一種重金屬廢渣機械幹法硫化處理方法
2023-07-21 02:03:06
專利名稱：一種重金屬廢渣機械幹法硫化處理方法
技術領域：
本發明屬於環境工程領域，涉及ー種重金屬廢物的機械硫化處理方法。
背景技術：
重金屬固體廢物是重金屬汙染環境的主要形態之一。隨著社會的進步、科技的發展，人類對有色金屬的開採、冶煉、加工等生產活動也日漸頻繁，產生的重金屬固體廢物不論是數量上還是種類上都大大增加。重金屬廢物的排放和堆存，不僅佔用了大量的土地，而且其中常含有神、鎘、鉛、鋅、銅和汞等多種重金屬，對環境和人類健康構成了極大的威脅。另ー方面，我國目前礦產資源緊缺，形勢嚴峻。鉛、鋅、鎢、錫、銻、稀土礦資源比較豐富，但富礦多數已開發利用；鉛、鋅、銅等礦物大量依賴進ロ。重金屬固體廢物中含有銅、鉛、鋅、鎘等多種有價金屬，日益成為ー種具有開發利用價值的二次資源。因此，重金屬固體廢棄物無害化、資源化處理的方法和技術具有較大的市場需求量，尤其是對於エ藝簡單、環境友好、成本節約的重金屬固體廢棄物處理技術或方法極為需求。目前，重金屬固體廢物無害化、資源化處理方法主要包括資源回收和固化處理。其中固化處理一般只能實現重金屬廢渣的無害化處理，並且固化處理增容比較大，成本較高，不能實現重金屬資源的資源化回收。而常規的回收エ藝主要有溼法浸出和火法冶煉兩種方法。但是，對於溼法浸出技術而言，由於重金屬廢渣雜質多，成分複雜，導致浸出液除雜エ藝複雜，回收率低。如化學浸出、細菌浸出等可以用於廢物中有價金屬的回收，但由於回收效率、技術經濟性以及二次汙染等方面存在問題，難以進行商業應用；而火法冶煉的エ藝能耗大，成本高，也難以推廣應用。重金屬廢渣中的金屬大多以氧化物、氫氧化物等簡單或複雜的含氧化合物存在，利用硫化技術將重金屬廢渣變為更為穩定的硫化物，不僅可以實現重金屬的穩定化，而且其中的重金屬硫化物可以通過浮選回收的方式得到硫化精礦，從而使得金屬資源得以回收利用。國內外關於重金屬廢渣的硫化技術主要有溶液硫化、水熱硫化、焙燒硫化、機械硫化。溶液硫化的硫化劑一般採用硫化鈉，該方法不僅重金屬硫化率不高，而且會產生廢水和廢氣；焙燒硫化要求嚴格控制焙燒氣氛，並且成本較高、能耗大；而關於水熱硫化和機械硫化技術的研究尚處於起步階段，現有的硫化方法主要有機械溼法硫化和水熱硫化，硫化劑主要採用硫化鈉溶液。採用機械溼法硫化エ藝處理過程中會產生硫化氫及強鹼性廢水等ニ次汙染問題，ー些重金屬的硫化率也較低，同時硫化鈉的成本也較高。而採用水熱硫化不僅存在前面所述問題，還存在能耗大、成本高等問題，這些都嚴重阻礙了該技術的推廣使用。
發明內容
本發明的目的是提供ー種重金屬廢物機械幹法硫化處理方法。該方法具有エ藝簡單、操作方便，處理過程中不產生廢水、廢氣，沒有二次汙染等優點。本發明的目的是通過以下方式實現的
