汞渣陶瓷骨料及其制造方法
【專利摘要】“汞渣陶瓷骨料及其制造方法”涉及固體廢物治理、長期安全性、骨料生產(chǎn)，按照汞渣:粘土﹦25—65:35—75重量比配料，將汞渣與粘土或已經(jīng)被危險廢物污染的粘土或陶瓷粘土及還原劑充分混合，用擠制造粒機造粒成為直徑10—20毫米，長度10—30毫米的陶瓷骨料素坯；回轉(zhuǎn)窯干燥、燒成為陶瓷骨料，將陶瓷骨料以自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產(chǎn)品，汞渣陶瓷骨料浸出液中汞＜0.01mg/L，砷＜0.02mg/L，鉻＜1.3mg/L，鎘＜0.04mg/L，鎳＜0.2mg/L，鉛＜0.2mg/L；用于混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料、路面滲水材料。
【專利說明】
汞渣陶瓷骨料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種汞渣陶瓷骨料及其制造方法，屬于危險廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]汞污染已成為全球性議題。汞是有毒重金屬，它具有持久性、長距離迀移性和生物富集性，可以通過空氣、水和食品進入人體。汞污染對人體健康危害極大，對于孕婦和嬰幼兒尤其嚴重。
[0003]我國是全球最大的汞生產(chǎn)國、使用國和排放國。2007年全國汞產(chǎn)量為798噸，占世界汞產(chǎn)量的53.1%，居全球首位。我國汞產(chǎn)量增長迅速，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，2012年全國汞產(chǎn)量達到1347噸。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(U N EP)發(fā)布的《汞排放定量定性估算工具包》中的所有11大類59小類排放源在我國基本都存在?，F(xiàn)有估算數(shù)據(jù)表明，我國每年向大氣排放的汞量在500-700噸之間，約占全球大氣汞排放量的30%。
[0004]汞渣是工廠、礦山等生產(chǎn)過程中排出的含汞固體廢料。如汞礦、冶煉廠排出的含汞礦石燒渣;化工生產(chǎn)系統(tǒng)排出的含汞鹽泥、含汞污泥、汞膏、汞觸媒、活性炭、解汞粒;軍工生產(chǎn)上的引爆材料雷酸汞、電器工業(yè)上的廢汞弧整流器、廢水銀燈;機械工業(yè)上的水銀真空栗的氧化汞、儀表工業(yè)上的碎玻璃水銀溫度計、大氣壓力表、廢電池等統(tǒng)稱為汞渣。
[0005]這些汞渣一般含汞大于10mg/m3，排放在山澗、廠礦區(qū)內(nèi)外，有的排于江、河、湖、海之中，造成天空、陸地、海洋的嚴重污染，給人類的生命財產(chǎn)造成嚴重的危害和損失。
[0006]我國水銀法燒堿年產(chǎn)10萬噸以上，每年耗汞50噸以上。塑料工業(yè)聚氯乙烯生產(chǎn)中，采用氯化汞觸媒，其氯化汞、氯化亞汞質(zhì)量分數(shù)為10%?15%，我國每年有1000噸以上廢汞觸媒排放。因此汞渣治理是環(huán)境保護的重要課題。由于汞渣的種類繁多，所含成分各不相同，所以汞渣的治理方法也不同。國內(nèi)外普遍采用焙燒法、固型法、氧化法、填埋法等，仍然存在各種困難和問題。
[0007]我國年產(chǎn)生固體廢物數(shù)億噸，危險廢物目前年產(chǎn)生量6000萬噸左右，還在逐年增加，我國人口和工業(yè)集中在東部，大量的垃圾焚燒飛機殘渣、固體廢物、危險廢物的填埋地不但需要長期的管理、維護，還會占據(jù)我國東部有限的土地，大量填埋地也是今后國土安全的重大隱患。
[0008]應(yīng)該為固體廢物、危險廢物、焚燒飛灰、殘渣找到出路，出路應(yīng)該是形成某種商品并且是經(jīng)濟的、永久安全的，這種商品本身具有巨大的市場需求量，足夠容納由固體廢物、危險廢物、焚燒飛灰、殘渣形成的新的、合格的商品的數(shù)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
