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
技術領域：
本發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磚的方法，該方法還同時回收了廢渣中的有價金屬，達到廢渣和污泥資源化與無害化處理的目的。
背景技術：
黔西北地區堆積了大量土法煉鋅廢渣，貴州省內現存的土法煉鋅廢渣量達
2.051X 107t,占地面積達1068hm2。土法煉鋅廢渣含有鉛鋅鎘等有毒重金屬，嚴重污染了附近的土壤和河流沉積物，對整個生態系統造成了嚴重的破壞。土法煉鋅廢渣是一種火法煉鋅洛，主要化學成分為Si02、Al2O3和Fe2O3,并含有一定量的碳，具有礦物組成及晶相復雜，并含有大量玻璃體的特點，難以通過選礦和濕法浸出的方法經濟有效地回收其中有價金屬。現有火法回收含鋅廢渣中有價金屬的方法主要有回轉窯揮發法、漩渦爐熔煉法、半鼓風爐熔煉法等(《鉛鋅冶金學》，科學出版社，2003年)，處理低品位的鉛鋅物料時存在設備投資高、有價金屬回收率低、能耗高的缺點。目前有文獻報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制構件的配方”(公開號CN1199030A，
公開日1988年11月18日)，“硼泥一鉛鋅渣燒結制品及其制造方法”(公開號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金屬，且未對建筑材料成品進行重金屬溶出毒性檢測，產品在使用過程中存在重金屬污染的安全隱患。黔西北地區的土法煉鋅廢渣中鉛鋅有價金屬品位低，但總量大，目前缺少能經濟有效地回收其中有價金屬、并能綜合利用此渣的方法。由土法煉鋅廢渣制備燒結磚的方法中`，因土法煉鋅廢渣為砂狀物料，不能直接成型，須添加粘結劑輔助成型，當前粘土資源緊缺，為保護耕地，有關政府限制粘土磚生產和使用，許多城市已經禁粘。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，城市生活污泥粘結性能好，可代替粘土作為燒結磚的粘結齊U。城市生活污泥含有大量的有機物、病原體、寄生蟲以及重金屬等有害物質，目前主要有焚燒、填埋、堆肥等處理方法。填埋處理方法簡單，但是占用大量土地及空間，處理不當還會造成地下水污染；污泥的焚燒技術比較復雜，且能耗高，其設備投資大，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CN102775034A，
公開日2012年11月12日)；堆肥可以簡單有效地處理污泥(城市生活污泥快速衛生無害化堆肥處理技術，公開號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(如重金屬)對土壤的污染。利用城市生活污泥作為制備燒結磚的粘結料，可解除其對環境的污染，并得到有效利用(一種用城市污泥生產的燒結輕質環保磚及其制造方法，公開號CN102051943A，
公開日2011年5月11日)，但該申請文件中工藝原料配料復雜，且制備環保磚時，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金屬。
發明內容
本發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，在制備性能優良的建筑材料的同時，使廢料無害化的同時，還可有效回收其中的重金屬成分。發明人通過研究發現:具有以下成分的土法煉鋅廢洛:Zn元素的質量含量〈10%,Pb元素的質量含量〈10%, SiO2質量含量為20 50%, Al2O3質量含量為9 18%,總Fe元素的質量含量為6 16%,總C兀素的質量含量為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生的污泥)，含水率為60 80%,其灰分中SiO2質量含量為45 65%, Al2O3質量含量介于12 24%,總Fe元素的質量含量為5 10% ;兩者結合起來通過本發明以下特殊的處理工藝后，可制備性能優良的建筑材料的同時，還可有效回收其中的重金屬成分；本發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行還原揮發，收集揮發分得到富鋅煙塵，其中還原溫度為1000°c 1200°C，還原時間為4 IOh ;f.然后往高溫密閉爐中通入空氣進行氧化焙燒，氧化燒結溫度為900°C 1100°C，氧化時間為2 8h，隨爐冷卻，得到燒結磚。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質。通過還原揮發，使得原料中的鋅鉛等重金屬揮發至煙塵中得到富集，成為二次鋅資源。本發明的優點和積極效果在于:本發明的整個方法簡單易行，特別適用于工業化的生產。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，節約了水資源。另外，本發明的原料來源及配料均十分簡單，無需像現有技術中公開號CN102051943A所提供的工藝一樣進行復雜的配料。另外，采用本發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來，且煉鋅廢渣中的碳和城市生活污泥中的有機質不但可作還原齊IJ，還可在燒結過程中進一步的利用碳及有機質氧化燃燒產生熱量，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，有效的回收了含鋅廢渣中的鉛鋅等有價金屬，并能制備出性能優良的燒結磚，使廢料無害化，從而節約了土地資源，環保效果顯著。相比于現有技術只是常規氧化燒結工藝，煉鋅廢渣中的重金屬全部殘留在燒結磚中，再通過對燒結磚進行浸出毒性實驗，結果表明燒結磚中的重金屬釋放進入浸出液中，不符合GB 5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》的要求，燒結磚在使用過程中存在重金屬釋放產生二次污染的隱患。本發明的技術進步不言而言。
因此，本發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，達到廢渣和污泥無害化、資源化利用的雙重效果。
具體實施例方式以下實施方式旨在說明本發明而不是對本發明的進一步限定。實施例1考察還原條件對燒結磚性能的影響實驗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，還原溫度為1000 1200°C，還原時間為4 10h，收集揮發分得到富鋅煙塵；然后通入空氣進行氧化燒結，氧化溫度為1000°C，氧化時間為6h;隨爐冷卻，得到燒結磚成品。根據標準HJ/T299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》，用pH=3.2的硫酸硝酸溶液對燒結磚進行浸出毒性實驗，用ICP-OES檢測浸出液中重金屬離子濃度。實驗結果見表I。表I不同還原條件對燒結磚性能的影響
權利要求
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行還原揮發，收集揮發分得到富鋅煙塵，其中還原溫度為1000°C 1200°C，還原時間為4 IOh ; f.然后往高溫密閉爐中通入空氣進行氧化焙燒，氧化燒結溫度為900°C 1100°C,氧化時間為2 8h，隨爐冷卻，得到燒結磚。
步驟a中的土法煉鋅廢洛的成分范圍為:Zn元素的質量含量〈10%, Pb元素的質量含量〈10%，SiO2質量含量為20 50%，Al2O3質量含量為9 18%，總Fe元素的質量含量為6 16%,總C元素的質量含量為5 21% ;所述的城市生活污泥為城市污水處理后產生的污泥，含水率為60 80%，其灰分中SiO2質量含量為45 65%，Al2O3質量含量介于12 24%，總Fe元素的質量含量為5 10%。
2.根據權利要求1所述的一種燒結磚的生產方法，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質。
全文摘要
本發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行還原揮發，收集揮發分得到富鋅煙塵，其中還原溫度為1000℃～1200℃，還原時間為6～10h；f.然后往高溫密閉爐中通入空氣進行氧化焙燒，氧化燒結溫度為900℃～1100℃，氧化時間為2～8h，隨爐冷卻，得到燒結磚。
文檔編號C04B5/00GK103172284SQ20131009489
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月22日 優先權日2013年3月22日
發明者胡慧萍, 鄧秋鳳, 李超, 董澤琴, 張維 申請人:中南大學, 貴州省環境科學研究設計院