重金屬廢渣機械幹法硫化處理方法，包括以下步驟重金屬廢渣烘乾至恆重後，加入硫化劑和硫化促進劑，在球磨機中進行乾式球磨，球料質量比30 50 1，轉速為400 600r/min，球磨時間2 IOh後，取出物料即重金屬廢渣機械硫化產物；保證n (Me) n (S) η (Al) = I I. 2 2 O. 8 I. 5，其中n (Me)指重金屬廢物中重金屬的總物質的量，n(S)代表硫化劑中硫單質的物質的量，所述的硫化劑包括含硫橫粉末、硫橫粒、硫橫塊和含有硫橫單質的エ業廢潘中的一種或幾種；所述的硫化促進劑包括純鋁粉、鋁冶煉行業及鋁生產行業產生的廢鋁渣和屑、報廢的鋁製品、含鋁的エ業廢物中的ー種或幾種；η(Α1)代表硫化促進劑中鋁單質的物質的量。所述的重金屬廢渣為冶煉、化工、電鍍行業產生的含重金屬的固體廢棄物，包括冶煉廢渣、重金屬粉塵、重金屬汙泥及沉積物、浮選尾礦、尾砂中的ー種或幾種。所述的重金屬包括Zn、Pb、Cu、Cd、Cr、Hg、Ag中的ー種或幾種。所述的重金屬包括以氧化物、氫氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、矽酸鹽的ー種或幾種的形態存在。所述的重金屬廢渣機械幹法硫化處理使用的設備包括行星式球磨機、攪拌球磨機或高能球磨機。本發明方法主要使用的是成本低廉的硫磺作為硫化劑，使用鋁粉作為硫化促進齊U。重金屬廢渣烘乾至恆重後，按照一定的配比分別加入重金屬廢渣、硫磺、鋁粉，在球磨機械カ的作用下，重金屬廢渣、硫磺、廢鋁被充分破碎、混合。隨著球磨時間的延長，由於機械力的作用，混合物被充分混合、磨細，甚至形成無定形態，同時部分機械能轉化成熱能，從而使物料的溫度也不斷上升。此時，物料的反應活性大大提高，反應的活化能也不斷降低。當活化能降低至某一程度，物料溫度達到某一溫度，在重金屬化合物、廢鋁、硫磺的接觸界面上球磨誘發的自蔓延反應被點燃。重金屬化合物、廢鋁、硫磺之間發生的化學反應，屬於鋁熱劑還原反應，此化學反應會釋放出大量的熱量，從而引發了周圍其他區域的化學反應，使反應得以迅速蔓延，從而實現了重金屬廢渣的機械硫化。該技術硫化劑原料低廉，若採用廢鋁代替鋁粉作為硫化促進劑也能大大降低成本，硫化的同時還能實現重金屬離子的穩定化，生成的硫化物粒徑小，具有很高的表面活性，能夠增加捕收劑的吸附性能，使得機械硫化產物具有良好的疏水性和可浮性；同時球磨固態反應在密閉容器容器中進行，無廢氣排出，也沒有廢水產生。反應後，廢物中的重金屬大部分轉化成相應的金屬硫化物，便可以採用浮選分離的方式回收金屬硫化物。浮選後的尾礦主要是以硫化物等穩定形態存在，可直接進行無害化處理。本發明方法中使用鋁粉作為高效硫化促進劑，能夠極大的縮短機械硫化所需的時間，削弱了機械カ對硫化物晶型的破壞，使重金屬硫化物更穩定，結晶性也更好，更有利於金屬硫化物的浮選回收，同時節約了成本，降低了能耗。不添加高效硫化促進劑時，氧化鋅和硫磺在球磨機中球磨60h，也沒有出現硫化鋅相(見圖2);而添加硫化促進劑後，氧化鋅、硫橫、招粉在Ih內就基本能完成硫化反應(見圖2)。因此，招粉是機械硫化反應的聞效硫化促進劑。
圖I為本發明的エ藝流程；
圖2為添加硫化促進劑和不添加硫化促進劑時，純化合物機械硫化效果對比；圖3為某冶煉廠高含鋅廢渣硫化率隨時間的變化圖。
具體實施例方式以下實施例或者實施方式g在進ー步說明本發明，而不是對本發明的限定。實施例I 某冶煉廠高含鋅廢渣機械硫化浮選回收重金屬鋅 步驟一，將某冶煉廠含鋅廢渣在105°C下烘乾至恆重，按n (Me) n (S) η (Al)=