汞渣陶瓷骨料，其特征在于汞渣陶瓷骨料用煉鎳廢渣和粘土 (普通粘土或已經(jīng)被危險廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)制造，汞渣陶瓷骨料的浸出液中汞<0.01!^/1，砷<
0.02mg/L，鉻 < 1.3mg/L，鎘 <0.04mg/L，鎳 <0.2mg/L，鉛 < 0.2mg/L;汞渣陶瓷骨料的堆積密度200kg—1800kg/m3，用作混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料。
[0010]汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于包括以下步驟:
a.備料:將汞渣調(diào)整為含水率30—50% (濕基)，并在球磨機中球磨成為80—120目的汞渣泥漿，干燥粘土 (普通粘土或已經(jīng)被危險廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)，并用干法粉碎成為細度40—120目的粘土粉;或者將上述汞渣和粘土分別干燥、粉碎成為80—120目粉末后備用；
b.配料攪拌混合:汞渣:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)，汞渣泥漿與干燥的粘土粉充分攪拌混合成為混合泥料;或者上述汞渣和粘土均是干燥粉料時經(jīng)過充分混合后加水攪拌成為含水率15—25%(濕基)的混合泥料;根據(jù)汞渣與粘土中的硅酸鹽含量調(diào)整比例，使混合泥料中有足夠的成瓷物質(zhì);盡量減少粘土加入的比例，以達到最終物質(zhì)減量和節(jié)能的效果；
c.擠制造粒:將上述混合泥料用擠制造粒機造粒成為直徑10—20毫米，長度15—30毫米的汞渣陶瓷骨料素坯；
d.回轉(zhuǎn)窯燒成:將成型的濕的汞渣陶瓷骨料素坯直接進入回轉(zhuǎn)窯，通過回轉(zhuǎn)窯到達回轉(zhuǎn)窯出口逐步完成干燥、燒成全過程，燒成溫度1100—1300 °C，成為汞渣陶瓷骨料；
e.冷卻:將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的汞渣陶瓷骨料經(jīng)過自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產(chǎn)品。
[0011]本發(fā)明汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經(jīng)被危險廢物污染的粘土。
[0012]本發(fā)明汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用陶瓷粘土，步驟d中采用燒成溫度1210—1300 °C。
[0013]本發(fā)明汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a、b中按照汞渣:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)配料，共同干燥、粉碎成為80—120目粉末后加水攪拌成為含水率15—30 % (濕基)的混合泥料。
[0014]本發(fā)明汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于在配料中加入1-3%的還原劑，還原劑是煤和/或焦炭和/或粉煤灰和/或爐渣或者其他具有還原性的有機物。
[0015]本發(fā)明汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于在配料中加入1-3%的還原劑，還原劑是煤和/或焦炭和/或粉煤灰和/或爐渣或者其他具有還原性的有機物。
[0016]采用已經(jīng)被危險廢物污染的普通粘土是因為1、汞渣陶瓷骨料制造中需要大量硅酸鹽礦物，被危險廢物污染的普通粘土含有大量硅酸鹽礦物2、我國以前幾十年來危險廢物隨意堆放，污染了大量土壤，這些土壤中的有害物質(zhì)含量甚至達到危險廢物的水平，這些土壤也必須治理3、由于保護耕地政策，現(xiàn)在取用普通粘土比較困難。優(yōu)先采用汞渣濕法粉碎，粘土干法粉碎，是為盡量減少有毒粉塵，減輕除塵設(shè)備負擔。
