申请日2017.06.06
公开(公告)日2017.09.01
IPC分类号C04B18/04; C04B20/10; C02F11/00; C02F103/16
摘要
本发明提供一种玻璃质固化电镀污泥的方法，所述的制备方法包括如下步骤：含有玻璃粉、高岭土和膨润土的悬浊液中加入粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌2‑20min，使玻璃粉、高岭土与膨润土的悬浊液在粒状电镀污泥颗粒表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于110‑130℃的烘箱内分散干燥8‑12h后，再置于马弗炉中400‑1200℃温度下煅烧3‑4h，即玻璃质固化粒状电镀污泥颗粒。
权利要求书
1.一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：所述的制备方法包括如下步骤：
(1)取水玻璃溶液和烘干后的电镀污泥，将其置于造粒机中搅拌造粒2-50min，再置于80-100℃的烘箱内干燥6-10h后得到粒状电镀污泥颗粒;
(2)取玻璃粉、高岭土和膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨30-300min，然后加入含有水玻璃、羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌10-120min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的悬浊液;
(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌2-20min，使玻璃粉、高岭土与膨润土的悬浊液在粒状电镀污泥颗粒表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于110-130℃的烘箱内分散干燥8-12h后，再置于马弗炉中400-1200℃温度下煅烧3-4h，即玻璃质固化粒状电镀污泥颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：步骤(1)所述烘干电镀污泥与水玻璃溶液的质量比为1：0.2-2;所述水玻璃溶液的浓度为1-15wt.%。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：
步骤(2)所述玻璃粉、高岭土和膨润土质量比为1：0.05-0.3：0.05-0.3，所述水玻璃、羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠的混合溶液浓度分别为1-15wt.%、0.02-0.5wt.%和0.01-0.6wt.%，所述玻璃粉与混合溶液的质量比为1：0.2-1.2。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污水 的方法，其特征在于：
步骤(3)所述粒状电镀污泥颗粒与悬浊液的质量比为1：0.2-2.5。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：
步骤(3)中，所述马弗炉的煅烧温度优选为550-750℃。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：(1)分别称取80g浓度为5wt.%水玻璃溶液和100g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒30min，置于80℃的烘箱内干燥6h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称20g粒度400目的玻璃粉、2g400目的高岭土与7g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨240min，然后加入13ml含有6wt.%水玻璃、0.1wt.%羧甲基纤维素钠和0.3wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌30min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌3min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于110℃的烘箱内干燥10h后，再置于马弗炉中800℃温度下煅烧4h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：(1)分别称取65g浓度为6wt.%水玻璃溶液和100g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒15min，再置于90℃的烘箱内干燥8h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称19g粒度400目的玻璃粉、3g400目的高岭土与7g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨30min，然后加入14ml含有7wt.%水玻璃、0.2wt.%羧甲基纤维素钠和0.2wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌60min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌8min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于130℃的烘箱内干燥8h后，再置于马弗炉中700℃温度下煅烧3h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
8.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：
