本發(fā)明涉及廢渣的處理領(lǐng)域，具體涉及一種電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

采選冶行業(yè)產(chǎn)生的廢渣產(chǎn)量大且具有較高的重金屬浸出毒性，隨著高品位礦產(chǎn)資源的逐步枯竭，采選冶業(yè)生產(chǎn)過程中排放的含砷重金屬固廢的新型污染源將更進一步突顯。如采礦、選礦過程中產(chǎn)生的尾砂、冶煉過程中產(chǎn)生的砷煙灰、砷堿渣、污酸渣、砷濾餅等含砷的廢渣將越來越多，堆積如山。而這些含砷廢渣若不及時妥善處理，含砷廢渣中含有的砷排入環(huán)境侵蝕植被、污染耕地、地下水資源，嚴重危及生態(tài)環(huán)境乃至人類的健康安全。據(jù)此，我國在《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》中指出環(huán)境領(lǐng)域的優(yōu)先主題重點研究綜合治污與廢棄物循環(huán)利用，開發(fā)非常規(guī)污染物控制技術(shù)，廢棄物等資源化利用技術(shù)，重污染行業(yè)清潔生產(chǎn)集成技術(shù)等。因此開發(fā)實用的多價態(tài)含砷廢渣的處理工藝及裝置，用于穩(wěn)定化處理含砷廢渣，防止砷及其重金屬污染物擴散，對構(gòu)建和諧“兩型”社會既迫在眉睫又意義深遠，既具備經(jīng)濟價值也具備社會價值。

目前，對于多價態(tài)共存的含砷廢渣的處理方法主要局限于煅燒固化、水泥固化兩大類?？陀^的說，直接高溫煅燒的方法運行成本能耗過高，達數(shù)百元每立方米，且煅燒的高溫過程存在砷的揮發(fā)使砷的二次污染和熱污染難以控制；雖然水泥固化的方法作為較為成熟的方法廣泛使用，但對于毒性較高的含砷廢渣降低到標準，需要的水泥添加量大，處理后體積往往比原來增加2-5倍，如此過高的增容比也給后續(xù)填埋和堆存造成了沉重的負擔。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述問題和不足，本發(fā)明一個目的在于提供一種成本低、無二次污染、處理后增容比小的一種電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝，包括以下步驟：步驟一：向含水量為50%-70%的含砷廢渣中添加氧化劑并進行攪拌使砷發(fā)生氧化反應；添加氧化劑的同時向含砷廢渣加持電場，所述電場的陰極位于含砷廢渣的中部，陽極位于含砷廢渣的四周以使含砷廢渣中的陰離子向陽極遷移聚集；步驟二：含砷廢渣中的砷在氧化反應完畢后，撤銷電場，再向含砷廢渣中添加穩(wěn)定劑并攪拌，使含砷廢渣中的砷發(fā)生反應將砷穩(wěn)定化，從而得到穩(wěn)定存在的砷的化合物；其中，在所述步驟一和步驟二中，始終對含砷廢渣的滲濾液進行過濾收集。

較佳的，所述氧化劑的加入體積與所述含砷廢渣砷的體積之比小于或等于1:10，所述氧化劑包含高錳酸鉀溶液、雙氧水溶液中的一種或多種，所述氧化劑的質(zhì)量分數(shù)為10%-30%，所述氧化劑經(jīng)過酸化處理，所述酸化處理所用酸為硫酸、硝酸中的一種或多種。

較佳的，所述穩(wěn)定劑的加入量為所述含砷廢渣質(zhì)量的0.2-0.3倍，所述穩(wěn)定劑為負載鐵的生物秸稈。

較佳的，所述含砷廢渣為含多價態(tài)砷的含砷廢渣。

較佳的，穩(wěn)定劑通過如下步驟制備：（1）按鐵鹽與生物秸稈質(zhì)量比為1:5-1:7備份;（2）將備份好的鐵鹽與生物秸稈混合進行機械球磨過篩得到穩(wěn)定劑。

較佳的，所述鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵中的一種或多種。其中，氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵均為工業(yè)級試劑。

