一种脱除粉煤灰中重金属及含重金属尾液净化方法技术

本发明专利技术提供一种脱除粉煤灰中重金属及含重金属尾液净化方法，所述方法包括以下步骤：(1)将粉煤灰与酸溶液混合并进行反应，反应后固液分离得到浸出液和浸出渣；(2)对步骤(1)得到的浸出渣进行浆洗，得到浆洗液以及脱除重金属的粉煤灰；(3)合并步骤(1)得到的浸出液以及步骤(2)得到的浆洗液得到含重金属尾液，向所述尾液中加入铝源调节Al

【技术实现步骤摘要】
一种脱除粉煤灰中重金属及含重金属尾液净化方法


[0001]本专利技术属于固废及废液中重金属处理领域，涉及一种脱除粉煤灰中重金属及含重金属尾液净化方法。

技术介绍

[0002]粉煤灰是燃煤高温燃烧后产生的飞灰，目前已成为我国产生量最大的工业固体废弃物之一。由于粉煤灰中含有一定量的重金属元素，如砷、汞、铅、铬等，且重金属元素的赋存状态较为复杂，在自然环境中存在迁移的可能性，制约了粉煤灰的综合利用途径的拓展。因此，亟需开发粉煤灰中重金属元素的高效脱除方法。
[0003]目前，对于粉煤灰中重金属元素的脱除技术研究较少。CN108237137A公开了一种飞灰脱汞装置，包括：热解析单元，用于使飞灰中的汞挥发形成气态汞；等离子体反应器，用于将所述气态汞氧化成氧化态汞；吸附单元，用于吸附所述氧化态汞。还提供一种飞灰脱汞方法。专利技术的装置和方法将飞灰的热解析和汞的超氧化过程相结合，确保了汞从飞灰上的高效解析，从而实现飞灰的高效脱汞。该方法采用高温气化的方法脱除粉煤中的汞，但由于粉煤灰中的重金属元素种类繁多，形态及性质复杂多样，高温气化方法的适用性受到限制。同时高温方法能耗高，成本高。开发工艺简单且成本低廉的粉煤灰低温湿法脱除重金属新方法，是目前粉煤灰资源化利用迫切需要解决的问题。
[0004]CN 109942114 A公开了一种同时去除粉煤灰及工业废水中重金属的方法，包括如下步骤：将未燃烧炭进行粉碎，得到吸附炭；向所述吸附炭中加入自来水，制备成吸附炭液，然后加入煤油，搅拌均匀，再进行浮选，浮选后进行真空抽滤，然后进行烘干，得到改性吸附炭；向若干个相连的吸附罐中分别加入改性吸附炭，将含有重金属的废水依次通过吸附罐，进行重金属的吸附，向吸附重金属的改性吸附炭加入液体沉淀剂，使重金属生成沉淀，然后过滤去除。该方法需要将粉煤灰转化成吸附炭，吸附重金属后还需要使用沉淀剂对其沉淀，但是吸附炭孔径小很难将其吸附的重金属元素完全脱除，该方法整体的重金属脱除效率较低。
[0005]粉煤灰湿法脱除重金属后，其中的重金属转移到液相中，为避免产生二次污染，对含重金属的液相进行净化处理是十分必要的。此外，在湿法脱除粉煤灰中重金属的过程中，可能会有少量铝、硅、钙离子及其他杂质离子进入液相，形成复杂的多离子体系，这些杂质离子也需要一并净化处理。对于液相中重金属离子的去除，目前传统的方法包括化学沉淀法、离子交换法、电解法、吸附法等，但这些传统方法均存在一定的缺点和不足，难以有效处理含有多种微量重金属元素及多种离子的复杂体系。因此，如何克服传统处理方法的不足，研究高效、环保的含重金属元素及多种离子的复杂溶液的净化处理方法成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种脱除粉煤灰中重金属及含重金
属尾液净化方法，所述方法重金属的去除率高，工艺简单，成本低，可有效提升粉煤灰的利用率。
[0007]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术提供一种脱除粉煤灰中重金属及含重金属尾液净化方法，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)将粉煤灰与酸溶液混合并进行反应，反应后固液分离得到浸出液和浸出渣；
[0010](2)对步骤(1)得到的浸出渣进行浆洗，得到浆洗液以及脱除重金属的粉煤灰；
[0011](3)合并步骤(1)得到的浸出液以及步骤(2)得到的浆洗液得到含重金属尾液，向所述尾液中加入铝源调节Al
3+
与SO
42-以及Si
4+
的摩尔浓度比例，再加入钙源调节所述尾液的pH，反应后固液分离，完成对所述含重金属尾液的净化。
[0012]本专利技术中，粉煤灰为常规煤燃烧工艺得到的，其中含有多种重金属元素，包括Cr、As、Cd、Hg、Pb等。通过对粉煤灰中重金属赋存形态分析发现：粉煤灰中大部分重金属富集于粉煤灰中的无定形组份中，且为水溶性和酸溶性。但由于此部分重金属并未赋存于粉煤灰颗粒表面，而是赋存于粉煤灰的无定形相内部，用水无法充分溶出，只能通过特定浓度的酸溶液在特定温度及反应时间的条件下充分打破无定形相的结构，将赋存于其中的重金属充分暴露出来，才能实现重金属的有效溶出。因此，通过适宜条件的酸浸处理，可有效破坏无定形组份结构，将赋存于其中的重金属充分暴露进而溶出。
