含有鈣、重金屬和硫酸鹽的固體堿性殘?jiān)奶幚矸椒?br>【專利說明】含有鈣、重金屬和硫酸鹽的固體堿性殘?jiān)奶幚矸椒?發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種處理含有鈣、重金屬和硫酸鹽的固體堿性殘?jiān)ㄌ貏e是焚燒殘 渣）的方法。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 在許多高溫工業(yè)過程（例如鋼鐵生產(chǎn)、生活垃圾焚燒和其他焚燒過程和燃燒過 程）中產(chǎn)生的固體堿性殘?jiān)蓱?yīng)用于土木工程領(lǐng)域，例如作為建筑材料、作為道路建設(shè)的 地基或路基材料或作為混凝土中的骨料。
[0004] 例如在生活垃圾焚燒中獲得的底灰為留在垃圾焚燒爐的爐篦上的粗殘?jiān)?。其通?含有玻璃、陶瓷、礦物、金屬和一些未燃燒的物質(zhì)。在焚燒過程后獲得的礦物并非都是熱力 學(xué)穩(wěn)定的，因此，所述物質(zhì)因大氣水、氧氣和二氧化碳而易于老化和風(fēng)化。只要亞穩(wěn)的礦物 和礦物相存在于底灰中，則所述物質(zhì)就會(huì)經(jīng)歷化學(xué)和物理變化，導(dǎo)致例如重金屬（例如銻、 鉛、銅、鉬和鋅）和鹽（例如氯化物和硫酸鹽）的浸出。重金屬向環(huán)境的浸出是非常不希望 的。因此，國(guó)家主管部門已對(duì)這種浸出設(shè)置了限制。為了滿足陽(yáng)離子金屬（即主要作為陽(yáng) 離子存在于水溶液中的金屬）的要求，焚燒殘?jiān)袝r(shí)要進(jìn)行加速風(fēng)化處理，其中所述物質(zhì) 與二氧化碳接觸以實(shí)現(xiàn)所謂的物質(zhì)碳酸鹽化。碳酸鹽化是化學(xué)反應(yīng)，其中氫氧化鈣與二氧 化碳反應(yīng)，并形成不溶的碳酸鈣：
[0005] Ca (OH) 2+C02 - CaCO 3+H20
[0006] 例如在WO 94/12444中公開了一種使來自垃圾焚燒廠的爐渣（WIP爐渣）碳酸鹽 化的方法，其中采用含有二氧化碳的氣體處理焚燒殘?jiān)?，從而降低重金屬（例如銅和鉛）的 浸出。然而，碳酸鹽化處理卻增加了銻的浸出。
[0007] 在ES 2137071中公開了一種在固體堿性廢物中穩(wěn)定特別是鋅和鉛的方法，該方 法通過使固體堿性廢物與二氧化碳在低壓下反應(yīng)并持續(xù)短暫的停留時(shí)間而進(jìn)行。
[0008] 然而，已知的碳酸鹽化方法會(huì)導(dǎo)致陰離子金屬（即主要作為陰離子存在于水溶液 中的金屬）浸出的增加，所述陰離子金屬為例如銻、鉻（以鉻酸鹽的形式）和釩（以釩酸鹽 的形式）。鹽（例如氯化物和硝酸鹽）的浸出沒有因碳酸鹽化過程而降低。由碳酸鹽化誘 發(fā)的鈣礬石向石膏的轉(zhuǎn)化使得硫酸鹽的浸出大幅增加。碳酸鹽化的物質(zhì)通常超過大多數(shù)國(guó) 家規(guī)范允許硫酸鹽和氯化物浸出的水平。
[0009] 本領(lǐng)域已提出用水洗滌碳酸鹽化的物質(zhì)以降低氯化物和硫酸鹽的浸出。然而水洗 滌的問題在于，鑒于硫酸鹽的低溶解度和緩慢釋放，需要大量的洗滌水。
