[发明专利]一种重金属废石膏减量化无害化资源处置方法

说明书

技术领域

本发明提供了重金属废石膏制备铅冶炼熔剂、搭配炼铅、铅渣烟化、烟化渣制备地质聚合物等工序及技术，属于循环经济和环境保护技术领域。

 

背景技术

随着现代工业的发展，排放出的副产物石膏堆存量与日俱增，以株洲清水塘工业区为例，截至2013年，重金属废石膏已经达到20多万吨，目前并没有得到有效的综合利用，占地堆存近百亩，造成湘江水体严重污染，资源极大浪费，迫切需要开发新的资源化处理及工业化技术。于是人们开始重视工业副产石膏的综合利用问题，一些专家提出了利用这些副产石膏取代天然石膏作为原料来生产硫酸的想法。

目前废石膏的综合再利用主要集中在以下三个方面：第一是在建筑领域的应用[砖瓦世界，2008，(2)：23-2]，主要是将废石膏作为粉刷石膏、石膏板、石膏砌块等进行直接利用；第二是在水泥领域中的应用[中国建材，1995，(7)：27-2；化学工业与工程技术，2003，(3)：18-20；水泥，2007，8：16-1；复合改磷石膏做水泥调凝剂的研究（学位论文），2007； Cement and Concrete Research，1989，19(3)：377-384]，主要是利用废石膏制备水泥和水泥缓凝剂。第三是在农业领域的应用[Plant and Soil，1997，192：37-48]，主要是利用废石膏作为土壤改良剂和肥料使用，其中土壤改良剂是利用废石膏对苏打盐碱地钠离子的交换作用，而肥料是利用废石膏与碳酸铵肥料作用增加硫营养成分。重金属废石膏在建筑领域的应用最关键且最困难的问题是重金属废石膏中含有一定量的重金属，直接将其作为建材原料或掺料使用时，没有针对其中重金属进行处置，将造成直接或者潜在的重金属污染，因此，制备建筑材料再利用方式无法满足重金属废石膏处置的要求。今年3月1日即将实施的《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》和《中华人民共和国国家标准水泥工业大气污染物排放标准》，将对水泥窑协同处置固体废物提出更高的要求，重金属废石膏在制硫酸联产水泥或水泥调凝剂方面将受到严格限制，因此，水泥方面应用方法也将无法满足重金属废石膏的处置要求。而在农业方面的应用，重金属废石膏的重金属将制约其推广应用。综上所述，目前废石膏综合再利用方法无法满足重金属废石膏的处置，重金属废石膏无害化处置方法的研究已经刻不容缓。

废石膏中含有丰富的钙和硫，钙和硫的综合利用方面研究成为当今热点。不少学者研究了废石膏在不同气氛[Environmental Science&Technology. 2010, 12(33):144-148]以及不同还原剂[J. Chem. Thermodynamics，2013，57：39–45； chemical engineering research and design，2011 ，89：2736–2741]作用下的分解特性，通过加入一定量的还原剂或置于低氧气氛（还原气氛或氮气保护气氛）中加热以降低废石膏的分解温度，并试图将此应用于工业化生产中。但传统主流的处理方法存在主要问题如下：（1）烧结温度高，气氛要求苛刻，传统理论和实践证明，石膏在1600℃左右才能分解，加入煤等还原剂或低氧弱还原气氛并氮气保护气氛下其分解温度仍达到1100℃以上；（2）尾气中SO₂浓度低，收集难度提高，增加了环保投资，由于在氮气保护气氛及还原气氛下分解，降低了尾气中SO₂浓度；（3）推广困难，缺乏科学理论研究、生产条件苛刻以及反应过程的不可控性，绝大多数废石膏再利用产物都不能达到国家标注，导致废石膏不能充分利用；（4）分解过程中容易生成副产物硫，造成设备结渣、粘结、堵塞等问题。因此，无需还原物质和保护气氛的废石膏分解工艺，是废石膏钙硫资源化的趋势。

铅冶炼工业中，需要大量的石灰作为造渣剂，同时具有完备的制酸系统和重金属处理系统（烟气、粉尘、废液），重金属废石膏分解得到的二氧化硫烟气可进入制酸系统进行硫综合利用，而分解得到的氧化钙成分可作为铅冶炼造渣剂，分解过程产生的重金属烟气和粉尘可进入相应的重金属处理系统，避免产生重金属的二次污染。因此，将重金属废石膏作为炼铅造渣剂开发利用的资源重新利用起来具有深远意义，避免了其对环境的二次污染，实现了变废为宝，具有良好的经济效益和显著的环境效益。