[0017]本發(fā)明以汞渣和粘土為主要原料充分混合，高溫燒成，以破壞原有的各種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，形成新的礦物晶體和玻璃相，形成新的硅酸鹽礦物晶體并被玻璃相充分裹覆，最終產(chǎn)物是各種礦物晶體、玻璃、氣孔組成的陶瓷固體，其結(jié)合鍵是原子鍵和離子鍵，具有很高的鍵能，非常穩(wěn)定，相當于自然界存在上億年的自然礦物，大量玻璃相的裹覆更提高了安全性。煙氣經(jīng)過收集和處理實現(xiàn)利用和無害化。
[0018]汞渣與粘土形成的陶瓷骨料素坯在高溫中產(chǎn)生大量玻璃相，在靜態(tài)燒成設(shè)備中很容易發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象，而在回轉(zhuǎn)窯中一邊滾動，一邊前進，具有新的礦物晶粒、玻璃相、氣孔的高溫陶瓷骨料素坯由于滾動、運動，而不容易與爐壁粘結(jié)，不容易互相粘結(jié)。
[0019]骨料產(chǎn)品與要求形狀尺寸精度、外觀、顏色、表面平整度、表面光滑度等的陶器、炻器、瓷器相比，與日用瓷、建筑瓷、衛(wèi)生瓷、化工瓷、電瓷、藝術(shù)瓷等各種瓷器相比，允許產(chǎn)生最多的玻璃相，最寬的形狀、尺寸變化許可量，能進行最充分的反應(yīng)，高度瓷化，達到很高的安全等級。
[0020]上述陶瓷骨料無論是致密的陶瓷粒、陶瓷塊、多孔的陶瓷粒、多孔的陶瓷塊，其實心部分均是致密的硅酸鹽礦物晶體和致密的玻璃體組成，其強度、硬度、致密度遠高于絕大部分天然巖石，對來自外界的物理、化學(xué)、侵蝕、影響的抵抗力也遠超過人工制造的混凝土、磚瓦、金屬、塑料制品等幾乎全部人工制品，陶器是上萬年前人類的遺存，陶瓷器，尤其瓷器將是現(xiàn)代人類消亡后最后、最久遠的遺存。而人工骨料以危險廢物、固體廢物、廉價的粘土為原料，以全國年需求近百億噸的建筑碎石、卵石為取代對象，具有足夠的市場容納量，其造價與普通陶粒相當或接近，隨著環(huán)境保護的深入，造價也會與碎石、卵石接近，以危險廢物、固體廢物、垃圾焚燒飛灰等制造陶瓷骨料幾乎是必然的發(fā)展方向。
[0021]汞渣與陶瓷粘土形成的陶瓷骨料具有更高的強度、硬度和穩(wěn)定性，這是因為陶瓷粘土比普通粘土的氧化硅、氧化鋁含量高，雜質(zhì)少，燒成溫度范圍寬，燒成溫度高，氣孔少、致密度高，是高強度骨料。
[0022]汞渣陶瓷骨料的密度是由陶瓷骨料中的氣孔多少決定的，氣孔多少是由高溫下陶瓷素坯中產(chǎn)生高溫玻璃相同時產(chǎn)生氣體量多少、蒸汽壓、當時玻璃相的粘度、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)目的優(yōu)先程度等因素決定的。廢物治理希望實現(xiàn):1、永久安全2、形成商品，避免填埋占地
3、最低治理成本，各地各廠產(chǎn)出的煉鎳廢渣成分各異，粘土中的高溫氣化物質(zhì)也千變?nèi)f化，適合生產(chǎn)輕質(zhì)骨料的成為輕質(zhì)的陶粒，高溫氣化物質(zhì)少的則生產(chǎn)氣孔少的比較重的陶瓷粒，其用途相當于碎石、卵石，而強度可以比碎石、卵石更高，所以汞渣陶瓷骨料的堆積密度是200kg—1800kg/m3。
[0023]危險廢物中的有害物質(zhì)主要是有害的重金屬元素、重金屬化合物、重金屬離子，有害的無機元素如砷、砸、氟，氰離子(CN)，有害的農(nóng)藥、殺蟲劑等特定結(jié)構(gòu)的有機化合物，有害的藥品、感染物品等。有機化合物由碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯等元素形成特定的分子結(jié)構(gòu)。危險廢物人工骨料生產(chǎn)是加入50%左右或以上粘土，使物料處于1200 °C左右、硅酸鹽、高溫熔融物環(huán)境中，破壞金屬化合物、無機化合物、有機化合物的原有的分子結(jié)構(gòu)，改變各種有害物質(zhì)性質(zhì)，形成新的無害的硅酸鹽礦物并被50%左右玻璃相裹覆，形成高強度、高硬度、溶出物達到國家標準、在自然環(huán)境中永久安全的陶瓷骨料。
