某礦業公司砷堿渣礦化穩定化處理分析

向求來

（湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

本研究采用砷堿渣礦化穩定化技術，通過加入穩定化藥劑與外場強化的協同作用，使砷堿渣中的砷轉化形成穩定的含砷礦物，從而使砷的浸出毒性滿足相關標準，滿足無害化處置要求。

礦化穩定化技術采用常溫全濕法工藝：對于砷堿渣，通過加入鈣基礦化劑與砷堿渣強制攪拌混合，改變砷堿渣中無定型砷化合物晶型，得到晶型規整、形貌單一、性質穩定含砷礦物晶體，使砷的浸出毒性降低，實現無害化處理。該技術在大冶有色冶煉廠、紫金銅業有限公司等實現了工業化應用，經過礦化穩定化處理后的砷堿渣，其浸出毒性檢測砷濃度低于2.5mg/L，其余重金屬含量亦均低于危險廢物浸出毒性標準。

1 含砷廢渣處理技術選擇

目前國內外處理含砷廢渣常用的固化方法[1]有塑性固化法、熔融固化法、自膠結法、膠凝材料固化法、石灰固化法。各穩定化、固化處理技術的使用對象和優缺點如表1所示。

由上表看出，膠凝材料固化和石灰固化兩種方法優點突出，同時也是目前應用最多的穩定化解毒/固化方法[3]，已被廣泛用于電鍍污泥、鉻渣、汞渣、鎘渣等重金屬廢物的固化處理。尤其是膠凝材料固化具有處理成本低，固化效果好，固化體強度高，養護時間短，增容比小，易于操作等優點，但針對毒性較高的砷堿渣等卻難以有效實現解毒處理。

此外，有許多研究表明[2]，加入穩定劑解毒后能夠顯著降低重金屬的溶出性，經穩定化解毒處理后的固化體所含的重金屬及類金屬砷不容易被浸出。結合礦化解毒技術的原理、優缺點以及其工業化應用，本研究將采用礦化解毒工藝對某礦業公司冶煉生產過程中產生的砷堿渣進行無害化處理，實現砷堿渣的安全處置。

2 含砷廢渣礦化解毒處理技術

礦化解毒過程是一種將具有毒性、有害性的固體廢物變成低溶解性、低毒性和低移動性的固體物質，以減少固體廢棄物的危害。礦化解毒技術采用常溫全濕法工藝，砷堿渣通過破碎球磨等預處理后，用封閉皮帶輸送至中間反應槽，通過加入pH緩沖劑調節渣漿的pH值，攪拌反應一段時間后泵入礦化反應器中，加入復合氧化物礦化劑B及鈣鐵基礦化劑A，在外場機械強化的協同作用下，使砷堿渣中的砷轉化形成穩定的類含砷礦物，之后進行常規養護，其砷的浸出毒性可滿足危險廢物填埋場入場要求。礦化解毒技術處理砷堿渣時，砷的穩定化率由傳統技術的60%提高到99.5%以上，滿足無害化處置要求。

其主要反應如下：

M為含有活性磷基團的促礦化藥劑。

表1 各種穩定化固化處理技術的使用對象和優缺點[2]

礦化劑A主要成分為鈣鐵復合磷酸鹽，其中有效鈣、鐵含量不低于15%；礦化劑B主要成分為雙氧水、稀硫酸和少量氯鹽，其中30%雙氧水含量不低于80%。礦化反應形成的幾種主要的類含砷礦物具有較好的穩定性和較低的浸出毒性。

3 砷堿渣原料物化性能分析

3.1 砷堿渣原料性狀及主要成分

砷堿渣為灰褐色，呈堿性，pH值約為11，含水率為32%。根據砷堿渣的特性，對原料進行檢測，其主要成分檢測結果如表2所示。

表2 砷堿渣檢測結果

3.2 砷堿渣浸出毒性分析

采用《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）對砷堿渣進行浸出毒性檢測，檢測結果如表3所示。檢測結果表明，砷堿渣中的砷浸出毒性為12150mg/L，超過國家標準限值的2429倍，屬于砷毒性嚴重超標的危險固廢，需要進行妥善處理處置。

