[0001]
本发明涉及固体废弃物无害化处理技术领域，具体是一种矿渣无害化处理方法及处理后矿渣的用途。
背景技术：
[0002]
锰渣中残留的重金属等有毒有害元素严重威胁生态环境。这些重金属如铜、铅、锌、铬等和硫类酸类物质，锰渣中的锰作为五毒之首通过地表水为介质，污染土壤及地下水，矿区社会经济的可持续性发展及其生态环境受到严重威胁。目前，生产锰的出渣量巨大，约7～9吨原矿石提取1吨锰，产生6～8吨的矿渣。
[0003]
目前，矿渣的处理方式主要是采用堆放的方式，进行无害处理的比例极低。不仅占用大量的土地资源，而且矿渣中含有的重金属主要以可溶性金属盐的形式存在，极易通过水迁移到环境中，污染土壤和水源。且目前的无害化处理方法存在以下缺陷：现完全无害化处理但成本十分高昂，大多数采取堆放。
[0004]
(1)消除或减少了酸性类有毒有害物质，但碱性有毒有害物质仍旧存在，或者消除或减少了碱性类有毒有害物质，但酸性类有毒有害物质仍旧还有，有的甚至是加重了，是一种“此减彼增”；无害化程度上即不全面又不彻底。
[0005]
(2)无害化处理的方法基本上还处于实验室阶段，而且处理成本和能耗都高，脱离当前社会经济现实，无法达到“工业处理的规模化”。
[0006]
(3)“再次分选法”对锰渣进行资源的再次利用，然而提取或回收“部分金属”的量极其微小，“再次被废弃的固体物”不仅体积量没有实质性的减小，而且有毒有害的重金属元素仍旧存在。
技术实现要素：
[0007]
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种适用于工业应用的、能够完全无害化处理的矿渣无害化处理方法及处理后矿渣的用途，以减少矿渣堆放带来的土地资源浪费、环境污染等问题。
[0008]
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0009]
一种矿渣无害化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]
(1)将蛋白质粉与矿渣混合均匀，所述矿渣中含有金属硫酸盐、氨、碱，含水率为25％-31％；蛋白粉中的蛋白质与矿渣中的水份、硫酸、氨形成凝胶，将金属离子包覆起来；
[0011]
(2)将步骤(1)中得到的混合物加热到150-600℃，由凝胶包覆的金属离子，随水蒸气一同蒸发进入蒸汽收集管道，凝胶中的蛋白分子在高温下碳化，对气体进行水洗脱硫和脱酸处理，同时蛋白分子碳化的产物溶于水；
[0012]
(3)将步骤(2)处理后的矿渣润湿处理，使其含水率达到70％-90％，再与重质戓轻质碳酸钙搅拌均匀，将残留的可溶性金属盐还原固化。
[0013]
进一步的，所述蛋白质粉为工业蛋白粉。
[0014]
进一步地，所述蛋白质粉为植物蛋白、动物蛋白之一或两者的混合物。
[0015]
进一步地，所述步骤(1)中，将蛋白质粉通过喷洒的方式分散在平摊的矿渣上。
[0016]
进一步地，所述平摊的矿渣的厚度为3-5cm。
[0017]
进一步地，所述金属是指铜、铅、锌、铬、钡、锰、硒、汞的一种或多种。
[0018]
进一步地，所述蛋白质粉与矿渣的质量比为1:500～1:1000。
[0019]
进一步地，所述重质碳酸钙与湿润后的矿渣的质量比例为1％～3％。
[0020]
进一步地，还包括硫酸盐回收步骤，即将步骤(2)中的水洗溶液加热，将水蒸发结晶硫酸盐。
[0021]
所述矿渣无害化处理方法处理后的矿渣，用作填充材料或用于制作建筑材料、工程材料。
[0022]
本发明所述的矿渣无害化处理方法，首先将部分重金属盐通过物理性搬移处理，使矿渣中锰含量从2.35％-5.76％降至经水浸泡后水中锰含量为500mg/l左右，铜、铅、锌、铬等重金属全部符合国家标准。再通过将残存在矿渣中的金属进行固化还原处理的步骤，将残存在矿渣中可用性金属盐还原为不溶于水的状态，实现金属元素的固化，彻底实现矿渣的无害化处理。经过处理后的锰矿矿渣，自然状态下经过水浸泡7-60天后，对浸出水质分析检测，锰含量在0.002mg/l-0.168mg/l之间，完全符合国家水质分析检测标准，不对地表水和地下水体以及土壤形成二次污染源。
