一种汞污染物中汞的固化稳定化方法技术

本发明专利技术提供了一种汞污染物中汞的固化稳定化方法，包括如下步骤：(1)将粒径不大于5mm的汞污染物颗粒与可溶性硫化物和水混合，得到第一混合物；(2)将第一混合物与水泥和水搅拌混合，搅拌速度为20‑40r/min，得到第二混合物；(3)将第二混合物放置后得到处理后的汞污染物。所述方法强化了污染物中汞元素的固化效果，大规模降低了水泥使用量，固化增容比小，现成施工快捷，固化体长期稳定后汞的浸出浓度低，固化体力学强度能够达到一般道路铺装的要求，适用于大面积、工期紧、施工条件简陋、一次性投入成本要求低的汞污染修复项目。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于危险废弃物防护治理及环境保护
，涉及一种汞的固化稳定化方法，尤其涉及一种汞污染物中汞的固化稳定化方法。
技术介绍
根据2014年环境保护部和国土资源部联合公布的《全国土壤污染状况调查公报》表明，全国土壤中汞超标的点位占1.6％，在辽西南地区存在大量由于化工生产遗留下的汞污染场地，贵州、湖南等地则存在大量汞矿开采后的矿渣。此外，汞作为一种常见的重金属污染物，普遍存在于我国各地退役后的工业污染场地、矿山采选和冶炼厂、尾矿和矿渣堆场、受污染的河道或湖泊底泥当中。由于汞元素自身的理化特点，如何以较低的成本实现汞污染土壤的有效治理，避免治理过程中出现二次污染是我国污染场地修复行业面临的技术难点之一。传统对于汞污染土壤的处理方法包括热处理、淋洗、电动修复、植物修复和固化稳定化技术。其中，热处理技术效果很好，但需要设计和改造加热设备，同时控制尾气排放，能耗高经济性差，热处理后的土壤基本结构破坏严重；淋洗和电动修复技术只是实现了土壤中汞元素的相转移和价态转变，还面临着处理废液中汞元素的问题；植物修复效果较好，但是修复周期长，同时也面临着处理回收植物的难题。较之其他技术，固化稳定化技术具有成本低、实施技术简单、工程周期短、处理后固化体稳定性好的优点，因此有利于开展汞污染土壤的快速修复工程。现有的已工业化的汞污染土壤固化稳定化技术中，多采用含硫固化剂、水泥基固化剂和低温化学键磷酸盐陶瓷作为固化稳定化药剂。其中，含硫固化剂多采用硫代硫酸钠、可溶性硫化盐(硫化钠、硫化钾等)、硫磺和有机硫的多聚物等，其固化稳定化原理为硫和汞反应生成不溶于酸或碱的化合物。含硫固化剂还分为高温硫聚物固化技术(SPSS)和常温固化技术。其中，高温硫聚物固化技术需要在高温条件下浇筑操作，成本很高，一般用于核废料封存，不适用于大量汞污染土壤固化。常温固化技术生成的固化体的力学特性很差，基本上无法受压受拉，只能做填埋处理。水泥基固化采用硅酸盐水泥作为固化剂，固化原理为水泥中的碱性物质和汞生成难溶的氧化汞沉淀，同时水泥水化物对沉淀产生了物理封装作用。水泥基固化施工工艺简单、材料来源广泛、处理费用较低，固化后的水泥产品性能良好、耐水、抗冻，也可以用做施工建筑材料。但是水泥基固化也存在局限性：一是氧化汞有一定的溶解性，固化效率没有生成硫化汞的化学作用高，稳定性也差，在长期条件下受空气和水的侵蚀会发生汞元素的泄露；二是水泥固化体增容比很大，如果用于填埋则所需填埋场容量巨大；三是土壤中的可溶氯化物、有机质等存在会对水泥水合过程产生不利影响。低温化学键磷酸盐陶瓷(CBPC)使用过程类似水泥，可以在室温下凝固，同时凝固体具有陶瓷的特征。低温化学键磷酸盐陶瓷固化是通过氧化镁和磷酸二氢钾(黏结剂)酸基的放热反应实现的。低温化学键磷酸盐陶瓷固化效果好，但是需要缓慢搅拌，药剂成本也高于前两种技术，多用于燃煤电厂脱硫石膏的汞元素的固化处理。CN102247685A公开了一种含汞废弃危险化学品的无害化处理工艺，包括以下步骤：1)在含汞废弃物加入水中，并调节pH值小于2；然后加入双氧水，使反应体系中的有机汞和一价汞全部转化为Hg2+；2)将反应体系的pH调至11-12，再加热除去过量的双氧水；3)加入复合型硫化物，使反应体系内的Hg2+完全转化为HgS沉淀；再加入亚铁盐使过量的S2-形成沉淀；4)向步骤3)中产生的沉淀和废液中加入固化材料进行固化处理，得到水泥固化体。但是，所述处理工艺需要浪费大量的水，并且处理过程较复杂。林斯杰等研究了利用硫化钠和硅酸盐水泥实现汞污染土壤的固化稳定化处理的方法(利用硫化钠和硅酸盐水泥实现汞污染土壤的固化稳定化处理，中国科技期刊数据库工业A，2015年20期219-221)，其建议硫化钠单独使用的最佳投加量0.02％，最大添加量不超过0.16％；水泥单独使用的最佳投加量为5％，对应浸出液汞浓度为0.005mg/L。建议最佳药剂添加量为：0.33％的Na2S(即摩尔比为5)+15％的水泥，其浸出液总汞浓度为0.002mg/L，UCS测试值为2.0MPa。但是，该方法得到的浸出液总浓度还不够低。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种汞污染物中汞的固化稳定化方法，所述方法通过生成汞的硫化物强化了污染土壤中汞元素的固化效果，并大规模降低了水泥使用量，固化增容比小，现成施工快捷，固化体长期稳定后汞的浸出浓度低，固化体力学强度能够达到一般道路铺装的要求。适用于大面积、工期紧、施工条件简陋、一次性投入成本要求低的汞污染场地的土壤修复项目。