分别称取100g浓度为8wt.%水玻璃溶液和130g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒5min，再置于100℃的烘箱内干燥10h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称30g粒度400目的玻璃粉、9g400目的高岭土与2g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨300min，然后加入20ml含有15wt.%水玻璃、0.5wt.%羧甲基纤维素钠和0.01wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌120min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌2min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于120℃的烘箱内干燥10h后，再置于马弗炉中1200℃温度下煅烧3h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
9.根据权利要求1所述的一种玻璃质固化电镀污泥的方法，其特征在于：
(1)分别称取90g浓度为15wt.%水玻璃溶液和110g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒4min，再置于100℃的烘箱内干燥10h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称15g粒度400目的玻璃粉、12g400目的高岭土与12g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨160min，然后加入50ml含有7wt.%水玻璃、0.2wt.%羧甲基纤维素钠和0.1wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌20min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌5min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于120℃的烘箱内干燥10h后，再置于马弗炉中500℃温度下煅烧4h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
10.一种根据权利要求1-9所述方法制得玻璃质固化电镀污泥粒子的应用，其特征在于：玻璃质固化电镀污泥粒子替代石子、沙子、粘土，应用于混凝土集料、铺路、制砖。
说明书
一种玻璃质固化电镀污泥的方法
技术领域
本发明涉及一种玻璃质固化电镀污泥的方法。
背景技术
随着我国工业化的日益推进，与GDP的增长一起来的还有各种工业生产中无法避免的垃圾废弃物，而如何妥善处理这些废弃物，亦是决定我国工业化水平的重要因素。电镀行业是我国重要的基础性加工行业，在整个电镀生产过程中会产生大量的废水(为去油除锈而产生的酸碱废水)，这些废水当中含有大量重金属元素如：Cu、Cr、Ni、Zn、Cd等。而对电镀废水的处理工艺多采用化学法(酸碱中和、絮凝沉淀法等)，此办法处理的电镀废水就会得到各种各样的“终态”沉淀物，这些沉淀物统称为电镀污泥。电镀污泥中含有大量的重金属，被列为国家危险废物(《国家危险废物名录》HW17、HW21类)。我国电镀企业大量分布，每年大约会产生1000万吨的电镀污泥，大量电镀污泥以固体废弃物的形式堆存，不仅会侵占土地而且容易污染土壤和水体，带来了巨大的环境压力和环境问题，而我国的电镀企业存在对电镀污泥处理不完善的问题，对环境造成严重的危害。因此寻找电镀污泥无害化资源化的处理技术至关重要。
固体废弃物一般都采用填埋或者堆放的处理方式，其危害潜伏期可能几十年甚至几百年才被发现，因此它对环境的污染通常表现为隐性，但同时又是长期、持续的。关于电镀污泥的处理，除了一部分回收利用其中的有用成分外，其余大部分都需进行固化/稳定化处理。固化法是指通过化学或者物理方法，将废弃物固定或者包容在坚固的固化体中，以降低或消除有害成分的溶出特性。常用的固化剂有水泥、沥青、玻璃、石灰和高分子塑料等，因而固化/稳定化技术可以按照固化剂的不同而细分为水泥基固化、玻璃化固化、石灰固化和高分子固化。
相较其他固化材料，玻璃由于具有良好的致密性、耐蚀性和不透水等特性，这些结构和组成优点都决定了玻璃作为固化材料极为稳定，可安全地进行处置，玻璃固化技术在处理高放核废料的文献已有相关报道，见以下参考文献：①蔺海艳等.硼硅酸盐玻璃固化体结构与化学稳定性研究，中国陶瓷，2013，49(11)。该文献以SiO2、Al2O3、H3BO3、Na2CO3、K2CO3、Li2CO3、CaCO3和ZnO为原料，以Gd2O3和CeO2为模拟放射性核素，采用正交试验法研究了成分不同的硼硅酸盐玻璃固化体的结构和化学稳定性。结果表明，经900℃和1200℃熔融制得块体后，试样在90℃水中的化学稳定性较好，浸泡后表面被侵蚀程度最低且表面成分无明显变化，浸泡56天的质量损失速率仅为1.49×10-8g·cm-2·min-1，未检出模拟核素Ce和Gd的浸出。
近年来，采用玻璃固化技术在处理城市污泥的文献已有相关报道，它主要是借助熔融固化技术将有害废物和细小的玻璃质混合，经混合造粒成型后，在高温下熔融一段时间，待有害物的物理和化学状态改变后，降温使其固化，形成玻璃固化体，借助玻璃体的致密结晶结构，确保重金属的稳定。见以下参考文献：曲烈等.城市污泥-玻璃粉轻质陶粒制备及性能研究，硅酸盐通报，2016，35(03).该文献按污泥75%、玻璃粉25%进行配比，置于600℃预热30 min、1100℃焙烧并保温10 min，可以制得表面呈现高度釉化的陶粒，起到固化城市污泥的效果。由目前研究进展可知，玻璃固化技术在处理有害固体废弃物的固化方面效果显著，但若仍采用处理高放废物的方法，会导致处理成本增加，设备运行费用较高。主要原因之一在于传统的熔融玻璃固化实验中，由于玻璃的熔融温度较高，导致固化熔融温度一般高达1100-1500℃，不仅会耗费大量的能源资源，而且加重了部分重金属在高温下的挥发，造成了对环境的二次污染。其次是传统固化工艺采用玻璃粉与固体废弃物共混烧结工艺，玻璃原料消耗大，导致对设备要求高和固化成本高的问题。因此开发低温下新型玻璃固化污泥技术更具有经济和环保价值。
发明内容
本发明针对以上问题，提供一种玻璃质固化电镀污泥的方法。
发明目的通过以下方案实现：一种玻璃质固化电镀污泥的方法，所述的制备方法包括如下步骤：
(1)取水玻璃溶液和烘干电镀污泥，将其置于造粒机中搅拌造粒2-50min，后置于80-100℃的烘箱内干燥6-10h后得到粒状电镀污泥颗粒;
(2)取玻璃粉、高岭土和膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨30-300min，然后加入含有水玻璃、羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌10-120min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的悬浊液;
