一种六价铬污染土壤的资源化利用方法
技术领域
本发明涉及土壤治理技术领域，具体涉及一种六价铬污染土壤的资源化利用方法。
背景技术
近些年，铬盐工业产生了大量的铬渣，尽管大部分铬渣得到了安全处置，但铬渣长期堆放仍造成了严重的土壤污染问题。目前土壤修复工程项目中主要采用稳定化的方式处理六价铬污染土壤，如填埋、水泥窑协同处理和作为路基使用等方法，其中填埋法不仅增加了处理成本，而且会占用大量土壤资源；水泥窑协同处理处置虽然快速解决了场地开发问题，但受周围有无水泥窑厂的制约明显，同时处理成本增加；作为路基需要考虑运输距离和相关单位的接收意愿，协调工作量大，而且作为路基后还需要进行长期监测，为后续监管工作也带来了较大的不便。同时，上述三种方法还存在以下问题：随着时间延长，土壤内部未被还原的六价铬会再次溶出，或者土壤中的三价铬被空气再次氧化成六价铬，导致修复达标的土壤再次出现“返黄”现象，给环境造成潜在的风险。
中国发明专利申请CN102228901A公开一种铬污染土壤的治理方法，包括：步骤1：向铬污染土壤中加入二价铁盐溶液，搅拌均匀，使得二价铁盐与土壤中的六价铬反应，将土壤中的六价铬还原成三价铬；步骤2：向步骤1得到的土壤中加入石灰溶液，搅拌均匀，使得土壤中的三价铬转化为氢氧化铬。该方法属于对铬污染土壤的原位固化稳定化处理，整个过程在污染现场进行，无需解决土壤消纳，但其实际应用中存在较多缺陷：1、由于现场拌合的不均匀性，为确保修复效果，药剂投加量需远高于理论需求量，易造成二次污染；2、稳定效果周期短，一般质量保证期≤5年；3、修复后土壤浸出液六价铬浓度仅低于5mg/L，不能满足HJ/T%20301-2007铬渣污染治理环境保护技术规范中规定的铬渣作为路基材料和混凝土骨料的污染控制指标浸出液总铬1.5mg/L、六价铬0.5mg/L、钡10mg/L的限值。
基于此，提供一种处理成本低、工艺简单、工程过程容易控制的六价铬污染土壤的资源化利用方法是十分必要的。
发明内容
针对现有六价铬污染土壤处理方法，经过环境变化和时间推移，土壤中的三价铬会被氧化为六价铬及六价铬再次溶出、土壤出现“返黄”的技术问题，本发明提供一种六价铬污染土壤的资源化利用方法，除六价铬污染土壤外其余原料同样为工业废弃物，本发明通过资源化利用方式解决修复土壤的去处问题，且无需额外购买原煤等资源，达到了“以废治废”的目的，降低了处置费用。
一种六价铬污染土壤的资源化利用方法，所述方法包括：
(1)对六价铬污染土壤进行物理破碎和筛分；
(2)对鼓风炉渣进行物理破碎和筛分；
(3)将水、筛分后的六价铬污染土壤和鼓风炉渣搅拌混匀；
(4)将混合物进行造粒处理，形成陶粒生料；
(5)将陶粒生料烘干后焙烧；
(6)焙烧后的陶粒经过冷却，即得以六价铬污染土壤和鼓风炉渣为原料的陶粒产品。
进一步的，步骤(1)、步骤(2)中所述物理破碎为先采用颚式破碎机进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨。
进一步的，所述鼓风炉渣为冰铜冶炼过程中的副产物，所述鼓风炉渣包括FeO、CaO和MgO。还原性FeO在高温下将土壤中的六价铬还原成三价铬，三价铬与CaO和MgO等物质反应能够生产一系列的铬的化合物矿物，实现对铬的晶格化包裹，使解毒后铬的稳定性更强。
进一步的，所述鼓风炉渣还包括C、SiO2、Al2O3、MnO和Fe2O3。其中炉渣中的C作为强还原剂与六价铬产生氧化还原反应，过量的碳高温生成一氧化碳继续保持窑内还原气氛；SiO2含量增加有助于提高陶粒塑性；Al2O3、MnO和Fe2O3等金属化合物含量的增加有助于提高陶瓷颗粒的强度；特别是Fe2O3为酸性氧化物，有助于六价铬在窑内的还原气氛形成。
进一步的，步骤(3)所述六价铬污染土壤和鼓风炉渣的重量比为3～6：7～4。
进一步的，步骤(4)所述造粒处理为采用对辊造粒机进行造粒，陶瓷成型的压强为10～15MPa，陶瓷生粒的粒径为5～15mm，造粒过程中含水率控制在15～30％。
进一步的，步骤(5)所述烘干为陶瓷生料在回转窑低温区进行烘干，烘干温度为400～800℃，烘干后粒料含水率降至2％以下。
进一步的，步骤(5)所述焙烧为陶瓷生粒在回转窑高温区进行焙烧，焙烧温度为1100～1300℃，焙烧时间为30～60min。在高温下粒料快速膨胀陶化形成轻质陶粒，在高温下还原性FeO将污染土壤中的六价铬还原为三价铬，三价铬在高温下能与CaO和MgO生产一系列铬的化合物矿物，以晶格方式包裹，使铬以更稳定形态存在。
