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水泥窑协同处置选金废渣预处理脱汞实验研究

高晓霞  
【摘要】:以混汞法为代表的土法冶金工艺由于成本低、入行门槛低,在21世纪初期被小作坊广泛采用,随着环保意识增强和政府监管力度加大,这种工艺已经禁止,但由此造成的选金废渣堆积问题对周边生态和人体健康造成严重威胁。水泥窑协同处置有害废物因具有处理量大、二次污染小、可实现废物资源化、无害化等优势而受到人们关注,但选金废渣高汞浓度成为限制协同处置的因素,所以需要对选金废渣进行预处理脱汞。本论文针对山西省某县曾经采用混汞法采金工艺产生的重度汞污染选金废渣,开展利用水泥窑协同处置前的预处理脱汞实验研究。本论文首先对现场采集的选金废渣理化性质进行分析,并通过实验室模拟水泥窑高温烟气对选金废渣的预处理脱汞过程,探究温度、时间、流速、粒径、气氛对热解析过程的影响,对处理前后样品的总汞含量、汞的形态进行分析。根据预处理工艺条件,设计预处理工艺流程,研究不同投加点对水泥熟料的影响。得到的成果如下:选金废渣中汞浓度范围为142 mg/kg~700 mg/kg,取640 mg/kg作为总汞浓度。采用优化的连续浸提法对汞形态进行分析,结果表明,选金废渣以残渣态汞为主,占总汞的46.01%,其次为有机结合态汞32.35%、酸溶态汞8.47%、交换态汞5.3%、碱溶态汞4.84%和水溶态汞3.04%。其中主要的矿物相为二氧化硅和硫酸钙,可以作为替代原料进行水泥窑协同处置。在200℃~800℃,随着温度的增加,汞的去除率增加,说明温度对热解效果产生重要影响;在500℃以上,不同预处理时间下,汞的去除率均在95%以上,时间对汞去除效果影响不显著,此时Hg~0为热解气体中主要的存在形式;在200℃~400℃,前20 min汞的去除速率变化明显,时间影响汞热解效果,Hg~(2+)为热解气体中主要的存在形式。在300℃条件下,随着时间增加,各形态汞含量呈下降的趋势,有机结合态所占百分比先增加后减小,残渣态所占比例上升,酸溶态、可交换态、水溶态百分比下降。在20 min下,随着温度升高,各形态汞含量降低,有机结合态汞去除效果最明显,碱溶态汞所占比例上升,其他形态汞所占比例没有明显变化。在300℃、20 min的热解条件下,流速为300 m L/min时去除效果最佳,随着流速增加,各种形态汞的提取量呈现先减小后增大的趋势,可交换态汞、酸溶态汞所占百分比增加,有机结合态所占百分比下降;粒径对汞的去除和形态没有影响;碱性氛围有利于汞的去除,p H=9时效果最佳,热解后汞浓度为15.83 mg/kg,去除率为97.64%,碱性条件下有利于有机结合态汞的去除;添加窑头灰对汞的去除没有影响,但窑尾灰会抑制汞的热解效果。设计选金废渣预处理脱汞工艺流程,利用高温烟气进行预处理脱汞,主要包括前处理阶段、热解析阶段、选金废渣处置阶段、汞蒸气冷凝与尾气处理阶段。本研究简单对预处理后的选金废渣作为替代原料进行水泥生产模拟,考察了不同温度投加点对水泥熟料的影响,结果表明,投加位点对水泥的浸出毒性没有影响,低温段投加的水泥微观结构更加紧密。


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