[0024]我國建筑業(yè)每年開采碎石、卵石100億噸左右相當于數(shù)十億立方米，使用建筑砂數(shù)十億噸，生產(chǎn)水泥20余億噸，開采碎石、卵石、建筑砂破壞環(huán)境，應(yīng)該逐步減少。
[0025]我國用粘土、粉煤灰、煤矸石、頁巖等每年生產(chǎn)2000余萬立方米陶粒，一般陶粒堆積密度200kg — 1200kg/m3，一般碎石、卵石堆積密度1200kg—1600kg/m3，碎石、卵石、陶粒在建筑業(yè)統(tǒng)稱骨料，或稱集料，用汞渣和粘土制造的汞渣陶瓷骨料堆積密度200kg—1800kg/m3，汞渣陶瓷骨料可以具有各種密度、強度、用途;不同密度、粒度的汞渣陶瓷骨料可以取代陶粒、碎石、卵石、建筑砂。
[0026]具體實施方法實施例1
將汞渣調(diào)整為含水率40 %，濕磨成為100目泥漿，普通粘土、煤粉干磨至60目，汞渣:普通粘土=61:39(均折合為干料重量比)，充分攪拌混合成為混合泥料，將混合泥料用擠制造粒機造粒成為直徑12毫米，長度22毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1180 °C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料噴水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產(chǎn)品，汞渣陶瓷骨料浸出液中汞0.007mg/L，砷0.0 Img/L，絡(luò)I.lmg/L，錦0.03mg/L，鎳0.lmg/L，鉛0.06mg/L；堆積密度500kg/m3，筒壓強度4.54Mpa，用作混凝土骨料。
[0027]實施例2
將汞渣調(diào)整成為含水率38%，濕磨成為100目泥漿，被汞渣嚴重污染的普通粘土干磨至60目，銅煙塵渣:污染的粘土:粉煤灰=50:45:5(均折合為干料重量比)，充分攪拌混合成為混合泥料，將混合泥料用擠制造粒機造粒成為直徑15毫米，長度25毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1200°C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料吹風(fēng)冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產(chǎn)品，汞渣陶瓷骨料浸出液中萊0.005mg/L，砷0.0 lmg/L，絡(luò) I.2mg/L，錦0.03mg/L，鎳0.06mg/L，鉛0.lmg/L ；堆積密度1100kg/m3，筒壓強度5.2Mpa，用作路基材料。
[0028]實施例3
將汞渣調(diào)整為含水率50 %，濕磨成為120目泥漿，陶瓷粘土、焦炭干磨至80目，汞渣:陶瓷粘土:焦炭粉=40:56:4(均折合為干料重量比)，充分攪拌混合成為混合泥料，將混合泥料經(jīng)過雙軸真空練泥機練泥后用擠制造粒機造粒成為直徑15毫米，長度30毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1270°C，成為陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的陶瓷骨料自然冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產(chǎn)品，汞渣陶瓷骨料實心部分吸水率0.2%,其實心部分是瓷質(zhì)材料，浸出液中汞0.00 lmg/L，砷0.005mg/L，鉻
0.9mg/L，錦0.03mg/L，鎳0.lmg/L，鉛0.07mg/L ；堆積密度1700kg/m3，筒壓強度12Mpa，用作油井裂隙支撐材料。
[0029]實施例4
將汞渣、粘土、煤渣各自干法粉碎至100目，汞渣:普通粘土:煤渣粉=30:68:2,充分攪拌混合成為混合料，在混合料中加水至20 % (濕基)，將混合料經(jīng)過雙軸真空練泥機練泥后用擠制造粒機造粒成為直徑13毫米，長度20毫米的陶瓷骨料素坯，將成型的濕的陶瓷骨料素坯直接進入回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過干燥、燒成，燒成溫度1190 °C，成為輕質(zhì)陶瓷骨料，將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的瓷質(zhì)陶瓷骨料自然冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產(chǎn)品，汞渣陶瓷骨料實心部分吸水率