[0013]本专利技术中，所述粉煤灰经酸浸后，部分重金属进入酸浸液和浆洗液中，同时还有少量铝、硅、钙、铁、镁等离子及硫酸根离子进入酸浸液中，形成了含重金属及多种离子的尾液。为避免尾液造成二次污染并实现尾液的净化和利用，本专利技术利用尾液呈酸性及其中含有铝、硅和硫酸根离子的特点，通过向其中加入铝源和钙源，调整Al/SO
42-和Al/Si比例及体系pH值，原位生成了钙矾石(Ca6Al2(SO4)3(OH)
12
·
26H2O)和浊沸石(Ca4Al8Si
16
O
48
·
14H2O)混合复盐沉淀，可将溶液中的铝、硅、钙及硫酸根离子接近完全沉淀，同时还可将溶液中的其他常量元素如铁、镁及大部分重金属元素通过吸附、夹带、絮凝等方式同步沉淀，实现尾液的深度净化。其中钙矾石的结晶度较高，其絮凝能力较弱，而浊沸石为含硅物相，结晶度较差，具有一定的胶凝作用，可起到促进钙矾石絮凝的作用，显著提高净化效果。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述酸溶液的浓度为0.1～2mol/L，如0.2mol/L、0.5mol/L、0.8mol/L、1mol/L、1.2mol/L、1.5mol/L或1.8mol/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]优选地，所述酸溶液与所述粉煤灰的体积质量比为2～5:1L/kg，如2.5L/kg、3L/kg、3.5L/kg、4L/kg或4.5L/kg等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述酸溶液为硫酸溶液。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述反应的时间为20～60℃，如25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃或55℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018]优选地，步骤(1)所述反应的时间为30～150min，如40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min或140min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，步骤(1)所述反应在搅拌下进行。
[0020]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述浆液用水与所述浸出渣的体积质量比为2～8:1L/kg，如3:1L/kg、4:1L/kg、5:1L/kg、6:1L/kg或7:1L/kg等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脱除粉煤灰中重金属及含重金属尾液净化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将粉煤灰与酸溶液混合并进行反应，反应后固液分离得到浸出液和浸出渣；(2)对步骤(1)得到的浸出渣进行浆洗，得到浆洗液以及脱除重金属的粉煤灰；(3)合并步骤(1)得到的浸出液以及步骤(2)得到的浆洗液得到含重金属尾液，向所述尾液中加入铝源调节Al
3+
与SO
42-以及Si
4+
的摩尔浓度比例，再加入钙源调节所述尾液的pH，反应后固液分离，完成对所述含重金属尾液的净化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述酸溶液的浓度为0.1～2mol/L；优选地，所述酸溶液与所述粉煤灰的体积质量比为2～5:1L/kg。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述酸溶液为硫酸溶液。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述反应的时间为20～60℃；优选地，步骤(1)所述反应的时间为30～150min；优选地，步骤(1)所述反应在搅拌下进行。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述浆液用水与所述浸出渣的体积质量比为2～8:1L/kg。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述调节Al
3+
的摩尔浓度为(0.60～0.72)倍SO
42-的摩尔浓度与(0.45～0.60)倍Si
4+
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【专利技术属性】
技术研发人员：马淑花，王晓辉，刘福立，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：