I: 12 : O. 8的比例進行配料，其中η (Me)代表廢渣中所有重金屬物質的量，η (S)代表添加的硫磺的物質的量，η(Α1)代表添加的Al粉的物質的量。將上述物料混合後放入行星式球磨機中。步驟ニ，開啟球磨機，轉速設置為541r/min，球磨時間為10小時，球料比為50 1，反應停止後，將物料與球分離，分離後的粉末物料即為重金屬廢渣機械硫化產物。步驟三，採用礦物浮選的方法處理重金屬廢渣機械硫化後的產物，回收其中的硫化鋅。表I某冶煉廠高含鋅廢渣機械硫化前後可浮性硫化物相變化
權利要求
1.重金屬廢渣機械幹法硫化處理方法，其特徵在於，包括以下步驟 重金屬廢渣烘乾至恆重後，加入硫化劑和硫化促進劑，在球磨機中進行乾式球磨，球料質量比30 50 1，轉速為400 600r/min，球磨時間2 IOh後，取出物料即重金屬廢渣機械硫化產物；保證n (Me) n (S) η (Al) = I I. 2 2 O. 8 I. 5，其中n (Me)指重金屬廢物中重金屬的總物質的量，n(S)代表硫化劑中硫單質的物質的量，所述的硫化劑包括含硫橫粉末、硫橫粒、硫橫塊和含有硫橫單質的エ業廢潘中的一種或幾種；所述的硫化促進劑包括純鋁粉、鋁冶煉行業及鋁生產行業產生的廢鋁渣和屑、報廢的鋁製品、含鋁的エ業廢物中的ー種或幾種；η(Α1)代表硫化促進劑中鋁單質的物質的量。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述的重金屬廢渣為冶煉、化工、電鍍行業產生的含重金屬的固體廢棄物，包括冶煉廢渣、重金屬粉塵、重金屬汙泥及沉積物、浮選尾礦、尾砂中的ー種或幾種。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述的重金屬包括Zn、Pb、Cu、Cd、Cr、Hg、Ag中的ー種或幾種。
4.根據權利要求I或2所述的方法，其特徵在於，所述的重金屬包括以氧化物、氫氧化物、硫酸鹽、碳酸鹽、矽酸鹽的ー種或幾種的形態存在。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述的重金屬廢渣機械幹法硫化處理使用的設備包括行星式球磨機、攪拌球磨機或高能球磨機。
全文摘要
本發明公開了一種重金屬廢渣機械幹法硫化處理方法。具體是將重金屬廢渣在105℃下烘乾至恆重後，與硫化劑及硫化促進劑進行乾式混合球磨；硫化促進劑採用鋁粉或者含鋁的廢棄物；在球料比為30～50∶1，轉速為400～600r/min的條件下，重金屬化合物與硫磺及鋁發生固態球磨化學反應生成穩定的金屬硫化物，可使重金屬的硫化率達到70％以上，硫化過程無廢水、廢氣等二次汙染。處理後重金屬廢渣的環境活性大大較低，並且其中的部分重金屬硫化物可以通過浮選的方式進行金屬的回收。本發明既可用於重金屬廢渣中有價金屬的硫化浮選回收，也可用於重金屬廢渣的硫化穩定化處理。並且硫化促進劑對機械硫化反應具有明顯的促進作用，極大縮短了硫化反應時間。
文檔編號B02C17/10GK102688874SQ201210122319
公開日2012年9月26日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者唐崇儉, 彭兵, 李青竹, 柯勇, 柴立元, 梁彥傑, 閔小波 申請人:中南大學