一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属的方法技术

本发明专利技术涉及一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属方法，属于危险固体废弃物无害化处置技术领域。以涉重金属危废为固化对象，具体方法是将涉重金属危废与其它废渣或矿物配伍混合，形成基础配合料，通过熔融均化

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属的方法


[0001]本专利技术公开了一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属的方法，属于环保领域。目的在于对危险固体废物中多元重金属元素同步稳定固化，降低危险固体废弃物对生态环境和人体健康的危害，实现危险固体废弃物无害化处置,同步进行资源化循环利用。

技术介绍

[0002]随着我国工业和经济的快速发展，危险固体废弃物产量逐年增加，其中含有重金属的固体废弃物对生态环境和人们的身体健康危害较大。如冶金废渣、不锈钢酸洗污泥、垃圾焚烧飞灰、新能源行业废料中均含有Cd、Ni、Mn、Pb、Co等重金属元素对人们的身体健康和环境有着极大的破坏作用。据统计，我国危险废物总产量约超出1亿吨，其中含重金属危险废物约占三分之一，涉重金属危险废物年产量的快速增长，以及多元高危害重金属元素的同时存在为危险固体废弃物的无害化处置带来了巨大挑战。如何控制重金属的污染成为目前迫切需要解决的问题。
[0003]固化处理技术以成本低、固化效率高、方法简单等优点成为关注的热点。但目前的研究表明，沥青固化、水泥固化、地质聚合物固化乃至螯合物固化等固化技术或方法在同步固化多元高危害元素方面存在较大的局限性，仍存在固化不彻底、二次溶出等问题。例如：水泥固化技术是常用的固化处理方法之一，但水泥固化技术在应用过程中也存在一些问题：(1)硅酸盐水泥固化体孔隙率较大，耐久性差，容易在酸性介质的侵蚀下，导致重金属元素的溶出。(2)重金属含量增多降低水泥固化体强度，延缓水泥凝固时间，导致固化体稳定性变差。
[0004]化学药剂稳定化与其它稳定化方法相比具有工艺简单、能耗低、增容比小、费用适中甚至低廉等优点被得到广泛应用。但经螯合剂稳定的危险固体废弃物具有较大的比表面积，可导致重金属的快速浸出，此外螯合剂具有较高的选择性，并不能同步稳定固化多元重金属元素。
[0005]地质聚合物固化重金属来说目前也存在一些问题，比如重金属含量高、元素种类多会导致地质聚合物的强度下降，重金属离子的溶出风险增大。
[0006]玻璃固化是将重金属包容在玻璃三维网络中，一般属于固溶结合态，在垃圾填埋场的酸性环境下重金属离子不会随着时间的推移而渗滤出来，达到固化重金属的目的。但有的玻璃在高温高压条件下，容易出现反玻璃化或自发析晶，玻璃体的抗浸出性能下降；近年来，开始尝试特种玻璃固化重金属，其中典型的代表就是微晶玻璃，微晶玻璃具有优异的光学特性和化学稳定性，机械强度高，耐酸碱侵蚀能力强于绝大部分的复合材料，可以用于防腐涂层、建筑装饰、航空航天等各行各业，相比水泥固化、地质聚合物固化等技术，微晶玻璃作为固化材料更具有优势，中国专利技术专利(CN104445944A)公开了一种以危险固废制备微晶玻璃的方法。该专利涉及危险固废制备玻璃包覆晶体相微晶玻璃固化体用以固化Cr、Pb、Cd、Ni、Cu、Zn重金属元素，其铅锌冶炼渣制备的微晶固化体中Pb、Zn的浸出浓度分别达到
5.0mg/L(浸出限值：5.0mg/L)、3.4mg/L，粉煤灰和废玻璃制备的微晶固化体中Pb、Cd、Ni的浸出浓度分别达到1.02mg/L、1.0mg/L(浸出限值：1.0mg/L)、1.0mg/L，不具备同步稳定固化多元重金属元素效果，重金属浸出仍有超标风险。中国专利技术专利(CN103979794A)公开了一种利用重金属废石膏制备主晶相分别为硅灰石、钙铝黄长石、透辉石和枪晶石的微晶玻璃用以固化Pb、Cr、Cu、Zn，各重金属固化效果仍具有一定差异性。总得来看，微晶玻璃在同步固化多种高危害元素方面仍面临着诸多问题，根本原因在于所制备的微晶玻璃的组织结构是玻璃相包覆晶体，而且组织结构中存在大量玻璃相
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晶体相界面，在酸性条件下玻璃相比结晶相更易腐蚀，赋存在玻璃相、相界面的重金属元素易于溶出，导致重金属离子二次溶出风险增大。
[0007]综上，玻璃相、晶相在组织结构中的空间分布对重金属离子的溶出具有显著的影响，本领域亟需一种特殊结构的玻璃固化体同步固化多元高危害重金属元素，同时兼顾危险固体废弃物的循环利用，为危险固体废弃物宏量无害化处置提供支撑。