本發(fā)明另一個目的在于提供一種電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)，包括：反應罐體，所述反應罐體上設(shè)置有廢渣進料口、氧化劑進料口、穩(wěn)定劑進料口、滲濾液出口和廢渣出口；

攪拌裝置，所述攪拌裝置包括設(shè)置在所述反應罐體內(nèi)部的攪拌槳；

電場生成裝置，所述電場生成裝置產(chǎn)生的電場的陰極位于所述反應罐體中心，所述電場生成裝置產(chǎn)生的電場的陽極位于反應罐體的外部。較佳的，所述電場生成裝置包括位于反應罐體內(nèi)的石墨電極以及纏繞在所述反應罐體的側(cè)壁外的金屬電極線，所述金屬電極線為銅線；

液體收集池，所述液體收集池連接于所述滲濾液出口。

較佳的，所述反應罐體的下部具有第一底壁、第二底壁和形成在所述第一底壁和第二底壁之間的儲液空間，所述第一底壁上設(shè)置有濾孔，所述滲濾液出口與所述儲液空間連通；優(yōu)選的，濾孔可用濾網(wǎng)圈代替，濾網(wǎng)圈靠近于反應罐體100側(cè)壁。

較佳的，所述儲液空間設(shè)置有導流結(jié)構(gòu)，所述導流結(jié)構(gòu)的上表面從所述反應罐體內(nèi)的中部朝向所述反應罐體的側(cè)壁逐漸降低，所述滲濾液出口設(shè)置在所述反應罐體的側(cè)壁上。

較佳的，所述廢渣出口位于所述反應罐體的下端中心，所述攪拌槳的漿葉構(gòu)造成：當所述槳葉順時針轉(zhuǎn)動時，該槳葉將物料向所述反應罐體的側(cè)壁推送，當所述槳葉逆時針轉(zhuǎn)動時，該槳葉將物料向所述反應罐體的中心軸線推送。

本發(fā)明提供的電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝具有以下有益效果：

（1）采用了添加氧化劑的同時向含砷廢渣加持電場的步驟，加持的電場能夠使含砷廢渣中的陰離子向電場的陽極遷移聚集成高濃度砷的滲濾液，部分高濃度砷的滲濾液被過濾收集，其他部分的滲濾液與氧化劑發(fā)生反應，因滲濾液聚集了大量的砷的陰離子提高了砷與氧化劑的反應速度。這種電場的氧化遷移協(xié)同使得含砷廢渣中砷含量降低，從根本上降低了含砷廢渣中砷的溶出率，降低了砷的處理量，節(jié)省了成本；同時使得本工藝能夠處理多價態(tài)、高濃度的含砷廢渣，處理范圍廣，適用性強；

（2）采用負載鐵的生物秸稈作為穩(wěn)定劑，該穩(wěn)定劑具有較大的比表面積，提高了砷與穩(wěn)定劑的反應效率從而減少了穩(wěn)定劑的添加量，節(jié)省了成本，同時使得處理后的含砷廢渣體積膨脹小，即處理后的含砷廢渣的增容比小；

（3）本工藝全程無廢氣和粉塵產(chǎn)生、收集的滲濾液將砷與重金屬分離得以實現(xiàn)資源化而無廢水排出，從而使本工藝無二次污染。

綜上，本發(fā)明提供的電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣工藝成本低、處理范圍廣、處理后的含砷廢渣增容比小、無二次污染。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)較佳實施例的整體示意圖；

圖2為本發(fā)明的電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝結(jié)合電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)的第二步原理圖；

圖3為圖2電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝結(jié)合電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)的第二步原理圖的局部放大圖；

圖4為本發(fā)明的電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝結(jié)合電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)的第三步的原理圖；

圖5為圖4電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝結(jié)合電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)的第三步的原理圖的局部放大圖。

