铅锌冶炼污酸体系渣硫固定/稳定化研究

论文摘要

为了实现重金属固体废弃物的资源回收和最终无害化综合利用,课题组提出了以硫化的方式将重金属废渣中的重金属合成人造硫化矿,经过浮选回收重金属硫化物,对废渣中残余的重金属利用硫磺实现无害化处理,并得到性能良好的硫磺建材。本研究作为课题的一个分支,主要集中于确定硫固定/稳定化的影响因素及作用特点,主要研究结果如下：（1）确定了硫固定的最佳工艺条件。以某冶炼厂的污酸废水处理后沉渣（简称污酸体系渣,包括硫化渣和石膏渣）为研究对象,对其进行硫固定/稳定化处理。研究发现单质硫能明显降低硫化渣中Zn和Cd浸出毒性；而石膏渣的加入则有利于提高固化体的抗压强度。当硫磺用量为25%（质量比）,硫化渣用量为55%,石膏渣用量为20%,粒径范围小于150μm,额外加入骨料量为15%时,固化体的抗压强度为47.5Mpa。用硫化钠溶液对废渣进行预处理后,固化体中Zn、Cd浸出浓度分别为1.74mg/L和0.87mg/L,低于浸出毒性鉴别标准（GB5085.3-2007）,固化体抗压强度值为21.9Mpa。经检测,固化体的外观成型较好,内部废渣与硫磺相互交融至均匀状态。固化体的长期浸出结果表明,浸出速率呈下降并最终趋于平稳的趋势,固化体具有优异的抗渗性能和耐腐蚀性,是一种理想的建筑材料。（2）研究了机械力强化硫稳定化过程影响因素。当硫化钠浓度为200g/L,球料比为3.3：1,液固比为2.75：1,反应时间为1h时,Zn、Cd的浸出毒性分别为2.85mg/L和0.77mg/L,低于浸出毒性鉴别标准（GB5085.3-2007）。对浸出液做ICP检测,发现废渣中其他几种主要重金属的浸出毒性均能达到鉴别标准以下。（3）探讨了机械力强化硫稳定化的作用过程特征。采用机械活化的方式可使重金属氧化物（ZnO或CdO）达到较高的硫化率,Zn、Cd的硫化率可分别达到49.5%和59.4%。对硫化产物进行XRD检测发现,XRD图谱中物相的峰型与化学物相分析法所得硫化物含量变化趋势基本一致。TG-DTA曲线表明,硫化产物在高温下有良好的热稳定性；从硫化产物的SEM图可以看出,机械活化促进重金属硫化后的产物呈分布均匀的颗粒状,粒径可达微米级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 重金属废渣的来源及危害
• 1.1.1 重金属废渣的来源
• 1.1.2 重金属废渣的危害
• 1.2 重金属废渣的处理现状
• 1.2.1 重金属废渣的资源化处理
• 1.2.2 重金属废渣的稳定化/固化处理
• 1.3 硫固定法的工艺特点及研究现状
• 1.3.1 硫固定法的工艺特点
• 1.3.2 硫磺混凝土的研究现状
• 1.3.3 硫固定法处理重金属废渣的研究现状
• 1.4 机械活化的工艺及原理
• 1.4.1 机械活化的特点及机理
• 1.4.2 固液反应球磨工艺的机理
• 1.4.3 机械活化的应用
• 1.5 研究目的及思路
• 第二章 实验研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 污酸体系渣
• 2.1.2 其他试剂
• 2.2 实验设备
• 2.2.1 硫固定电炉加热装置
• 2.2.2 行星式球磨机
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 硫固定实验
• 2.3.2 机械活化实验流程
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 重金属含量的测定
• 2.4.2 抗压强度检测
• 2.4.3 浸出毒性检测
• 2.4.4 形貌分析
• 2.4.5 XRD分析
• 2.4.6 TG-DTA分析
• 2.4.7 化学物相分析
• 第三章 污酸体系渣硫固定工艺研究
• 3.1 污酸体系渣的物相分析及毒性检测
• 3.1.1 污酸体系渣的物相分析
• 3.1.2 污酸体系渣的重金属含量
• 3.1.3 污酸体系渣的浸出毒性
• 3.2 硫固定影响因素研究
• 3.2.1 硫磺用量
• 3.2.2 石膏渣用量
• 3.2.3 粒径
• 3.2.4 骨料用量
• 3.2.5 硫化钠
• 3.3 固化体的性能研究
• 3.3.1 固化体的外观
• 3.3.2 固化体的包裹状态
• 3.3.3 固化体的长期浸出性
• 3.3.4 固化体的抗渗性
• 3.3.5 固化体的耐腐蚀性
• 3.4 硫固定法的作用特点
• 3.4.1 物理包裹
• 3.4.2 化学稳定化
• 3.5 小结
• 第四章 机械力强化硫稳定化研究
• 4.1 机械力强化硫稳定化影响因素研究
• 4.1.1 硫化剂种类
• 4.1.2 硫化钠用量
• 4.1.3 球料比
• 4.1.4 液固比
• 4.1.5 球磨时间
• 4.2 机械力强化硫稳定化的作用过程特征
• 4.2.1 硫化率的影响因素
• 4.2.2 硫化产物的特性
• 4.2.3 作用过程特征的探讨
• 4.3 小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间主要研究成果