技术实现思路
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[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术对玻璃相、晶体在组织结构中进行特殊的空间分布控制，设计了一种由晶体包覆玻璃相的核壳结构单元组成的特种玻璃固化体。
[0009]一方面解决重金属元素易于富集在玻璃相
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晶体相界面处不能稳定固化的问题；另一方面解决现有固化/稳定化技术无法同步
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稳定固化多元重金属离子的问题。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术通过以下具体的方案来实现：
[0011]首先，将重金属危险固体废弃物以及硅石，石灰石等其它辅料混合均匀，形成基础配合料。然后投入熔窑熔化、澄清，形成合格的玻璃熔体，玻璃熔体经过空冷、风冷、水冷或其它方式成型为玻璃微珠，玻璃微珠装模、烧结晶化，形成无数个晶体包覆玻璃相的核壳结构单元组成的固化体，具体步骤如下：
[0012](1)配伍混合：铬渣、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、铅锌渣等其中一种或两种或两种以上危险固体废物与硅石、石灰石等矿物原料，过40目筛，称量、混合均匀，形成基础配合料；
[0013](2)熔融均化：基础混合料投入熔化窑炉，在1200～1500℃熔融1.0～4.0h形成均质的玻璃熔体；
[0014](3)介稳成型：澄清的玻璃熔体经过空冷、风冷、水冷或其它方式成型为玻璃体微珠；
[0015](4)烧结晶化：玻璃微珠装模堆积在800～1200℃范围析晶1.0～5.0h，得到由无数个晶体包覆玻璃相的核壳结构单元组成的特种玻璃固化体。
[0016](5)本专利技术制备的具有晶体包覆玻璃相核壳结构玻璃固化体中Cr、Ni、Mn、Pb、Cd离子的浸出浓度均在10
‑2mg/L数量级，远低于国标(GB5085.3
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2007)限值(总Cr:15mg/L,六价Cr:5mg/L,Ni:5mg/L,Pb:5mg/L,Cd:1mg/L)，核壳结构玻璃固化体可同步
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稳定固化Cr、Mn、Ni、Pb、Cd等多元重金属离子。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0018](1)多元重金属同步固化
[0019]传统的玻璃、微晶玻璃一般能同步稳定固化的重金属种类较少，本专利技术利用特殊的核壳结构可同步固化两种或者两种以上的重金属。
[0020](2)多元重金属稳定固化
[0021]传统的微晶玻璃固化体组织结构是“玻璃相包覆晶相”，本专利技术是“反其道而行之”，采用“晶相包覆玻璃相”，晶体包覆耐腐蚀性弱的玻璃相、晶体壳层阻碍富集在玻璃相
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晶相相界面处易于脱离体系的重金属，可大幅降低重金属离子的浸出，实现多元重金属同步
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稳定固化。
[0022](3)多种危险废物无害化处置协同资源化循环利用
[0023]特种玻璃固化体的原料可以是两种或两种以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属方法，其特征在于：所述固化体配伍原料中含有铬渣、电镀污泥、垃圾焚烧飞灰、铅锌渣等危险固体废弃物，所述危险固体废弃物中含有Mn、Pb、Ni、Cr、Co等多种重金属元素。2.根据权利要求1所述固化体基础配合料由铬渣、垃圾焚烧飞灰、电镀污泥、铅锌渣等其中一种或两种或两种以上与硅石、石灰石、长石、粉煤灰等其它矿物或废渣混合配制而成。3.一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属方法，其特征在于：该型特种玻璃固化体的结构单元的表层是由晶体组成，核心区域由玻璃相组成，形成由晶体包覆玻璃相的“非晶核
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晶体壳”组织结构。4.一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属方法，其特征在于：所述玻璃固化体可同步固化Cr、Ni、Mn、Pb等重金属中的两种或两种以上。5.根据权利要求4所述的一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属方法，其特征在于:通过玻璃相的网络结构包裹重金属离子、晶体晶格固化重金属离子及晶体壳层物理阻隔重金属离子的方法“多道”阻隔重金属离子，实现多元重金属离子同步稳定固化。6.一种核壳结构玻璃固化体同步稳定固化多元重金属方法，其特征在于：首先，按照权利要求1所述，将重金属危险固体废弃物以及硅石，石灰石等其它辅料混合均...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹建尉，宋文凤，王志，常雅丽，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：