圖1中，100：反應罐體；110：廢渣進料口；111：皮帶輸送機；112：第一管道； 120：氧化劑進料口；121：計量泵；122：第二管道；123：噴嘴；124：閥門；130：穩(wěn)定劑進料口；131：螺旋輸送機；132：第三管道；140：滲濾液出口；150：廢渣出口；160：第一底壁；170：第二底壁；180：儲液空間；181：導流結(jié)構(gòu)；190：電子計量秤；200：攪拌裝置；210：攪拌槳；211：漿葉；220：電機；300電場生成裝置；310：石墨電極；320：金屬電極線；400：液體收集池。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。需要說明的是，如果不沖突，本發(fā)明實施例以及實施例中的各個特征可以相互結(jié)合，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

實施例1

結(jié)合圖1，對本發(fā)明提供的一種電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)進行說明：

一種電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)，包括：反應罐體100，反應罐體100上設(shè)置有廢渣進料口110、氧化劑進料口120、穩(wěn)定劑進料口130、滲濾液出口140和廢渣出口150。廢渣進料口110連接帶有皮帶輸送機111的第一管道112；氧化劑進料口120連接帶有計量泵121的第二管道122，氧化劑出料口120還設(shè)有噴嘴123，噴嘴123置于反應罐體100內(nèi)；穩(wěn)定劑進料口130連接帶有螺旋輸送機131的第三管道132。第一管道112、第二管道122（閥門124，其他閥門未一一標注）、第三管道132均設(shè)有閥門。廢渣進料口110、氧化劑進料口120、穩(wěn)定劑進料口130、滲濾液出口140和廢渣出口150均設(shè)有閥門。反應罐體100底部還設(shè)有電子計量秤190，電子計量秤190分別連接皮帶輸送機111、螺旋輸送機131。

電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)還包括：攪拌裝置200，攪拌裝置200包括設(shè)置在反應罐體內(nèi)部的攪拌槳210；攪拌槳210設(shè)有槳葉211，漿葉211構(gòu)造成：當槳葉211順時針轉(zhuǎn)動時，該槳葉211將物料向反應罐體的側(cè)壁推送，當槳葉211逆時針轉(zhuǎn)動時，該槳葉211將物料向反應罐體的中心軸線推送；槳葉211優(yōu)選為SIGMA型槳葉。

電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)還包括：電場生成裝置300，電場生成裝置300包括石墨電極310與金屬電極線320，石墨電極310位于反應罐體100中心并連接電源陰極、金屬電極線320纏繞于反應罐體100側(cè)壁外并連接電源陽極。當開啟電場生成裝置300電源時，形成反應罐體100側(cè)壁朝反應罐體100中心輻射的電場，此時石墨電極310為電場陰極、反應罐體100側(cè)壁為電場陽極，電源為小于或等于200V的直流電，金屬電極線為銅線。

電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的系統(tǒng)還包括：液體收集池400，液體收集池400連接于滲濾液出口140。

較佳的，反應罐體100的下部具有第一底壁160、第二底壁170和形成在第一底壁160和第二底壁170之間的儲液空間180，滲濾液出口140與儲液空間180連通。第一底壁160上設(shè)置有濾孔，濾孔可用濾網(wǎng)圈代替，濾網(wǎng)圈靠近于反應罐體100側(cè)壁；廢渣出口150豎直貫穿儲液空間180中心。

較佳的，儲液空間180設(shè)置有導流結(jié)構(gòu)181，導流結(jié)構(gòu)181的上表面從反應罐體100內(nèi)的中部朝向反應罐體100的側(cè)壁逐漸降低，滲濾液出口140設(shè)置在反應罐體100的側(cè)壁上。

實施例2

本發(fā)明還提供了一種電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝，包括以下步驟：

步驟一：向含水量為50%-70%的含砷廢渣中添加氧化劑并進行攪拌使砷發(fā)生氧化反應；添加氧化劑的同時向含砷廢渣加持電場，電場的陰極位于含砷廢渣的中部，陽極位于含砷廢渣的四周以使含砷廢渣中的陰離子向陽極遷移聚集。其中，氧化劑的加入體積與含砷廢渣砷的體積之比小于或等于1:10，氧化劑包含高錳酸鉀溶液、雙氧水溶液中的一種或多種，氧化劑的質(zhì)量分數(shù)為10%-30%，氧化劑經(jīng)過酸化處理，酸化處理所用酸為硫酸、硝酸中的一種或多種；

