[发明专利]一种固化含砷废料的方法及生成的固砷类水晶产品和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含砷废料的处理方法，特别涉及一种固化含砷废料的方法及生成的固砷类水晶产品和应用。

背景技术

我国的矿物开采、有色冶炼、化学化工等行业会产生大量的含砷物料，各类砷年投入量约达3～5万吨，由于现在缺乏砷的有效回用技术及安全利用途径，目前含砷废渣大多以简单堆放或填埋的方法处理，对环境构成极大的污染和威胁，同时也造成了砷资源的极大浪费。因此，对含砷废渣进行科学、安全的处置，以达到保护环境、充分利用资源的目的成为了亟待解决的问题。

目前，国内外对含砷废渣的处理主要采用稳定化/固化处理，主要方法有：水泥及有机聚合物固化、石灰/粉煤灰固化、自胶结固化、塑性材料固化、药剂稳定化技术以及玻璃固化等。水泥固化因工艺简单、费用低而在工业上应用广泛，但是存在体积增容、水泥固化体浸出率较高、固化过程难以混合均匀等缺点；有机聚合固化缺点是不够安全，有时使用的强酸性催剂在聚合过程中会使重金属溶出，并要求使用耐腐蚀设备，固化体耐老化性能差，且固化体松散，需装入容器处置；塑性材料固化存在固化基材具有可燃性、价格昂贵、操作复杂、设备费用高等缺点；石灰/粉煤灰固化具有以废治废的优点，但同样也存在固化体浸出毒性难以达标的问题；药剂稳定化技术处理成本较高，且可能产生二次污染。

玻璃固化技术是将处理对象与玻璃基材按一定比例混合，通过加温熔融、退火，形成包容废物的稳定固化体，其优点有：固化体有较高的耐久性、耐腐蚀性以及较好的抗渗性，且废物增容比较小；此外，获得的固化体具有一定的透明度和玻璃光泽，物理性能较好，可用于做建筑、装饰类材料。然而，此类热固化技术的适用对象一般为不挥发或难挥发的高危害性废物，砷及砷的化合物容易挥发（砷单质升华点613℃、三氧化二砷沸点457℃），而传统玻璃熔融所需的温度一般在1000℃以上，因此传统玻璃固砷过程容易造成砷的挥发，不利于砷的固定。

现有的固砷处理方法大多采用水泥、石灰固化等水化技术，未见利用加温固砷的研究报道或授权专利。目前仅有一篇公开专利涉及相关研究（刘维.一种砷碱渣玻璃固化的处理方法.专利申请号：201210507038.9），研究人员先将砷碱渣在熔融状态下用碳还原剂在850～1200℃温度下分离出锑，然后在砷渣中加入氧化铁、氧化硅、氧化硼和氧化钙中的至少一种玻璃熔融剂，再在800℃～1300℃下熔制0.5h～2h，烧成后玻璃液直接水淬成碎玻璃块或置于铸锭模内熔铸成玻璃锭，作一般固废进行堆存或返回矿坑填埋处理。上述结果说明了含砷废料玻璃固化技术的可行性，但其高温还原和熔融可使砷的挥发，从而导致砷的固化率不高，同时其产生的固化产品不能进行资源化利用，表明了高温玻璃固化砷的局限性。

发明内容

为解决上述问题，本发明的第一个目的是提供一种固化含砷废料的方法。

本发明的第二个目的是提供一种利用上述方法生成的固砷类水晶产品。

本发明的第三个目的是提供所述固砷类水晶产品的应用。

本发明所述的固化含砷废料的方法包括以下步骤：

（1）将含砷废料研磨至粉末状，加入铁硼磷系基础玻璃配料和砷稳定剂，将各原料混合均匀后进行干燥；

（2）将干燥后的原料置于不锈钢模具中，经0.8～1.2h匀速升温至400～500℃，在此温度下保持1～2h，此加热过程中始终保持不锈钢模具内压强为10～12Mpa；熔制均化后，自然冷却至室温，取出模具，脱模，获得固砷类水晶产品。

步骤（1）中所述含砷废料为砷含量为0.5～40%的含砷固体物质。优选地，所述含砷废料中砷含量为4.6-39%。

所述含砷废料为选矿、冶炼、化工、垃圾焚烧生产过程中产生的含砷固体物质，包括含砷尾矿、烟灰、冶炼炉渣、含砷污泥、焚烧飞灰；所述含砷废料还包括天然的或人工合成的含砷物质，包括臭葱石、砷酸钠、氧化砷、毒砂。

步骤（1）中所述粉末为粒径不大于5mm的固体粉末（过4目筛）；干燥是将混匀后的各原料干燥至含水率不大于10%，干燥温度为60～90℃。

步骤（1）中含砷废料、铁硼磷系基础玻璃配料和砷稳定剂的重量比为38～70：25～52：5～10；优选地，所述重量比为50～65：27～34：8～10；进一步优选，所述重量比为60：32：8。

步骤（1）中所述铁硼磷系基础玻璃配料是由玻璃网络形成体、玻璃网络中间体和玻璃网络外体组成的混合物。若含砷废料中含有或固化过程中能够分解产生网络中间体，则无需另外添加或只添加适量的网络中间体。