含砷废渣高温烧结引起的砷形态转化行为与挥发特性

我国每年共有约3万吨的砷伴生进入有色金属冶炼厂，除极少量高砷灰得到回收利用外，绝大部分砷最终以废渣形式就地简单堆放。含砷废渣的简单堆放已经造成了我国部分地区砷污染事件，其安全处理处置是解决砷污染最有效的办法。高温烧结轻骨料技术具有处理处置废物和节约资源的双重作用，是含砷废渣的重要处置去向。烧结过程及产品的环境安全性是影响该技术的重要因素，因此需要从机理上弄清楚烧结过程砷的形态转化行为和挥发特性。本项目在含砷废渣高温烧结处理的基础上，重点研究烧结过程砷的形态转化行为和挥发特性，以及烧结气氛、原料组成成分的影响关系与作用机理。本研究将加强含砷废物高温烧结轻骨料技术的理论研究基础，为消除公众和管理部门对高温烧结轻骨料技术协同处置含砷废物的疑虑提供理论依据，同时项目在研究方法上的探索对拓展相关领域研究手段具有启发和借鉴意义。

我国每年共有约3万吨的砷伴生进入有色金属冶炼厂，除极少量高砷灰得到回收利用外，绝大部分砷最终以废渣形式就地简单堆放。含砷废渣的简单堆放已经造成了我国部分地区砷污染事件，其安全处理处置是解决砷污染最有效的办法。高温烧结轻骨料技术具有处理处置废物和节约资源的双重作用，是含砷废渣的重要处置去向。烧结过程及产品的环境安全性是影响该技术的重要因素，因此需要从机理上弄清楚烧结过程砷的形态转化行为和挥发特性。本课题针对含砷废渣，研究了SiO2、Al2O3、MgO和CaO调质后对含砷废渣高温烧结过程砷挥发和烧结后建材产品中砷浸出的影响；探讨了烧结气氛对砷结合形态和环境释放行为的影响；最终从建材产品的角度优化了调理剂添加量、烧结时间、烧结温度等工艺参数。得出如下几点结论：.（1）SiO2对砷的固定作用不明显。1300℃时，SiO2对砷的浸出抑制作用最强，在1300℃时，烧结体中发生熔融包裹现象，生成了具有网络结构的硅酸盐晶体，砷被包裹在玻璃质硅酸盐晶格当中，从而导致砷的浸出质量浓度显著降低。.（2）Al2O3对砷的固定和浸出没有显著的抑制作用。.（3）CaO是较好的调质药剂。烧结温度400~1000℃，CaO与砷化合生成了稳定的砷酸钙，使砷以砷酸钙形态存留于烧结体中，大大降低砷的挥发，砷的挥发率小于4.86%，砷的浸出浓度也达到很低的水平，经水平振荡法、硫酸硝酸法和TCLP法浸出，分别为1.33 μg/L ，0.13 mg/L和0.85 μg/L，但温度高于1000℃时，砷酸钙消失，砷以溶解度高的As2O3形式存在，导致砷的浸出浓度增大。.（4）MgO表现出与CaO相似的现象。烧结温度400~1000℃，MgO对烧结体中砷的挥发和浸出抑制作用显著，温度高于1000℃时，对烧结体中砷的浸出抑制作用减弱。.（5）氧化气氛有利于砷的固定作用。还原气氛下，烧结体中以松散态存在的砷显著增多，浸出浓度也显著增大，可见，氧化气氛有利于砷的固定。.（6）氧化钙作为含砷废渣添加剂，其质量分数在8~10%、烧结温度1000℃、烧结时间1小时，其烧结之后的产物具备作为轻骨料建材产品使用的潜能。.本研究将加强含砷废物高温烧结轻骨料技术的理论基础，为消除公众和管理部门对高温烧结轻骨料技术处置含砷废物的疑虑提供理论依据，同时项目在研究方法上的探索对拓展相关领域研究手段具有启发和借鉴意义。