进一步的，步骤(6)所述冷却为经高温焙烧的陶粒在回转窑低温区冷却至200℃以下，然后自然冷却至室温，通过分级筛选机，得到陶粒产品。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的六价铬污染土壤的资源化利用方法，以六价铬污染土壤和鼓风炉渣作为原料，创造性地利用鼓风炉渣中丰富的还原剂资源和金属氧化物资源对六价铬进行还原并提升陶粒产品性能，无需像现有技术一样额外购买原煤作为六价铬还原剂，达到了“以废治废”的目的，不仅降低了处理成本，同时解决了鼓风炉渣的污染问题，同时添加物料类别少，方法相对简单；
本发明中采用的鼓风炉渣不仅具有还原性FeO，而且含有CaO和MgO等物质，在高温下进一步与三价铬生成更稳定的矿物，降低了三价铬被氧化为六价铬的风险，具有更高的安全性；
经本发明方法处理后的土壤无需进行填埋，生产的轻质陶粒可作为建材资源进行销售，不仅解决了修复后土壤的去处问题，还大幅度降低了污染土壤的修复成本；
本发明资源化利用六价铬污染土壤最终制得的陶粒筒压强度和堆积密度高，整体性好，表面光洁，内部孔隙细致均匀。鼓风炉渣中含有较高C、SiO2、Al2O3、MnO、Fe2O3、CaO、MgO含量，通过对炉渣添加量的控制达到各物相的组分配比，通过对烘干、焙烧温度区间和持续时间调节，达到各物相的紧密结合和晶格化固定，使其筒压强度、堆积密度、表面光洁度、孔隙率等优于常规陶瓷颗粒。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种六价铬污染土壤的资源化利用方法，所述方法包括：
(1)先采用颚式破碎机对六价铬污染土壤进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，参照USEPA3060A-1996六价铬的碱消化法、USEPA7196A-1992土壤中Cr6+分析分光光度法，HJ766-2015固体废物金属元素的测定规定的电感耦合等离子体质谱法，GB/T15555.4-1995固体废物六价铬的测定规定的二苯碳酰二肼分光光度法，HJ687-2014固体废物六价铬的测定规定的碱消解火焰原子吸收分光光度法，HJ/T299-2007固体废物浸出毒性浸出方法规定的硫酸硝酸法等对污染土壤的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测结果如下：
(2)先采用颚式破碎机对鼓风炉渣进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，鼓风炉渣为冰铜冶炼过程中的副产物，所述鼓风炉渣包括FeO、CaO和MgO；
(3)将水、筛分后的六价铬污染土壤和鼓风炉渣搅拌混匀，六价铬污染土壤和鼓风炉渣的重量比为3：7；
(4)采用对辊造粒机对混合物进行造粒处理，陶瓷成型的压强为10MPa，陶瓷生粒的粒径为15mm，造粒过程中含水率控制在30％，形成陶粒生料；
(5)陶粒生料先在回转窑低温区进行烘干，烘干温度为400℃，烘干后粒料含水率降至2％以下，然后再在回转窑高温区进行焙烧，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为30min；
(6)焙烧后的陶粒在回转窑低温区冷却至200℃以下，然后自然冷却至室温，通过分级筛选机，即得以六价铬污染土壤和鼓风炉渣为原料的陶粒产品；
对陶粒产品的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测方法同实施例1，检测结果如下：
参照GB/T17431.1-2010轻集料及其试验方法第1部分：轻集料、GB/T17431.2-2010轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法，分别对陶粒产品的堆积密度、筒压强度、吸水率、孔隙率和空隙率进行测试，测试结果如下：
实施例2
一种六价铬污染土壤的资源化利用方法，所述方法包括：
(1)先采用颚式破碎机对六价铬污染土壤进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，对污染土壤的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测方法同实施例1，检测结果如下：