(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌2-20min，使玻璃粉、高岭土与膨润土的悬浊液在粒状电镀污泥颗粒表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于110-130℃的烘箱内分散干燥8-12h后，再置于马弗炉中400-1200℃温度下煅烧3-4h，即玻璃质固化粒状电镀污泥颗粒。
进一步的，步骤(1)所述烘干电镀污泥与水玻璃溶液的质量比为1：0.2-2;所述水玻璃溶液的浓度为1-15wt.%。
进一步的，步骤(2)所述玻璃粉、高岭土和膨润土质量比为1：0.05-0.3：0.05-0.3，所述水玻璃、羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠的混合溶液浓度分别为1-15wt.%、0.02-0.5wt.%和0.01-0.6wt.%，所述玻璃粉与混合溶液的质量比为1：0.2-1.2。
进一步的，步骤(3)所述粒状电镀污泥颗粒与悬浊液的质量比为1：0.2-2.5。
进一步的，步骤(3)中，所述马弗炉的煅烧温度优选为550-750℃。
一种玻璃质固化电镀污泥的方法，(1)分别称取80g浓度为5wt.%水玻璃溶液和100g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒30min，再置于80℃的烘箱内干燥6h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称20g粒度400目的玻璃粉、2g400目的高岭土与7g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨240min，然后加入13ml含有6wt.%水玻璃、0.1wt.%羧甲基纤维素钠和0.3wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌30min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌3min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于110℃的烘箱内干燥10h后，再置于马弗炉中800℃温度下煅烧4h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
一种玻璃质固化电镀污泥的方法，(1)分别称取65g浓度为6wt.%水玻璃溶液和100g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒15min，再置于90℃的烘箱内干燥8h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称19g粒度400目的玻璃粉、3g400目的高岭土与7g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨30min，然后加入14ml含有7wt.%水玻璃、0.2wt.%羧甲基纤维素钠和0.2wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌60min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌8min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于130℃的烘箱内干燥8h后，再置于马弗炉中700℃温度下煅烧3h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
一种玻璃质固化电镀污泥的方法，(1)分别称取100g浓度为8wt.%水玻璃溶液和130g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒5min，再置于100℃的烘箱内干燥10h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称30g粒度400目的玻璃粉、9g400目的高岭土与2g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨300min，然后加入20ml含有15wt.%水玻璃、0.5wt.%羧甲基纤维素钠和0.01wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌120min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌2min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于120℃的烘箱内干燥10h后，再置于马弗炉中1200℃温度下煅烧3h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
一种玻璃质固化电镀污泥的方法，(1)分别称取90g浓度为15wt.%水玻璃溶液和110g烘干的电镀污泥，置于造粒机中搅拌造粒4min，再置于100℃的烘箱内干燥10h后得到粒状电镀污泥颗粒;(2)分别称15g粒度400目的玻璃粉、12g400目的高岭土与12g400目的膨润土，将玻璃粉、高岭土和膨润土放入球磨机中干混球磨160min，然后加入50ml含有7wt.%水玻璃、0.2wt.%羧甲基纤维素钠和0.1wt.%三聚磷酸钠的混合溶液中，搅拌20min，得到含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液;(3)在步骤(2)所述的含有玻璃粉、高岭土和膨润土的固体悬浊液中加入步骤(1)得到的粒状电镀污泥颗粒，于常温下搅拌5min，使玻璃粉与膨润土的悬浊液在污泥粒子表面充分包裹得到复合粒子，然后将复合粒子置于120℃的烘箱内干燥10h后，再置于马弗炉中500℃温度下煅烧4h，即玻璃质固化电镀污泥粒子。
一种所述方法制得玻璃质固化电镀污泥粒子的应用，玻璃质固化电镀污泥粒子替代石子、沙子、粘土，应用于混凝土集料、铺路、制砖。
本发明的有益效果在于：本技术采用的核壳包裹和低温煅烧固化的方法，避免了复合材料制备过程中产生大量有害挥发性含重金属废气，具有成本低、节能效果好的优点，且采用低熔点磷酸盐玻璃与粘土高岭土、膨润土复合，可降低固化层的玻璃粉消耗增加固化层的悬浮性和固化效果。本发明制备的具有强固化性和高硬度的玻璃质固化电镀污泥粒子可替代部分石子、沙子、粘土，应用于混凝土集料、铺路、制砖等建筑材料。