表3 砷堿渣浸出毒性分析

4 砷堿渣礦化解毒處理工藝流程

砷堿渣經破碎研磨后，按照一定的液固比加水浸出；浸出后直接加入硫酸調節pH，再加入礦化劑B和礦化劑A進行礦化解毒，解毒后再進行養護。

4.1 砷堿渣礦化解毒處理

根據以往砷堿渣礦化解毒處理經驗，本研究所處理砷堿渣試驗考察因素有礦化劑B和礦化劑A的用量，具體考察參數如表4所示（按原渣重量的百分比計算）。

表4 試驗考察因素具體參數

4.2 試驗結果

4.2.1 礦化劑B用量考察試驗

根據以往砷堿渣處理經驗確定液固比（1.5:1）及硫酸用量，當礦化劑A用量為100%（按原渣重量的百分比計算）時，考察不同礦化劑B用量的處理效果。解毒渣采用HJ/T299-2007進行浸出毒性檢測，試驗結果如表5所示。

表5 礦化劑B用量考察試驗結果

由表5可以看出，當液固比為1.5:1、硫酸用量為50%、礦化劑A用量為100%時，礦化劑B的最佳用量為20%（按原渣重量的百分比計算），此時解毒渣pH值低于12，砷浸出毒性為1.38mg/L，達到《危險廢物填埋污染控制標準》（GB 18598-2019），可進行安全填埋處理。

4.2.2 礦化劑A用量考察試驗

根據以往砷堿渣研究經驗確定液固比（1.5:1）及硫酸用量，當礦化劑B用量為20%（按原渣重量的百分比計算）時，考察不同礦化劑A用量的處理效果。解毒渣采用HJ/T299-2007進行浸出毒性檢測，試驗結果如表6所示。

表6 礦化劑A用量考察試驗結果

由表6可以看出，當液固比為1.5:1、硫酸用量為50%、礦化劑B用量為20%時，礦化劑A的最佳用量為100%（按原渣重量的百分比計算），此時解毒渣pH值低于12，砷浸出毒性為1.18mg/L，達到《危險廢物填埋污染控制標準》（GB 18598-2019），可進行安全填埋處理。

4.3 試驗結果分析

對砷堿渣采用礦化解毒處理工藝，當液固比為1.5:1、硫酸用量為50%、礦化劑B用量為20%，礦化劑A用量為100%時，解毒渣pH值低于12，其浸出毒性砷濃度可穩定低于2.5mg/L，能夠滿足《危險廢物填埋污染控制標準》（GB 18598-2019），可進行安全填埋處理。砷堿渣解毒渣及其養護后分別如圖1和2所示。

圖1 解毒渣圖

圖2 解毒渣養護后

5 結語

（1）傳統的膠凝材料固化和石灰固化膠凝材料固化對毒性較高的砷堿渣難以有效實現解毒處理，而經穩定化解毒處理后的固化體所含的重金屬不容易被浸出，礦化解毒工藝適合處理砷堿渣。

（2）對砷堿渣采用礦化解毒處理工藝，當液固比為1.5:1、硫酸用量為50%、礦化劑B用量為20%，礦化劑A用量為100%時，解毒渣pH值低于12，砷浸出毒性能夠滿足《危險廢物填埋污染控制標準》（GB 18598-2019）要求，可進行安全填埋處理。

（3）采用礦化解毒處理工藝對砷堿渣進行無害化處理，可減少砷堿渣對環境的危害，尤其使產生砷堿渣的企業的周邊土壤環境得以整治，有利于區域環境質量和居民健康狀況的改善，具有顯著的環境效益和社會效益。