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一种利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒的方法
申请号	CN201710626167.2	申请日	2017-07-27	公开(公告)号	CN107353034A	公开(公告)日	2017-11-17
申请人	武汉理工大学;			发明人	蹇守卫; 余后梁; 吴世明; 孙孟琪; 马保国; 郅真真;
摘要	本发明涉及一种利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒的方法，具体步骤为：向铬污染土壤中添加石墨粉、氧化铁、铝粉和钾长石，制成球形后采用微波烧结方法加热制备陶粒。本发明以铬污染土壤为主要原料制备陶粒，可以有效地治理污染土地，实现废物资源的有效利用，另外，在原料中添加石墨粉，既可以作为造孔剂，同时还是还原剂，可将有毒的六价铬转化为三价铬，实现铬的无毒化处理，本发明采用的微波烧结技术加热更加均匀，不仅烧结氛围可控，烧结速率快，烧结质量好，而且可以使得六价铬充分反应为三价铬。
权利要求	1.一种利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒的方法，其特征在于：向铬污染土壤中添加石墨粉、氧化铁、铝粉和钾长石，制成球形后采用微波烧结方法加热制备陶粒。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按质量百分比计，铬污染土壤、石墨粉、氧化铁、铝粉和钾长石的含量为：铬污染土壤80～85％，石墨粉2～5％，氧化铁3～10％，铝粉2～4％，钾长石1～7％。 3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具体步骤如下： 1)将含铬污染土壤粉磨至100目筛余≤15％，然后与石墨粉、氧化铁、铝粉、钾长石混合，加入水混合均匀，陈化24h后制成陶粒坯； 2)将步骤1)所得陶粒坯置于微波烧结炉中，在惰性气氛或还原性气氛下进行微波加热烧结制得陶粒。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤1)所述水的加入量为固体总质量的7～ 10％。 5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤2)所述微波烧结炉的输出频率为2450±50MHz，输出功率小于或等于15KW。 6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤2)所述微波加热烧结工艺为：微波加热至550℃进行预热，预热时间为30min，随后升温至950～1050℃，保温10～30min。 7.根据权利要求1-6所述方法制备的陶粒，其特征在于，所述陶粒吸水率为9.3～ 11.0％，密度为1.73～1.85g/cm3，对重金属铬的固化率为99.36～99.97％。
说明书全文	一种利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒的方法技术领域 [0001] 本发明属于固体废弃物处理与资源化利用技术领域，涉及一种利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒的方法。背景技术 [0002] 土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。土壤是一个国家最重要的自然资源，它是农业发展的物质基础。但近些年来，随着工业化的进程，越来越多的土地被用于建设工厂，进而造成土壤的重金属污染。目前，我国土壤污染问题十分严重，重金属已成为土壤污染最常见的来源，重金属一旦进入土壤后将难以被移除。如何处理受污染土壤中重金属已成为当前国内土壤环境领域亟待解决的一个技术难题。 [0003] 铬以多种价态广泛存在于自然界中，对人体的毒性与其价态有关，三价铬是人体必需的微量元素，而六价铬容易进入细胞内，并被还原为三价，同时产生五价铬中间体及多种氧自由基，故具有很强的毒性。三价铬毒性很小，不具有致癌性或具有较低的慢性毒性。目前铬污染土壤的治理主要分为物理修复、化学修复、生物修复等。物理修复一般固化不彻底，难以根除；化学修复灾实际工程中往往需投入超出理论值的还原剂，带来二次污染的问题；生物修复法是利用植物或微生物对污染物的吸收、转化、降解来去除土壤中污染物的修复技术，生物修复法安全、费用低廉，但存在见效时间长、处理不彻底等缺点。 [0004] 近年来国内外对铬污染土壤的控制和治理的研究已经取得了一些成就，如中国发明专利201110206407.6提供了一种利用高铬污染土壤烧结制取陶粒的方法，但是其采用常规烧结方式能耗较大，烧结速率较慢，同时产品陶粒中铬仍为六价铬，未从根本上降低其毒性。