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1. WO2020107521 - PROCÉDÉ DE TRANSFORMATION DE SCORIES DE SULFURE D'ARSENIC ET DE DURCISSEMENT ET DE STABILISATION DE COMPOSÉ RÉSULTANT PAR MICROENCAPSULATION

Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084  

权利要求书

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说明书

发明名称 : 一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法

技术领域

[0001]
本发明涉及一种硫化砷渣处理处置方法,尤其涉及一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,属于危险废物处理领域,适用于含砷废物的处理。

背景技术

[0002]
在化工、冶金生产过程中通常会产生大量高砷污酸,通常采用硫化物沉淀法去除废液中的砷,得到硫化砷渣。目前,固化稳定化是国内外通常采用的处理硫化砷渣的技术,通常采用水泥、石灰等无机物材料进行固化,由于水泥添加量大,固化后产物增容比大,导致处置成本较高。
[0003]
专利CN102151690A公开了一种处理硫化砷渣的方法,通过往硫化砷渣中加入无机絮凝剂液,搅拌均匀后再加入固体粉末吸附剂,最后加入石棉绒搅拌,使得砷的浸出毒性满足危废入场要求,但是固化后的砷渣长期稳定性差。
[0004]
硫化砷渣一般含有有价金属,如Cu、Bi等,但由于其砷含量高,在回收有价金属时一般要先回收砷。专利CN103388076A公开了一种从硫化砷渣中回收单质砷的方法,通过氧化脱硫浸出-酸化还原工艺得到砷纯度大于98%的单质砷,回收率达到99%,但是单质砷的纯度低,且表面容易氧化,限制了该方法的应用。专利CN107012340A公开了一种全湿法从硫化砷废渣中提取砷的工艺,将硫化砷渣通过氧压浸出,固液分离,得到硫渣和含五价砷和硫酸的浸出液,将硫化砷废渣作为还原剂还原五价砷,固液分离得到三价砷的溶液,经过冷却结晶、干燥得到砷白产品,但是得到的砷白产品具有较高毒性。
[0005]
目前,硫化砷渣的处理处置方法中,均未解决砷渣固化的长期稳定性及砷回收后的毒性问题。因此,开发一种硫化砷渣转型制备低毒性、高稳定性的砷化合物,同时具备高效的固化稳定化效果的方法具有重要的现实意义。
[0006]
发明内容
[0007]
本发明的目的在于针对现有硫化砷渣处理中所存在的问题,提供一种硫化砷渣转型及高效微胶囊固化稳定化方法。
[0008]
为实现本发明的目的,本发明是通过以下技术方案实现的:
[0009]
一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,所述方法包括如下步骤:
[0010]
第一步:硫化砷渣制备三氧化二砷。
[0011]
首先将硫化砷渣加入50%浓度(质量分数)的硫酸溶液,液固比(质量比)为5:1,在浆化槽中进行搅拌浆化,其中搅拌速度为300-500rpm/min,搅拌时间1-2h。浆化完成后的浆液泵入高压反应釜中,加70%浓度(质量分数)的硫酸溶液,调节反应釜中液固比(质量比)为7:1,釜内温度150-160℃,向反应釜中通入氧气,控制氧分压0.6-0.7MPa,对硫化砷渣进行加压氧化浸出,浸出反应时间3-4h。浸出反应结束后进行过滤实现固液分离,过滤液泵入密闭反应釜,然后通入二氧化硫进行还原,还原后冷却结晶,过滤,净化得到三氧化二砷。
[0012]
第二步:三氧化二砷制备4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0013]
①、将稍过量的苯胺加入微波加热反应釜中,开始加温至60-70℃,稍后,将由第一步制备的三氧化二砷与0.5mol/L的过量双氧水反应所生成的正胂酸溶液均匀加入反应釜中,继续升温至165-180℃,进行高温合成阿散酸。
[0014]
②、阿散酸净化:先向步骤①中高温生成的阿散酸中加入浓度1mol/L的氢氧化钠溶液进行碱分层,其中液固比(质量比)为2:1,从移除的上浮液中除去高温合成反应后残留的废苯胺,然后加入适量的浓度为1mol/L的盐酸,将溶液中和至pH值3.5-5.0;再加一定量的水,水与盐酸体积比为1:2,同时将溶液加热至沸腾100-105℃进行水解,除去高温合成阿散酸副产物。水解完成后,将溶液移至结晶池中在0-10℃下冷却结晶,待阿散酸充分结晶后进行过滤,然后将滤饼碾碎重新加入水调浆,水与阿散酸液固比(质量比)为2:1,并加入浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至6-7,同时将溶液加热至95℃,加入活性炭脱色除杂,除杂完成后将溶液过滤,滤液冷却结晶、在-10℃下冷冻干燥得到阿散酸。
