[发明专利]一种用于不锈钢渣中重金属Cr-Ni-Mn协同固化的方法

说明书

本发明涉及利用玻璃陶瓷协同固化不锈钢渣中重金属Cr‑Ni‑Mn的方法，制得的玻璃陶瓷由尖晶石、透辉石/辉石及玻璃相构成，重金属Cr和Mn被固化于尖晶石并诱导透辉石/辉石析晶，重金属Ni固化于辉石晶相。该方法包括混合料配制、基础玻璃形成、玻璃陶瓷材料制备、重金属毒性浸出评价等步骤。借助玻璃陶瓷制备技术，利用不锈钢渣有害重金属Cr、Mn形成尖晶石诱导透辉石及含Ni辉石晶相析出，发挥不锈钢渣中Cr、Ni、Mn的协同固化作用，实现不锈钢渣的无害化处理；制得的玻璃陶瓷材料可广泛用于电力、化工、煤炭及钢铁冶金等行业，实现不锈钢渣的资源化利用。同时为含有害重金属元素的冶炼渣、尾矿、焚烧灰等工业固废的无害化处理及资源化利用提供新思路。

技术领域

本发明涉及一种用于不锈钢渣中重金属Cr-Ni-Mn协同固化的方法，特别是涉及一种采用玻璃陶瓷将不锈钢渣中重金属Cr和Mn固化于尖晶石并诱导含Ni辉石析晶，协同固化重金属Cr、Ni、Mn的方法。

背景技术

不锈钢渣是不锈钢冶炼过程中排放的含Cr、Ni、Cu等重金属元素的废渣。我国作为世界上最大的不锈钢生产国和消费国，2011年至2018年，不锈钢粗钢产量从1409.1万吨增长到2670.7万吨，按照每生产3吨不锈钢将产生1吨的不锈钢渣估算，2018年不锈钢渣的产量已高达800万吨。为了保护和改善生态环境，防治固废污染，我国于2018年1月起开始施行《中华人民共和国环境保护税法》，对冶炼渣、粉煤灰等工业固废收取25元/吨的税额；于2020年4月我国修订了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，加大了对工业固废造成生态环境污染的处罚力度。显然，不锈钢渣的大量排放与堆存，不仅给生态环境带来极大危害，也给生产企业带来了巨大的环保压力。因此，不锈钢渣的无害化处理及资源化利用对不锈钢行业绿色发展具有重要的现实意义。

针对不锈钢渣的无害化处理，国内外开发了干法还原、湿法回收、固化封存等处理工艺，但是由于以上方法处理后仍存在重金属的再次溶出风险而达不到预期效果；在不锈钢渣的资源化利用方面，可将其作为原料应用于水泥、混凝土等建筑材料，但是由于不锈钢渣中含有游离的CaO和MgO，遇水后易膨胀影响建筑材料的稳定性和安全性，限制了不锈钢渣的应用领域及利用率。

玻璃陶瓷固化法是通过成分和温度控制，采用高温熔制手段将不锈钢渣中的重金属固化于稳定的物相中抑制重金属的溶出，达到不锈钢渣无害化处理的目的；调控后的熔渣可作为制备玻璃陶瓷的原料，实现不锈钢渣的资源化利用。该方法使不锈钢渣经高温熔融制得玻璃陶瓷材料，其中游离CaO和MgO是形成玻璃陶瓷的重要氧化物成分，不会带来稳定性和安全性问题。因此，采用玻璃陶瓷将不锈钢渣中重金属固化于稳定物相，不仅可以实现不锈钢渣的无害化处理，同时制得的玻璃陶瓷材料可应用于水泥、化工、电力等行业实现不锈钢渣的资源化利用。

发明内容

基于目前不锈钢渣无害化处理及资源化利用现状，本发明的目的是提供一种采用玻璃陶瓷技术将不锈钢渣中有害重金属元素Cr、Ni、Mn协同固化的方法，制得的玻璃陶瓷材料可应用于各个工业领域实现不锈钢渣的资源化利用。该发明为含有有害重金属元素的冶炼渣、焚烧灰、尾矿等工业固体废弃物无害化处理及资源化利用提供了新思路。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于不锈钢渣中重金属Cr-Ni-Mn协同固化的方法，所述重金属Cr-Ni-Mn协同固化的方法采用玻璃陶瓷固化技术，所得玻璃陶瓷由尖晶石相、透辉石相、辉石相及玻璃相构成；其中，不锈钢渣中重金属Cr和Mn被固化于尖晶石相中，诱导透辉石相和辉石相的析出，并将重金属Ni固化于辉石晶相中。