(2)先采用颚式破碎机对鼓风炉渣进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，鼓风炉渣为冰铜冶炼过程中的副产物，所述鼓风炉渣包括FeO、CaO、MgO、C、SiO2、Al2O3、MnO和Fe2O3；
(3)将水、筛分后的六价铬污染土壤和鼓风炉渣搅拌混匀，六价铬污染土壤和鼓风炉渣的重量比为6：4；
(4)采用对辊造粒机对混合物进行造粒处理，陶瓷成型的压强为15MPa，陶瓷生粒的粒径为5mm，造粒过程中含水率控制在15％，形成陶粒生料；
(5)陶粒生料先在回转窑低温区进行烘干，烘干温度为800℃，烘干后粒料含水率降至2％以下，然后再在回转窑高温区进行焙烧，焙烧温度为1300℃，焙烧时间为60min；
(6)焙烧后的陶粒在回转窑低温区冷却至200℃以下，然后自然冷却至室温，通过分级筛选机，即得以六价铬污染土壤和鼓风炉渣为原料的陶粒产品；
对陶粒产品的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测方法同实施例1，检测结果如下：
对陶粒产品的堆积密度、筒压强度、吸水率、孔隙率和空隙率进行测试，测试方法同实施例1，测试结果如下：
实施例3
一种六价铬污染土壤的资源化利用方法，所述方法包括：
(1)先采用颚式破碎机对六价铬污染土壤进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，对污染土壤的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测方法同实施例1，检测结果如下：
(2)先采用颚式破碎机对鼓风炉渣进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，鼓风炉渣为冰铜冶炼过程中的副产物，所述鼓风炉渣包括FeO、CaO、MgO、C、SiO2、Al2O3、MnO和Fe2O3；
(3)将水、筛分后的六价铬污染土壤和鼓风炉渣搅拌混匀，六价铬污染土壤和鼓风炉渣的重量比为5：5；
(4)采用对辊造粒机对混合物进行造粒处理，陶瓷成型的压强为12MPa，陶瓷生粒的粒径为13mm，造粒过程中含水率控制在20％，形成陶粒生料；
(5)陶粒生料先在回转窑低温区进行烘干，烘干温度为600℃，烘干后粒料含水率降至2％以下，然后再在回转窑高温区进行焙烧，焙烧温度为1280℃，焙烧时间为50min；
(6)焙烧后的陶粒在回转窑低温区冷却至200℃以下，然后自然冷却至室温，通过分级筛选机，即得以六价铬污染土壤和鼓风炉渣为原料的陶粒产品；
对陶粒产品的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测方法同实施例1，检测结果如下：
对陶粒产品的堆积密度、筒压强度、吸水率、孔隙率和空隙率进行测试，测试方法同实施例1，测试结果如下：
实施例4
一种六价铬污染土壤的资源化利用方法，所述方法包括：
(1)先采用颚式破碎机对六价铬污染土壤进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，对污染土壤的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测方法同实施例1，检测结果如下：
(2)先采用颚式破碎机对鼓风炉渣进行破碎，然后采用球磨机进行研磨至100目以下，研磨后采用振动筛分机进行筛分，大于100目的颗粒再次进行研磨；
其中，鼓风炉渣为冰铜冶炼过程中的副产物，所述鼓风炉渣包括FeO、CaO、MgO、C、SiO2、Al2O3、MnO和Fe2O3；
(3)将水、筛分后的六价铬污染土壤和鼓风炉渣搅拌混匀，六价铬污染土壤和鼓风炉渣的重量比为4：6；
(4)采用对辊造粒机对混合物进行造粒处理，陶瓷成型的压强为15MPa，陶瓷生粒的粒径为5mm，造粒过程中含水率控制在15％，形成陶粒生料；
(5)陶粒生料先在回转窑低温区进行烘干，烘干温度为700℃，烘干后粒料含水率降至2％以下，然后再在回转窑高温区进行焙烧，焙烧温度为1270℃，焙烧时间为60min；
(6)焙烧后的陶粒在回转窑低温区冷却至200℃以下，然后自然冷却至室温，通过分级筛选机，即得以六价铬污染土壤和鼓风炉渣为原料的陶粒产品；
对陶粒产品的总铬、六价铬以及浸出的总铬、六价铬进行检测，检测方法同实施例1，检测结果如下：
对陶粒产品的堆积密度、筒压强度、吸水率、孔隙率和空隙率进行测试，测试方法同实施例1，测试结果如下：
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
