石墨粉，既可以作為陶粒的造孔劑，改善陶粒的孔結(jié)構(gòu)，同時還可以作為還原劑，促進六價鉻轉(zhuǎn)化為三價鉻，實現(xiàn)鉻的無毒化處理。
本發(fā)明原料中的鋁粉在高溫下可以和氧化鐵發(fā)生鋁熱反應，防止氧化鐵在高溫下分解放出氧氣氧化鉻，有利于六價鉻的還原，同時鋁熱反應可以產(chǎn)生大量的熱量，為燒結(jié)提供一部分能量，有利于節(jié)能減排。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用的微波燒結(jié)技術(shù)加熱更加均勻，不僅燒結(jié)氛圍可控，燒結(jié)速率快，燒結(jié)質(zhì)量好，而且可以使得六價鉻充分反應為三價鉻，另加入石墨粉和鋁粉，促進六價鉻充分轉(zhuǎn)化為三價鉻；本發(fā)明所制備的陶粒以鉻污染土壤為主要原料，吸水率低(吸水率為9.3～11.0％)，密度小(密度為1.73～1.85g/cm3)，并且成本低，無毒性(對重金屬鉻的固化率達99.36～99.97％)，具有多方面用途。
具體實施方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
本發(fā)明實施例所用石墨粉、氧化鐵、鋁粉、鉀長石均為市售材料，其中氧化鐵中氧化鐵的含量大于等于85wt％；石墨粉細度為過100目篩的篩余量小于或等于15％，鉀長石細度為過100目篩的篩余量小于或等于15wt％。鋁粉細度為過100目篩的篩余量小于或等于15％。
實施例1
利用微波燒結(jié)固化重金屬鉻制備陶粒，方法如下：
1)鉻污染土壤樣品：取某化工廠附近的污染土壤，此土壤中的鉻含量為1453.44mg/kg；
2)鉻污染土壤的處理：稱取鉻污染土壤樣品于干燥箱中干燥3h，之后將鉻污染土壤冷卻至室溫，在放入陶瓷球磨機中粉末30min至100目篩余≤15％；
3)混合陳化：將步驟2)處理后的土壤與石墨粉、氧化鐵、鋁粉、鉀長石按質(zhì)量82：5：5：2：5加水(水的質(zhì)量為固體總質(zhì)量的10％)混合均勻，陳化24h后制成陶粒坯；
4)燒結(jié)：將步驟3)所得陶粒坯放入微波燒結(jié)爐(輸出頻率為2450±50mhz，輸出功率12kw)中，在氮氣氣氛下進行微波加熱燒結(jié)制得陶粒，微波加熱燒結(jié)工藝為：微波加熱至550℃進行預熱，預熱時間為30min，隨后升溫至1050℃，保溫30min。
采用gb/t17431.2-2010《輕集料及其試驗方法第2部分:輕集料試驗方法》對本實施例所得樣品進行測試，燒結(jié)好的樣品吸水率為9.3％，密度為1.85g/cm3。采用固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法(hj557-2010)檢測浸出液中重金屬鉻(總鉻含量)的含量為0.038mg/l，測出陶粒的鉻固化率為99.97％。
實施例2
利用微波燒結(jié)固化重金屬鉻制備陶粒，方法如下：
1)鉻污染土壤樣品：取某化工廠附近的污染土壤，此土壤中的鉻含量為1453.44mg/kg；
2)鉻污染土壤的處理：稱取鉻污染土壤樣品于干燥箱中干燥3h，之后將污染土壤冷卻至室溫，在放入陶瓷球磨機中粉末30min至100目篩余≤15％；
3)混合陳化：將步驟2)處理后的土壤與石墨粉、氧化鐵、鋁粉、鉀長石按質(zhì)量80：5：3：2：7加水(水的質(zhì)量為固體總質(zhì)量的8％)混合均勻，陳化24h后制成陶粒坯；
4)燒結(jié)：將步驟3)所得陶粒坯放入微波燒結(jié)爐(輸出頻率為2450±50mhz，輸出功率12kw)中，在氮氣氣氛下進行微波加熱燒結(jié)制得陶粒，微波加熱燒結(jié)工藝為：微波加熱至550℃進行預熱，預熱時間為30min，隨后升溫至1000℃，保溫10min。
采用與實施例1相同的方法對本實施例所得樣品進行測試，燒結(jié)好的樣品吸水率為10.5％，密度為1.76g/cm3。采用固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法(hj557-2010)檢測浸出液中重金屬鉻(總鉻含量)的含量為0.812mg/l，測出陶粒的鉻固化率為99.41％。
實施例3
利用微波燒結(jié)固化重金屬鉻制備陶粒，方法如下：
1)鉻污染土壤樣品：取某化工廠附近的污染土壤，此土壤中的鉻含量為1453.44mg/kg；
2)鉻污染土壤的處理：稱取鉻污染土壤樣品100g于干燥箱中干燥3h，之后將污染土壤冷卻至室溫，在放入陶瓷球磨機中粉末30min至100目篩余≤15％；
3)混合陳化：將步驟2)處理后的土壤與石墨粉、氧化鐵、鋁粉鉀長石按質(zhì)量84：3：3：3：7加水(水的質(zhì)量為固體總質(zhì)量的8％)混合均勻，陳化24h后制成陶粒坯；
4)燒結(jié)：將步驟3)所得陶粒坯放入微波燒結(jié)爐(輸出頻率為2450±50mhz，輸出功率12kw)中，在氮氣氣氛下進行微波加熱燒結(jié)制得陶粒，微波加熱燒結(jié)工藝為：微波加熱至550℃進行預熱，預熱時間為30min，隨后升溫至950℃，保溫20min。
采用與實施例1相同的方法對本實施例所得樣品進行測試，燒結(jié)好的樣品吸水率為10.1％，密度為1.73g/cm3。采用固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法(hj557-2010)檢測浸出液中重金屬鉻(總鉻含量)的含量為0.934mg/l，測出陶粒的鉻固化率為99.36％。
實施例4
利用微波燒結(jié)固化重金屬鉻制備陶粒，方法如下：
1)鉻污染土壤樣品：取某化工廠附近的污染土壤，此土壤中的鉻含量為1453.44mg/kg；
2)鉻污染土壤的處理：稱取鉻污染土壤樣品100g于干燥箱中干燥3h，之后將污染土壤冷卻至室溫，在放入陶瓷球磨機中粉末30min至100目篩余≤15％；
3)混合陳化：將步驟2)處理后的土壤與石墨粉、氧化鐵、鋁粉、鉀長石按質(zhì)量80：3：6：4：7加水(水的質(zhì)量為固體總質(zhì)量的10％)混合均勻，陳化24h后制成陶粒坯；
4)燒結(jié)：將步驟3)所得陶粒坯放入微波燒結(jié)爐(輸出頻率為2450±50mhz，輸出功率12kw)中，在co氣氛下進行微波加熱燒結(jié)制得陶粒，微波加熱燒結(jié)工藝為：微波加熱至550℃進行預熱，預熱時間為30min，隨后升溫至1000℃，保溫30min。
采用與實施例1相同的方法對本實施例所得樣品進行測試，燒結(jié)好的樣品吸水率為11.0％，密度為1.81g/cm3。采用固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法(hj557-2010)檢測浸出液中重金屬鉻(總鉻含量)的含量為0.277mg/l，測出陶粒的鉻固化率為99.81％。
本發(fā)明所列舉的各原料，以及本發(fā)明各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(shù)的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。