发明内容 [0005] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种利用微波烧结含铬污染土壤制备陶粒的方法。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是： [0007] 提供一种利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒的方法：向铬污染土壤中添加石墨粉、氧化铁、铝粉和钾长石，制成球形后采用微波烧结方法加热制备陶粒。 [0008] 按上述方案，按质量百分比计，铬污染土壤、石墨粉、氧化铁、铝粉和钾长石的含量为：铬污染土壤80～85％，石墨粉2～5％，氧化铁3～10％，铝粉2～4％，钾长石1～7％。 [0009] 按上述方案，上述方法具体步骤如下： [0010] 1)将含铬污染土壤粉磨至100目筛余≤15％，然后与石墨粉、氧化铁、铝粉、钾长石混合，加入水混合均匀，陈化24h后制成陶粒坯； [0011] 2)将步骤1)所得陶粒坯置于微波烧结炉中，在惰性气氛或还原性气氛(如CO)下进行微波加热烧结制得陶粒。 [0012] 优选的是，步骤1)所述水的加入量为固体总质量的7～10％。 [0013] 优选的是，步骤2)所述微波烧结炉的输出频率为2450±50MHz，输出功率小于或等于15KW。 [0014] 按上述方案，步骤2)所述微波加热烧结工艺为：微波加热至550℃进行预热，预热时间为30min，随后升温至950～1050℃，保温10～30min。 [0015] 本发明还包括根据上述方法制备的陶粒，所述陶粒吸水率为9.3～11.0％，密度为1.73～1.85g/cm3，对重金属铬的固化率为99.36～99.97％。 [0016] 本申请采用微波烧结技术，微波加热时，物体各部位都能均匀渗透微波产生热量，因此均匀性大大改善，微波烧结的升温速率远大于常规烧结，可避免受热不均、陶粒各部位烧结进度不同的现象，提高了产品质量，有利于生产高质量陶粒，而且有利于工业化生产。同时，微波烧结时，烧结氛围容易控制，使得烧结氛围在惰性气氛或还原气氛下，有利于高溶解性高毒性六价铬向三价铬转化，提高铬的固化效率。 [0017] 本发明以铬污染土壤为主要原料制备陶粒，有效治理污染的同时还可以实现废物资源的有效利用；同时，钾长石的加入，可以有效降低烧结温度，降低能耗，同时还可以提高高温烧结时的液相粘度，有利于气体造孔。 [0018] 原料中加入了适量的石墨粉，既可以作为陶粒的造孔剂，改善陶粒的孔结构，同时还可以作为还原剂，促进六价铬转化为三价铬，实现铬的无毒化处理。 [0019] 本发明原料中的铝粉在高温下可以和氧化铁发生铝热反应，防止氧化铁在高温下分解放出氧气氧化铬，有利于六价铬的还原，同时铝热反应可以产生大量的热量，为烧结提供一部分能量，有利于节能减排。 [0020] 本发明的有益效果在于：本发明采用的微波烧结技术加热更加均匀，不仅烧结氛围可控，烧结速率快，烧结质量好，而且可以使得六价铬充分反应为三价铬，另加入石墨粉和铝粉，促进六价铬充分转化为三价铬；本发明所制备的陶粒以铬污染土壤为主要原料，吸水率低(吸水率为9.3～11.0％)，密度小(密度为1.73～1.85g/cm3)，并且成本低，无毒性(对重金属铬的固化率达99.36～99.97％)，具有多方面用途。具体实施方式 [0021] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。 [0022] 本发明实施例所用石墨粉、氧化铁、铝粉、钾长石均为市售材料，其中氧化铁中氧化铁的含量大于等于85wt％；石墨粉细度为过100目筛的筛余量小于或等于15％，钾长石细度为过100目筛的筛余量小于或等于15wt％。铝粉细度为过100目筛的筛余量小于或等于15％。 [0023] 实施例1 [0024] 利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒，方法如下： [0025] 1)铬污染土壤样品：取某化工厂附近的污染土壤，此土壤中的铬含量为1453.44mg/kg； [0026] 2)铬污染土壤的处理：称取铬污染土壤样品于干燥箱中干燥3h，之后将铬污染土壤冷却至室温，在放入陶瓷球磨机中粉末30min至100目筛余≤15％； [0027] 3)混合陈化：将步骤2)处理后的土壤与石墨粉、氧化铁、铝粉、钾长石按质量82：5：5：2：5加水(水的质量为固体总质量的10％)混合均匀，陈化24h后制成陶粒坯； [0028] 4)烧结：将步骤3)所得陶粒坯放入微波烧结炉(输出频率为2450±50MHz，输出功率12KW)中，在氮气气氛下进行微波加热烧结制得陶粒，微波加热烧结工艺为：微波加热至550℃进行预热，预热时间为30min，随后升温至1050℃，保温30min。 [0029] 采用GB/T17431.2-2010《轻集料及其试验方法第2部分:轻集料试验方法》对本实施例所得样品进行测试，烧结好的样品吸水率为9.3％，密度为1.85g/cm3。采用固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557-2010)检测浸出液中重金属铬(总铬含量)的含量为0.038mg/L，测出陶粒的铬固化率为99.97％。 [0030] 实施例2 [0031] 利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒，方法如下： [0032] 1)铬污染土壤样品：取某化工厂附近的污染土壤，此土壤中的铬含量为1453.44mg/kg； [0033] 2)铬污染土壤的处理：称取铬污染土壤样品于干燥箱中干燥3h，之后将污染土壤冷却至室温，在放入陶瓷球磨机中粉末30min至100目筛余≤15％； [0034] 3)混合陈化：将步骤2)处理后的土壤与石墨粉、氧化铁、铝粉、钾长石按质量80：5：3：2：7加水(水的质量为固体总质量的8％)混合均匀，陈化24h后制成陶粒坯； [0035] 4)烧结：将步骤3)所得陶粒坯放入微波烧结炉(输出频率为2450±50MHz，输出功率12KW)中，在氮气气氛下进行微波加热烧结制得陶粒，微波加热烧结工艺为：微波加热至550℃进行预热，预热时间为30min，随后升温至1000℃，保温10min。 [0036] 采用与实施例1相同的方法对本实施例所得样品进行测试，烧结好的样品吸水率为10.5％，密度为1.76g/cm3。采用固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557-2010)检测浸出液中重金属铬(总铬含量)的含量为0.812mg/L，测出陶粒的铬固化率为99.41％。 [0037] 实施例3 [0038] 利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒，方法如下： [0039] 1)铬污染土壤样品：取某化工厂附近的污染土壤，此土壤中的铬含量为1453.44mg/kg； [0040] 2)铬污染土壤的处理：称取铬污染土壤样品100g于干燥箱中干燥3h，之后将污染土壤冷却至室温，在放入陶瓷球磨机中粉末30min至100目筛余≤15％； [0041] 3)混合陈化：将步骤2)处理后的土壤与石墨粉、氧化铁、铝粉钾长石按质量84：3：3：3：7加水(水的质量为固体总质量的8％)混合均匀，陈化24h后制成陶粒坯； [0042] 4)烧结：将步骤3)所得陶粒坯放入微波烧结炉(输出频率为2450±50MHz，输出功率12KW)中，在氮气气氛下进行微波加热烧结制得陶粒，微波加热烧结工艺为：微波加热至550℃进行预热，预热时间为30min，随后升温至950℃，保温20min。 [0043] 采用与实施例1相同的方法对本实施例所得样品进行测试，烧结好的样品吸水率为10.1％，密度为1.73g/cm3。采用固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557-2010)检测浸出液中重金属铬(总铬含量)的含量为0.934mg/L，测出陶粒的铬固化率为99.36％。 [0044] 实施例4 [0045] 利用微波烧结固化重金属铬制备陶粒，方法如下： [0046] 1)铬污染土壤样品：取某化工厂附近的污染土壤，此土壤中的铬含量为1453.44mg/kg； [0047] 2)铬污染土壤的处理：称取铬污染土壤样品100g于干燥箱中干燥3h，之后将污染土壤冷却至室温，在放入陶瓷球磨机中粉末30min至100目筛余≤15％； [0048] 3)混合陈化：将步骤2)处理后的土壤与石墨粉、氧化铁、铝粉、钾长石按质量80：3：6：4：7加水(水的质量为固体总质量的10％)混合均匀，陈化24h后制成陶粒坯； [0049] 4)烧结：将步骤3)所得陶粒坯放入微波烧结炉(输出频率为2450±50MHz，输出功率12KW)中，在CO气氛下进行微波加热烧结制得陶粒，微波加热烧结工艺为：微波加热至550℃进行预热，预热时间为30min，随后升温至1000℃，保温30min。 [0050] 采用与实施例1相同的方法对本实施例所得样品进行测试，烧结好的样品吸水率为11.0％，密度为1.81g/cm3。采用固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法(HJ 557-2010)检测浸出液中重金属铬(总铬含量)的含量为0.277mg/L，测出陶粒的铬固化率为99.81％。 [0051] 本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

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