[0023]
本发明所述的矿渣无害化处理方法具有以下优点：
[0024]
1.全面安全、彻底有效的无害固化处理
[0025]
(1)借助蛋白质粉具有与硫酸盐、氨、碱的反应特性，将矿渣中残余的重金属物理包覆在凝胶中，通过加温形成高温热通道“蒸气”将包裹物抬升、搬移和碳化，实现与“渣”的物理分离，避免高温高压形成生产处理中的危险因素。经过处理的固体“渣”的各项指标符合《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》(gb50851.1-2007)和《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(gb50851.3-2007)理化指标检测指标，即全部合格。
[0026]
(2)第二步是通过固化还原剂将残存的可溶性金属盐进行固化。处理的后的“渣”在自然状态下水浸泡7－60天后，对浸出水质分析检测，锰在0.002mg/l-0.168mg/l之间，符合国家城镇污水a级排放标准，从而实现安全有效的无害固化还原处理效果。主要构成锰渣污染的锰，经过处理的固体“渣”浸泡出的水样，按照(gb/丅5750-2006)水质分析检测，锰大大低于国家城镇污水(gb/丅31962-2015)a级排放标准(2mg/l)。
[0027]
2.能够实现规模化无害固化处理
[0028]
获得蛋白质粉的经济成本低，使用比例小，而且容易获取；无害生产处理中，加温温度在150-600℃，能耗低，处理成本经济，能够支撑实现工厂化大规模批量处理；
[0029]
3.资源循环利用
[0030]
(1)将水洗过滤池的水体，高温煮沸，蒸气通过蒸溜装置冷却收集补充水过滤池即循环利用。水过滤池底层沉淀物的硫酸盐，在矿石的金属提炼生产环节可再次循环使用。
[0031]
(2)无害处理后的“渣料”的各项法定理化指标全部合格，可以进行资源循环再利用，作为相关产业如建材等方面的原材料、添加料、辅料等等，能够产生富有经济竞争力的产品效益。
具体实施方式
[0032]
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0033]
本发明所述的矿渣无害化处理方法，主要包括以下处理步骤：
[0034]
(1)将蛋白质粉与矿渣混合均匀，所述矿渣中含有金属硫酸盐、氨、碱，含水率为25％-31％；蛋白粉中的蛋白质与矿渣中的水份、硫酸、氨形成凝胶，将金属离子包覆起来。其中，矿渣为采用强硫酸的方式提炼金属元素后剩余的矿渣。矿渣中含有铜、铅、锌、铬、钡、锰的一种或多种。所采用的蛋白粉可以为植物蛋白、动物蛋白之一或两者的混合物，例如工业蛋白粉。其中动物性蛋白与矿渣中的金属硫酸盐、水反应的更为迅速。在达到同样的净化效果的前提下，采用动物性蛋白的用量最小，用时最短。当采用动物性蛋白时，所述蛋白质粉与矿渣的质量比为1:500～1:1000。具体的，蛋白质粉与矿渣混合均匀的方式也有多种，可以将两者通过搅拌的方式来混合均匀；也可以首先将矿渣平摊为厚度为3-5cm的矿渣层，再将蛋白质粉通过喷洒的方式均匀的散布于矿渣层表面上。
[0035]
(2)将步骤(1)中得到的混合物加热到150-600℃，由凝胶包覆的金属离子，随水蒸气一同蒸发进入蒸汽收集管道，凝胶中的蛋白分子在高温下碳化，对气体进行水洗脱硫和脱酸处理，同时蛋白分子碳化的产物溶于水。
[0036]
在加热时，首选将矿渣平摊的状态下进行，这样能够降低能耗，提高加热的均匀性。
[0037]
(3)将步骤(2)处理后的矿渣润湿处理，使其含水率达到70％，再与重质碳酸钙搅拌均匀，将残留的可溶性金属盐还原固化。其中，重质碳酸钙与湿润后的矿渣的质量比例为1％～3％。
[0038]
最后，还能够通过将步骤(2)中的水洗溶液加热，将水蒸发结晶硫酸盐，以回收硫酸盐，再次用于采矿过程。
[0039]
通过上述处理的矿渣可以进行资源循环再利用，作为填充材料，或者建筑材料的原材料、添加料、辅料等等。
[0040]
实施例1
[0041]