0.3%,其實心部分是瓷質(zhì)材料，浸出液中汞0.003mg/L，砷0.003mg/L，鉻0.8mg/L，鎘
0.001mg/L，鎳0.5mg/L，鉛0.005mg/L ；堆積密度300kg/m3，筒壓強度5Mpa，用作海綿城市建設(shè)的路面滲水材料。
【主權(quán)項】
1.汞渣陶瓷骨料，其特征在于汞渣陶瓷骨料用煉鎳廢渣和粘土(普通粘土或已經(jīng)被危險廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)制造，汞渣陶瓷骨料的浸出液中汞<0.01!^凡，砷<0.02mg/L，鉻 < 1.3mg/L，鎘 <0.04mg/L，鎳 <0.2mg/L，鉛 < 0.2mg/L;汞渣陶瓷骨料的堆積密度200kg—1800kg/m3，用作混凝土骨料、路基材料、油井裂隙支撐材料。2.汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于包括以下步驟: a.備料:將汞渣調(diào)整為含水率30—50%(濕基)，并在球磨機中球磨成為80—120目的汞渣泥漿，干燥粘土 (普通粘土或已經(jīng)被危險廢物污染的普通粘土或陶瓷粘土)，并用干法粉碎成為細度40—120目的粘土粉;或者將上述汞渣和粘土分別干燥、粉碎成為80—120目粉末后備用； b.配料攪拌混合:汞渣:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)，汞渣泥漿與干燥的粘土粉充分攪拌混合成為混合泥料;或者上述汞渣和粘土均是干燥粉料時經(jīng)過充分混合后加水攪拌成為含水率15—25% (濕基)的混合泥料； c.擠制造粒:將上述混合泥料用擠制造粒機造粒成為直徑10—20毫米，長度15—30毫米的汞渣陶瓷骨料素坯； d.回轉(zhuǎn)窯燒成:將成型的濕的汞渣陶瓷骨料素坯直接進入回轉(zhuǎn)窯，通過回轉(zhuǎn)窯到達回轉(zhuǎn)窯出口逐步完成干燥、燒成全過程，燒成溫度1100—1300 °C，成為汞渣陶瓷骨料； e.冷卻:將從回轉(zhuǎn)窯出口出來熱的汞渣陶瓷骨料經(jīng)過自然冷卻或風(fēng)冷卻或水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產(chǎn)品。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經(jīng)被危險廢物污染的粘土。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用陶瓷粘土，步驟d中采用燒成溫度1210—1300°C。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a、b中按照汞渣:粘土=25—65:35—75(均折合為干料重量比)配料，共同干燥、粉碎成為80—120目粉末后加水攪拌成為含水率15—30 % (濕基)的混合泥料。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于在配料中加入1-3%的還原劑，還原劑是煤和/或焦炭和/或粉煤灰和/或爐渣或者其他具有還原性的有機物。
【文檔編號】C04B18/02GK106082732SQ201610411693
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日 公開號201610411693.2, CN 106082732 A, CN 106082732A, CN 201610411693, CN-A-106082732, CN106082732 A, CN106082732A, CN201610411693, CN201610411693.2
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】曹樹梁