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，按照汞渣:粘土﹦25—65:35—75重量比配料，將汞渣與粘土或已經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；回轉窯干燥、燒成為陶瓷骨料，將陶瓷骨料以自然冷卻或風冷卻或水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產品，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
技術領域
[0001]本發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領域。
【背景技術】
[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國、使用國和排放國。2007年全國汞產量為798噸，占世界汞產量的53.1%，居全球首位。我國汞產量增長迅速，中國有色金屬工業協會的數據顯示，2012年全國汞產量達到1347噸。聯合國環境規劃署(U N EP)發布的《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。現有估算數據表明，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;化工生產系統排出的含汞鹽泥、含汞污泥、汞膏、汞觸媒、活性炭、解汞粒;軍工生產上的引爆材料雷酸汞、電器工業上的廢汞弧整流器、廢水銀燈;機械工業上的水銀真空栗的氧化汞、儀表工業上的碎玻璃水銀溫度計、大氣壓力表、廢電池等統稱為汞渣。
[0005]這些汞渣一般含汞大于10mg/m3，排放在山澗、廠礦區內外，有的排于江、河、湖、海之中，造成天空、陸地、海洋的嚴重污染，給人類的生命財產造成嚴重的危害和損失。
[0006]我國水銀法燒堿年產10萬噸以上，每年耗汞50噸以上。塑料工業聚氯乙烯生產中，采用氯化汞觸媒，其氯化汞、氯化亞汞質量分數為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]我國年產生固體廢物數億噸，危險廢物目前年產生量6000萬噸左右，還在逐年增加，我國人口和工業集中在東部，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]應該為固體廢物、危險廢物、焚燒飛灰、殘渣找到出路，出路應該是形成某種商品并且是經濟的、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、合格的商品的數量。
【發明內容】
[0009]為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
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;根據汞渣與粘土中的硅酸鹽含量調整比例，使混合泥料中有足夠的成瓷物質;盡量減少粘土加入的比例，以達到最終物質減量和節能的效果；
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.回轉窯燒成:將成型的濕的汞渣陶瓷骨料素坯直接進入回轉窯，通過回轉窯到達回轉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:將從回轉窯出口出來熱的汞渣陶瓷骨料經過自然冷卻或風冷卻或水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產品。
[0011]本發明汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經被危險廢物污染的粘土。
[0012]本發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，現在取用普通粘土比較困難。優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，減輕除塵設備負擔。
[0017]本發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的分子結構，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，最終產物是各種礦物晶體、玻璃、氣孔組成的陶瓷固體，其結合鍵是原子鍵和離子鍵，具有很高的鍵能，非常穩定，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。煙氣經過收集和處理實現利用和無害化。
[0018]汞渣與粘土形成的陶瓷骨料素坯在高溫中產生大量玻璃相，在靜態燒成設備中很容易發生粘結現象，而在回轉窯中一邊滾動，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，不容易互相粘結。
[0019]骨料產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、衛生瓷、化工瓷、電瓷、藝術瓷等各種瓷器相比，允許產生最多的玻璃相，最寬的形狀、尺寸變化許可量，能進行最充分的反應，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、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生高溫玻璃相同時產生氣體量多少、蒸汽壓、當時玻璃相的粘度、生產工藝、生產目的優先程度等因素決定的。廢物治理希望實現:1、永久安全2、形成商品，避免填埋占地
3、最低治理成本，各地各廠產出的煉鎳廢渣成分各異，粘土中的高溫氣化物質也千變萬化，適合生產輕質骨料的成為輕質的陶粒，高溫氣化物質少的則生產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)，有害的農藥、殺蟲劑等特定結構的有機化合物，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構。危險廢物人工骨料生產是加入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構，改變各種有害物質性質，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、在自然環境中永久安全的陶瓷骨料。
[0024]我國建筑業每年開采碎石、卵石100億噸左右相當于數十億立方米，使用建筑砂數十億噸，生產水泥20余億噸，開采碎石、卵石、建筑砂破壞環境，應該逐步減少。
[0025]我國用粘土、粉煤灰、煤矸石、頁巖等每年生產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、陶粒在建筑業統稱骨料，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窯，經過干燥、燒成，燒成溫度1180 °C，成為陶瓷骨料，將從回轉窯出口出來熱的陶瓷骨料噴水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產品，汞渣陶瓷骨料浸出液中汞0.007mg/L，砷0.0 Img/L，絡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窯，經過干燥、燒成，燒成溫度1200°C，成為陶瓷骨料，將從回轉窯出口出來熱的陶瓷骨料吹風冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產品，汞渣陶瓷骨料浸出液中萊0.005mg/L，砷0.0 lmg/L，絡 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窯，經過干燥、燒成，燒成溫度1270°C，成為陶瓷骨料，將從回轉窯出口出來熱的陶瓷骨料自然冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產品，汞渣陶瓷骨料實心部分吸水率0.2%,其實心部分是瓷質材料，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窯，經過干燥、燒成，燒成溫度1190 °C，成為輕質陶瓷骨料，將從回轉窯出口出來熱的瓷質陶瓷骨料自然冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產品，汞渣陶瓷骨料實心部分吸水率
0.3%,其實心部分是瓷質材料，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，用作海綿城市建設的路面滲水材料。
【主權項】
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.回轉窯燒成:將成型的濕的汞渣陶瓷骨料素坯直接進入回轉窯，通過回轉窯到達回轉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:將從回轉窯出口出來熱的汞渣陶瓷骨料經過自然冷卻或風冷卻或水冷卻，得到汞渣陶瓷骨料產品。3.根據權利要求2所述的汞渣陶瓷骨料制造方法，其特征在于步驟a中采用已經被危險廢物污染的粘土。4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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
【發明人】不公告發明人
【申請人】曹樹梁