步驟二：含砷廢渣中的砷在氧化反應完畢后，撤銷電場，再向含砷廢渣中添加穩(wěn)定劑并繼續(xù)攪拌，使含砷廢渣中的砷發(fā)生反應將砷穩(wěn)定化，從而得到穩(wěn)定存在的砷的化合物。穩(wěn)定劑的加入量為含砷廢渣質(zhì)量的0.2-0.3倍，穩(wěn)定劑為負載鐵的生物秸稈。其中，砷的穩(wěn)定化是使砷變成穩(wěn)定存在的砷的化合物的反應。

在步驟一和步驟二中，始終對含砷廢渣的滲濾液進行過濾收集。當含砷廢渣中的砷含量高時，電場加持使得含砷廢渣中的陰離子向陽極遷移聚集形成高濃度砷溶液或砷過飽和溶液，砷的過飽和溶液析出砷鹽，析出的砷鹽溶解于氧化劑的水溶液與高濃度砷溶液一同被過濾收集。氧化劑水溶液、高濃度砷溶液及含砷廢渣本身的水溶液都為含砷廢渣的滲濾液。

較佳的，穩(wěn)定劑通過如下步驟制備：先按鐵鹽與生物秸稈質(zhì)量比為1:5-1：7備份，再將備份好的鐵鹽與生物秸稈混合進行機械球磨過篩得到穩(wěn)定劑。

較佳的，鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、聚合硫酸鐵中的一種或多種。

較佳的，含砷廢渣為含多價態(tài)砷的含砷廢渣。

處理的含砷廢渣是板框壓濾機、帶式壓濾機、離心分離機產(chǎn)出的濕渣，含砷廢渣的含水率范圍為50%-70%，符合本工藝要求，不需要對含砷廢渣進行脫水再處理，簡化了工藝從而節(jié)約了成本；含砷廢渣中的砷主要以砷的陰離子的形式存在。

電場的協(xié)同作用使得排出含砷廢渣體系的滲濾液的含鹽量更高。廢渣中的可溶態(tài)砷及無機鹽在電場遷移及攪拌擠壓的驅(qū)動作用下隨滲濾液排出了體系，降低了廢渣中總砷和總鹽的含量，從根本上降低了體系中砷的溶出率。如此循環(huán)往復析出砷鹽再溶解被收集，大大降低了含砷廢渣體系中的砷含量，減少了需要穩(wěn)定化處理砷的總量，配合該工藝過程能夠?qū)閺U渣滲濾液進行收集以便于回收和資源化，使得整個工藝能夠處理高濃度、不同價態(tài)的砷的含砷廢渣，處理范圍大，具有很強的適用性。

實施例3

參考圖2、圖4，并結(jié)合本發(fā)明提供的處理含砷廢渣的系統(tǒng)對電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣的工藝進行詳細的說明。

第一步：含砷廢渣通過皮帶輸送機111輸送至廢渣進料口110進入到反應罐體100內(nèi)，含砷廢渣的加入量不超過反應罐體100容積的一半。其中，皮帶輸送機111連接電子計量秤190，電子計量泵190計量反應罐體100增加的重量，當反應罐體100的增加的重量達到預定設(shè)置值后，電子計量秤190反饋電子信號來關(guān)閉皮帶輸送機111停止含砷廢渣的輸送，這樣達到了計量含砷廢渣的目的。

第二步：啟動電機220攪拌含砷廢渣、開啟電場生成裝置300，再向含砷廢渣加入質(zhì)量分數(shù)25%的經(jīng)過硫酸酸化處理的高錳酸鉀溶液。高錳酸鉀溶液經(jīng)計量泵121計量并通過第一管道122輸送至氧化劑進料口120、再由噴嘴123向含砷廢渣緩慢噴灑，高錳酸鉀溶液體積為含砷廢渣體積的8%；當高錳酸鉀溶液加入完畢后，繼續(xù)攪拌含砷廢渣20min后關(guān)閉電場電源。與電機220連接的攪拌槳210的攪拌速度為1-3rpm、攪拌方向為順時針，攪拌槳210 順時針攪拌時將含砷廢渣推送至反應罐體100側(cè)壁以擠壓出含砷廢渣的水溶液，含砷廢渣的水溶液、高錳酸鉀溶液（包括氧化反應中的高錳酸鉀溶液與氧化反應完畢后的高錳酸鉀溶液）都為含砷廢渣的滲濾液。