[0010] 因此，本領(lǐng)域需要一種處理固體堿性殘?jiān)ɡ绶贌龤堅(jiān)┑姆椒ǎ龇椒ú?僅導(dǎo)致物質(zhì)中陽(yáng)離子金屬的浸出降低，而且導(dǎo)致硫酸鹽的浸出降低以及還優(yōu)選陰離子金屬 (例如銻）的浸出降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，固體堿性殘?jiān)ɡ玟撛蚍贌蛉紵^程的殘?jiān)┲宣}的浸出（特 別是硫酸鹽的浸出）可通過下列方法降低：首先通過使固體殘?jiān)c二氧化碳反應(yīng)而將所述 固體堿性殘?jiān)M(jìn)行碳酸鹽化步驟，從而獲得碳酸鹽化的固體物質(zhì)；然后在部分洗出的鈣被 沉淀的條件下用含水液流（aqueous stream)洗絳碳酸鹽化的物質(zhì)。通過使洗出的1?沉淀， 溶解于洗滌水并因此從固體物質(zhì)中除去的硫酸鹽的量大大增加。
[0012] 因此，本發(fā)明涉及一種處理含有鈣、重金屬和硫酸鹽的固體堿性殘?jiān)姆椒?，所?方法包括：
[0013] a)通過將固體堿性殘?jiān)c含有二氧化碳的氣體接觸而使固體堿性殘?jiān)c二氧化 碳反應(yīng)，從而獲得碳酸鹽化的固體物質(zhì)；和
[0014] c)用含水液流洗滌碳酸鹽化的固體物質(zhì)，從而獲得洗過的固體物質(zhì)和含有鈣和硫 酸鹽的洗滌水，并使至少部分的鈣在洗滌水中作為碳酸鈣而沉淀。
[0015] 與沒有鈣沉淀的洗滌相比，本發(fā)明方法的重要優(yōu)勢(shì)在于硫酸鹽溶解更快且更完 全，因此獲得具有更少的可浸出的硫酸鹽的固體物質(zhì)。因此，在土木工程應(yīng)用中可使用該處 理過的物質(zhì)，而不會(huì)超過允許硫酸鹽浸出到環(huán)境中的限制。此外，對(duì)于從固體物質(zhì)中洗出相 同或甚至更大量的硫酸鹽所需的水更少。
[0016] 在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在進(jìn)行步驟c)中的洗滌之前，將在步驟a)中獲得的碳 酸鹽化的物質(zhì)進(jìn)行礦化。在該礦化步驟b)中，優(yōu)選在20_90°C的礦化溫度下，并優(yōu)選在將 碳酸鹽化的固體物質(zhì)的含濕量保持為5至20重量％之間的條件下，使所述碳酸鹽化的固體 物質(zhì)與含氧氣的氣體接觸1周至12個(gè)月的時(shí)間段。在該礦化步驟中，陰離子金屬（特別是 銻）被固定在所述物質(zhì)中，從而產(chǎn)生更少的可浸出的陰離子金屬。此外，礦化通常導(dǎo)致可浸 出的硫酸鹽的量進(jìn)一步增加，使得在洗滌步驟c)中更多的硫酸鹽可從所述物質(zhì)中除去。
[0017] 本發(fā)明方法的優(yōu)勢(shì)在于，優(yōu)選的礦化溫度可無需使用外部熱源而達(dá)到。這通過利 用由放熱的碳酸鹽化和礦化反應(yīng)產(chǎn)生的熱而達(dá)到。例如，通過仔細(xì)選擇其中提供有待處理 的固體殘?jiān)娜魏蝹}(cāng)庫(kù)或容器的尺寸，以及仔細(xì)選擇在步驟a)和c)中使用的含二氧化碳 的氣體和含氧氣的氣體的流量，可控制礦化溫度。
[0018] 發(fā)明詳沐
[0019] 在本發(fā)明的方法中，通過下述方法對(duì)固體堿性殘?jiān)M(jìn)行處理以降低可浸出組分的 量：首先通過將固體堿性殘?jiān)c含二氧化碳的氣體接觸以使所述物質(zhì)碳酸鹽化，從而獲得 碳酸鹽化的固體物質(zhì)（碳酸鹽化步驟a));并然后用含水液流洗滌碳酸鹽化的固體物質(zhì)，從 而獲得洗過的固體物質(zhì)和含有鈣和硫酸鹽的洗滌水，并使至少部分的鈣在洗滌水中作為碳 酸鈣而沉淀（洗滌步驟c))。優(yōu)選地，在進(jìn)行洗滌步驟c)之前，將在步驟a)中獲得的碳酸 鹽化固體物質(zhì)在礦化步驟b)中進(jìn)行礦化。本文提及的降低可浸出組分的量是指固定可浸 出組分或除去可浸出組分。