一、1kg的锰原渣无害化固化还原处理
[0042]
(1)将含水率约25％-31％的锰原渣平摊为厚度为3-5cm的薄层状，将蛋白质粉2g与含水率约25％-31％的1kg的锰原渣的质量比，通过压力喷雾装置均匀喷射覆盖在锰渣表面，蛋白质粉与矿渣中的水份、硫酸、氨等反应形成胶凝，将矿渣里的铜、铅、锌、铬、硒、汞等重金属以及锰进行物理性包裹。
[0043]
(2)平摊的矿渣置于加热炉中加热，加热到150-600℃区域，将水份形成蒸气进入烘干收集管道；由凝胶包覆的金属离子，随水蒸气一同蒸发进入蒸汽收集管道，凝胶中的蛋白分子在高温下碳化。将收集的气体通入水洗池中，进行水洗脱硫和脱酸处理，同时蛋白分子碳化的产物溶于水，烘干后的锰渣含水率控制在2％-5％。
[0044]
(3)将经过加热处理的锰渣与重质碳酸钙搅拌均匀，加水润湿处理，使其含水率达到70％-90％，将200g重质碳酸钙与1kg处理后的锰渣混合，重质碳酸钙与锰渣的质量比例为2％，将残留的可溶性锰还原固化。
[0045]
二、检测结果：
[0046]
(1)通过使用“蛋白质粉”方法处理的矿渣中锰含量从2.35％-5.76％降至经水浸泡后水中锰含量为500mg/l左右，铜、铅、锌、铬、汞等重金属全部符合国家标准。
[0047]
(2)再通过使用“重质碳酸钙”方法处理，将残存在矿渣中可用性金属盐还原为不溶于水的状态，实现金属元素的固化，彻底实现矿渣的无害化处理。自然状态下经过水浸泡7-60天后，对浸出水质分析检测，锰含量在0.002mg/l-0.168mg/l之间，完全符合国家水质分析检测标准，不对地表水和地下水体以及土壤形成二次污染源。
[0048]
实施例2
[0049]
一、3kg的锰原渣无害化固化还原处理
[0050]
(1)将含水率约25％-31％的锰原渣平摊为厚度为3-5cm的薄层状，将蛋白质粉5g与含水率约25％-31％的3kg的锰原渣的质量比，通过压力喷雾装置均匀喷射覆盖在锰渣表面，蛋白质粉与矿渣中的水份、硫酸、氨等反应形成胶凝，将矿渣里的铜、铅、锌、铬、硒、汞等重金属以及锰进行物理性包裹。
[0051]
(2)平摊的矿渣置于加热炉中加热，加热到150-600℃区域，将水份形成蒸气进入烘干收集管道；由凝胶包覆的金属离子，随水蒸气一同蒸发进入蒸汽收集管道，凝胶中的蛋白分子在高温下碳化。将收集的气体通入水洗池中，进行水洗脱硫和脱酸处理，同时蛋白分子碳化的产物溶于水，烘干后的锰渣含水率控制在2％-5％。
[0052]
(3)将经过加热处理的锰渣与重质碳酸钙搅拌均匀，加水润湿处理，使其含水率达到70％-90％，将60g重质碳酸钙与3kg处理后的锰渣混合，将残留的可溶性锰还原固化。
[0053]
二、检测结果：
[0054]
(1)通过使用“蛋白质粉”方法处理的矿渣中锰含量从2.35％-5.76％降至经水浸泡后水中锰含量为500mg/l左右，铜、铅、锌、铬、硒、汞等重金属全部符合国家标准。
[0055]
(2)再通过使用“重质碳酸钙”方法处理，将残存在矿渣中可用性金属盐还原为不溶于水的状态，实现金属元素的固化，彻底实现矿渣的无害化处理。自然状态下经过水浸泡7-60天后，对浸出水质分析检测，锰含量在0.002mg/l-0.168mg/l之间，完全符合国家水质分析检测标准，不对地表水和地下水体以及土壤形成二次污染源。
[0056]
实施例3
[0057]
一、5kg的锰原渣无害化固化还原处理
[0058]
(1)将含水率约25％-31％的锰原渣平摊为厚度为3-5cm的薄层状，将蛋白质粉5g与含水率约25％-31％的5kg的锰原渣的质量比，通过压力喷雾装置均匀喷射覆盖在锰渣表面，蛋白质粉与矿渣中的水份、硫酸、氨等反应形成胶凝，将矿渣里的铜、铅、锌、铬、硒、汞等重金属以及锰进行物理性包裹。
[0059]
(2)平摊的矿渣置于加热炉中加热，加热到150-600℃区域，将水份形成蒸气进入烘干收集管道；由凝胶包覆的金属离子，随水蒸气一同蒸发进入蒸汽收集管道，凝胶中的蛋白分子在高温下碳化。将收集的气体通入水洗池中，进行水洗脱硫和脱酸处理，同时蛋白分子碳化的产物溶于水,烘干后的锰渣含水率控制在2％-5％。