第三步：關(guān)閉電源后，向含砷廢渣中加入穩(wěn)定劑（負載鐵的生物秸稈），再提高攪拌槳210轉(zhuǎn)速至5-10rpm，穩(wěn)定劑加入量為含砷廢渣質(zhì)量的0.25倍，穩(wěn)定劑經(jīng)螺旋輸送機131計量后輸送至穩(wěn)定劑進料口130、再進入反應罐體100內(nèi)與含砷廢渣中殘存的砷反應使砷穩(wěn)定化，穩(wěn)定劑加入完畢后，繼續(xù)攪拌含砷廢渣10min后切換攪拌槳210轉(zhuǎn)向為逆時針攪拌，攪拌槳210逆時針攪拌時將含砷廢渣朝廢渣出口150推送，廢渣出口150排送含砷廢渣完畢后完成一次含砷廢渣的處理。其中，螺旋輸送機131連接電子計量秤190，電子計量泵190計量反應罐體100（包括含砷廢渣）增加的重量，當反應罐體100的增加的重量達到預定設(shè)置值后，電子計量秤190反饋電子信號來關(guān)閉螺旋輸送機131停止含砷廢渣的輸送，這樣達到了計量穩(wěn)定劑的目的；

處理后的含砷廢渣進行砷的浸出毒性檢測[浸出毒性檢測按照GB5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》檢測]，檢測得知含砷廢渣的砷浸出毒性小于2.5mg/L；處理后的含砷廢渣的體積相較處理前的含砷廢渣的體積膨脹小，即處理后的含砷廢渣增容比小。

在第一步、第二步、第三步中全程對含砷廢渣的滲濾液進行收集，滲濾液被收集于儲液空間180經(jīng)滲濾液出口140排出到液體收集池400，液體收集池400收集的滲濾液經(jīng)集中處理實現(xiàn)滲濾液的資源化。

結(jié)合圖2，圖3，圖4，圖5對本工藝的原理進行具體的說明：先向含砷廢渣加入氧化劑并加持電場進行攪拌，其中氧化劑使砷進行氧化反應，最具代表性的砷氧化反應是AsO3- 3被氧化成AsO3- 4；加持的電場的正極位于反應罐的側(cè)壁外，使得AsO3- 3、AsO3- 4、Cl^-等陰離子朝反應罐的側(cè)壁聚集成高濃度的滲濾液并流過濾網(wǎng)圈被排出收集，同時由于電場正極聚集了大量砷的陰離子，間接的使砷氧化反應速度加快。當含砷廢渣中砷含量較高時，電場正極處含砷廢渣的滲濾液會形成砷的過飽和溶液從而析出砷鹽，析出的砷鹽再溶于氧化劑的水溶液被排出收集，這樣循環(huán)往復的將砷鹽析出溶解排出，大大降低了含砷廢渣中的砷含量，使本工藝能夠運用于高濃度，多價態(tài)砷的含砷廢渣的處理。

氧化反應完畢后，關(guān)閉電場，加入穩(wěn)定劑（負載鐵的生物秸稈），穩(wěn)定劑中的鐵與含砷廢渣中殘存的AsO3- 4等砷的陰離子發(fā)生反應（Fe³⁺+ AsO3- 4FeAsO₄ ），生成穩(wěn)定存在的砷的化合物（FeAsO₄等砷的化合物），這樣使得處理過后的含砷廢渣中砷的浸出毒性值小，達到了含砷廢渣排放的標準。

本發(fā)明提供的電場協(xié)同穩(wěn)定化處理多價態(tài)含砷廢渣工藝成本低、處理范圍廣、處理后的含砷廢渣增容比小、無二次污染。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。