[0020] 固體堿性殘?jiān)蔀槿魏蝸碜陨婕胺浅８叩臏囟取⒎贌蛉紵墓I(yè)過程的固體堿 性殘?jiān)?。?yōu)選地，固體堿性殘?jiān)x自鋼制件粉塵、鋼渣、來自焚燒過程的殘?jiān)蛠碜匀紵^ 程的殘?jiān)?。更?yōu)選地，固體堿性殘?jiān)鼮閬碜苑贌^程的底灰，甚至更優(yōu)選為來自生活垃圾或 類似垃圾焚燒的底灰。
[0021] 所述固體堿性殘?jiān)ǔ閬喎€(wěn)的礦物和礦物相的集合，所述礦物相包含鈣、鎂和 鐵的單一或混合氧化物，以及硅酸鹽和其他氯化物、硫酸鹽和重金屬（例如鋅、鉛、鉬、銻、 鎘和銅）。
[0022] 在步驟a)中，固體堿性殘?jiān)ㄟ^將殘?jiān)c含二氧化碳的氣體接觸而碳酸鹽化。
[0023] 在碳酸鹽化步驟a)中，陽(yáng)離子重金屬（例如銅、鉛、鋅和鎘）被固定在固體物質(zhì) 中，并且從含硫酸鹽的礦物（例如鈣礬石）中或從含鈣的礦物（例如銻鈣石）中釋放硫酸 鹽和銻。因此，陽(yáng)離子重金屬的浸出將會(huì)降低，且可在隨后的洗滌步驟中除去硫酸鹽，從而 得到顯示降低的硫酸鹽浸出的最終物質(zhì)。
[0024] 含二氧化碳的氣體可為任何合適的包含二氧化碳的氣體，例如空氣和二氧化碳的 混合物或來自燃燒過程的煙道氣。優(yōu)選地，含二氧化碳的氣體為空氣和二氧化碳的混合物， 更優(yōu)選為含有4-16體積％的二氧化碳（基于混合物的總體積計(jì)）的空氣和二氧化碳的混 合物。如果在進(jìn)行碳酸鹽化的場(chǎng)所處煙道氣是可用的，則可有利地使用該可用的煙道氣。
[0025] 固體堿性殘?jiān)ɡ绶贌龤堅(jiān)┑奶妓猁}化為本領(lǐng)域公知的。可使用本領(lǐng)域已知 的任何合適的碳酸鹽化條件。
[0026] 氣體可以任何合適的方式與固體殘?jiān)佑|，通常通過將含二氧化碳的氣體流引導(dǎo) 穿過固體堿性殘?jiān)膫}(cāng)庫(kù)，例如通過將氣體注入倉(cāng)庫(kù)中而進(jìn)行。所述倉(cāng)庫(kù)可為固體殘?jiān)?露天倉(cāng)庫(kù)或在容器中的倉(cāng)庫(kù)，例如筒倉(cāng)或堆肥隧道。優(yōu)選地，穿過固體物質(zhì)的含二氧化碳的 氣體流量為每小時(shí)每噸固體物質(zhì)〇. I-IOm3氣體，更優(yōu)選為每小時(shí)每噸固體物質(zhì)l-5m3氣體。
[0027] 優(yōu)選進(jìn)行碳酸鹽化直至完成或基本完成任何的氫氧化鈣或氫氧化鎂或反應(yīng)性硅 酸鈣或硅酸鎂向其對(duì)應(yīng)的碳酸鹽的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化度可通過測(cè)定固體殘?jiān)腜H而適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)。 這可例如通過測(cè)量固體殘?jiān)谒械臐{料的pH而進(jìn)行。優(yōu)選地，進(jìn)行碳酸鹽化直到固體殘 渣的pH降低至8. 0至8. 5范圍內(nèi)的值。通常地，如果在高度為例如5米以上的大倉(cāng)庫(kù)中進(jìn) 行碳酸鹽化，則將需要3-10天、通常4-7天的碳酸鹽化時(shí)間以實(shí)現(xiàn)所