[0060]
(3)将经过加热处理的锰渣与重质碳酸钙搅拌均匀，加水润湿处理，使其含水率达到70％-90％，将150g重质碳酸钙与5kg处理后的锰渣混合，重质碳酸钙与锰渣的质量比例为3％，将残留的可溶性锰还原固化。
[0061]
二、检测结果：
[0062]
(1)通过使用“蛋白质粉”方法处理的矿渣中锰含量从2.35％-5.76％降至经水浸泡后水中锰含量为500mg/l左右，铜、铅、锌、铬、汞等重金属全部符合国家标准。
[0063]
(2)再通过使用“重质碳酸钙”方法处理，将残存在矿渣中可用性金属盐还原为不溶于水的状态，实现金属元素的固化，彻底实现矿渣的无害化处理。自然状态下经过水浸泡7-60天后，对浸出水质分析检测，锰含量在0.002mg/l-0.168mg/l之间，完全符合国家水质分析检测标准，不对地表水和地下水体以及土壤形成二次污染源。
[0064]
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种矿渣无害化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将蛋白质粉与矿渣混合均匀，所述矿渣中含有金属硫酸盐、氨、碱，含水率为25％-31％；蛋白粉中的蛋白质与矿渣中的水份、硫酸、氨形成凝胶，将金属离子包覆起来；(2)将步骤(1)中得到的混合物加热到150-600℃，由凝胶包覆的金属离子，随水蒸气一同蒸发进入蒸汽收集管道，凝胶中的蛋白分子在高温下碳化，对气体进行水洗脱硫和脱酸处理，同时蛋白分子碳化的产物溶于水；(3)将步骤(2)处理后的矿渣润湿处理，使其含水率达到70％，再与重质碳酸钙搅拌均匀，将残留的可溶性金属盐还原固化。2.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，所述蛋白质粉为工业蛋白粉。3.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，所述蛋白质粉为植物蛋白、动物蛋白之一或两者的混合物。4.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将蛋白质粉通过喷洒的方式分散在平摊的矿渣上。5.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，所述平摊的矿渣的厚度为3-5cm。6.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，所述金属是指铜、铅、锌、铬、钡、锰、硒、汞的一种或多种。7.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，所述蛋白质粉与矿渣的质量比为1:500～1:1000。8.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，所述重质碳酸钙与湿润后的矿渣的质量比例为1％～3％。9.根据权利要求1所述的矿渣无害化处理方法，其特征在于，还包括硫酸盐回收步骤，即将步骤(2)中的水洗溶液加热，将水蒸发结晶硫酸盐。10.权利要求1所述的矿渣无害化处理方法处理后的矿渣的用途，用作填充材料或用于制作建筑材料、工程材料。
技术总结
本发明提供了一种矿渣无害化处理方法及处理后矿渣的用途，首先将矿渣中的部分重金属盐通过物理性搬移处理，使矿渣中锰含量从2.35％-5.76％降至经水浸泡后水中锰含量为500mg/L左右，铜、铅、锌、铬等重金属全部符合国家标准。再通过将残存在矿渣中的金属进行固化还原处理的步骤，将残存在矿渣中可用性金属盐还原为不溶于水的状态，实现金属元素的固化，彻底实现矿渣的无害化处理。本发明所使用的蛋白质粉的成本低，使用比例小，容易获取；无害生产处理中，加温温度在150-600℃，能耗低，适于大规模批量处理；并且，水洗液中的硫酸盐可再次循环使用。无害处理后的“渣料”可以作为建材等方面的原材料、添加料、辅料，能够产生富有经济效益。济效益。
技术开发人、权利持有人：王均