本专利技术中如无特殊说明，所述32.5#是指型号为32.5；所述养护是指放置；所述可溶性硫化物是指能够溶解于水的硫化物；所述碱性试剂是指溶解后pH值大于7的物质。所述wt％是指质量百分含量。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种汞污染物中汞的固化稳定化方法，所述方法包括如下步骤：(1)将粒径不大于5mm的汞污染物颗粒与可溶性硫化物和水混合，得到第一混合物；(2)将第一混合物与水泥和水搅拌混合，搅拌速度为20-40r/min，得到第二混合物；(3)将第二混合物放置后得到处理后的汞污染物。步骤(1)所述汞污染物颗粒中汞的含量不超过5000mg/kg，如汞的含量为5mg/kg、10mg/kg、20mg/kg、50mg/kg、100mg/kg、200mg/kg、500mg/kg、1000mg/kg、1500mg/kg、2500mg/kg、3000mg/kg、3500mg/kg、4000mg/kg或4500mg/kg等。对于超过此浓度的汞污染物，也可使用如上所述的方法处理汞，但是，由于添加的药剂量大大增加，经济上较为不划算。优选地，步骤(1)所述的汞污染物颗粒选自汞污染土壤和/或汞污染底泥。优选地，步骤(1)中粒径不大于5mm的汞污染物颗粒通过将汞污染物破碎后过5mm筛得到。步骤(1)所述的汞污染物颗粒的粒径可为4.5mm、4mm、3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1.5mm、1mm或0.5mm等。汞污染物的颗粒超过此范围，则在搅拌过程中不容易和药剂混匀，降低可溶解硫化物主药剂的反应截面，无法产生良好的包裹和接触效果。为保证处理效果，优选地，应将过筛后的汞污染物颗粒混合均匀，混合过程中可以采用手持式XRF测试仪(X射线荧光光谱仪)等快速检测手段进行检测。实际处理汞污染物的过程中，应首先剔除汞污染物中的建筑垃圾和杂物，并用木槌或球磨机对汞污染物进行破碎，破碎后再过5mm钢筛。步骤(1)中汞污染物颗粒的浸出液应为中性或碱性，如pH为7.5、8、9、10、11、12、13或14等。中性或碱性pH既有利于维持S2-离子在体系中的存在(酸性条件下会被氧化或反应生成硫化氢逸出反应体系)，促进汞与S2-离子的反应固化作用，也有利于后续水泥的水化反应进行。如果汞污染物浸出液的pH不大于7，则应采用碱性试剂调节其浸出液pH>11；如果汞污染物浸出液的pH大于7则省略该步骤。优选地，所述碱性试剂为含OH-(氢氧根离子)的物质，优选为熟石灰、氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合如熟石灰与氢氧化钠，熟石灰与氢氧化钾，氢氧化钾与氢氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汞污染物中汞的固化稳定化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将粒径不大于5mm的汞污染物颗粒与可溶性硫化物和水混合，得到第一混合物；(2)将第一混合物与水泥和水搅拌混合，搅拌速度为20‑40r/min，得到第二混合物；(3)将第二混合物放置后得到处理后的汞污染物。

【技术特征摘要】
1.一种汞污染物中汞的固化稳定化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将粒径不大于5mm的汞污染物颗粒与可溶性硫化物和水混合，得到第一混合物；(2)将第一混合物与水泥和水搅拌混合，搅拌速度为20-40r/min，得到第二混合物；(3)将第二混合物放置后得到处理后的汞污染物。2.根据权利要求1所述的汞的固化稳定化方法，其特征在于，步骤(1)所述汞污染物颗粒中汞的含量不超过5000mg/kg；优选地，步骤(1)所述的汞污染物颗粒选自汞污染土壤和/或汞污染底泥；优选地，步骤(1)中粒径不大于5mm的汞污染颗粒物通过将汞污染物破碎后过5mm筛得到；优选地，将过筛后得到的汞污染物颗粒混合均匀。3.根据权利要求1或2所述的汞的固化稳定化方法，其特征在于，步骤(1)所述汞污染物颗粒浸出液的pH不大于7时，采用碱性试剂调节其浸出液pH>11；步骤(1)所述汞污染物浸出液的pH大于7时，不用调节pH；优选地，所述碱性试剂选自熟石灰、氢氧化钠或氢氧化钾中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1-3之一所述的汞的固化稳定化方法，其特征在于，步骤(1)所述可溶性硫化物选自硫化钠和/或硫化钾，优选为硫化钠；优选地，步骤(1)所述可溶性硫化物和水为可溶性硫化物溶液；优选地，步骤(1)中水的加入量占可溶性硫化物和水的总质量的20％-25％。5.根据权利要求1-4之一所述的汞的固化稳定化方法，其特征在于，步骤(1)所述可溶性硫化物的添加量按汞污染物中含有的汞的质量计，每100mg汞添加0.03-5％汞污染物重量的硫化钠。6.根据权利要求1-5之一所述的汞的固化稳定化方法的方法，其特征在于，步骤(2)所述水泥选自32.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡清，林斯杰，朱焰，石丕星，高菁阳，
申请(专利权)人：北京南科大蓝色科技有限公司，胡清，
类型：发明
国别省市：北京;11