[0015]
③、4-羟基-3-硝基苯胂酸合成:将上述得到的阿散酸加入反应釜中,先加入浓硝酸(质量分数一般为68%-70%),并调整好温度,再逐渐加入亚硝酸钠溶液,在一定温度下进行重氮化,重氮化温度为0-10℃。其中阿散酸、硝酸、亚硝酸钠的摩尔比为:5:6:0.7。重氮化完成后,将溶液进行水解、硝化,当温度升至55-75℃时,恒温反应1h,确保放氮放尽后,再继续升温至 95-115℃,并停止加温。水解、硝化完成后,进行冷却结晶,结晶完成后析出上清液,经过抽滤、冷冻干燥、粉碎获得4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0016]
第三步:合成多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0017]
10mL的0.1mol/L水合高氯酸铁溶液、10mL的0.1mol/L水合高氯酸锰溶液,10mL的0.1mol/L络合溶液混合,然后加入20mL的0.2mol/L的4-羟基-3-硝基苯胂酸热水溶液,温度为80℃,搅拌加入例如浓度为3M的盐酸溶液调节pH值为3.5-5.5,然后加入2g的模板剂,调节溶液温度为60℃,溶胶凝胶反应搅拌24h,然后在80℃的烘箱中蒸发,最终干的凝胶在一定温度下以2℃/min的升温速率煅烧4h,优选地煅烧温度为300-400℃,得到多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0018]
第四步:表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0019]
将多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物均匀分散至体积比为1:1的醇水溶液,液固比(质量比)为10:1,在40℃的水浴中以800r/min的转速搅拌,逐滴加入表面包覆剂,其中表面包覆剂与金属胂酸盐化合物的质量比为1:50,提高搅拌速度至1000r/min保持1h,完成后抽滤、洗涤、80℃下干燥、研磨得到表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0020]
第五步:制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[0021]
①、首先制备Al-SBA-15介孔材料。称取一定量的模板剂和表面活性剂溶解到100mL的去离子水中,在40℃的水浴中搅拌溶解均匀,然后称取一定质量的硝酸铝加入到上述溶液中溶解均匀,保持稳定不变,向上述溶液中加入正硅酸乙酯,在40℃的水浴中继续搅拌48h,然后将反应产物转移至反应釜,在105-115℃的温度下水热反应24h,最后抽滤、洗涤、烘干,并于650℃下以2℃/min的升温速率煅烧6h,获得Al-SBA-15介孔材料,其中模板剂、表面活性剂、硝酸铝、正硅酸乙酯的质量比为:40:20:1:40。
[0022]
②、制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。将一定量的硫酸亚铁充分溶解到100mL乙醇水溶液,然后加入Al-SBA-15介孔材料粉体于上述溶液中超声分散5min,完成后继续搅拌20h,然后转移至500mL的三口烧瓶中,通入氮气15min除去溶解氧;然后向上述溶液中加入聚乙二醇4000,搅拌30min,用1M NaOH溶液将pH值调为6;最后,在不断揽拌下,用分液漏斗逐滴加入(1滴/秒)0.1mol/L还原剂水溶液,滴加完后再持续反应40min。其 中硫酸亚铁、Al-SBA-15介孔材料粉体、聚乙二醇4000、还原剂的质量比为4:4:1:2。反应后,待混合物沉到瓶底离心分离沉淀物,所得的沉淀物用脱氧去离子水和脱氧无水乙醇交替洗涤3次,于70℃在真空干燥箱烘干冷却得到Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[0023]
第六步:微胶囊固化稳定化。
[0024]
按照一定质量份数称取55-65质量份表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物、10-15质量份Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂、8-12质量份固定化剂、3-5质量份固化酶在25℃下进行固化稳定化,固化体在30℃下养护3d。
[0025]
优选地,第三步中络合溶液为柠檬酸铵溶液。
[0026]
优选地,第三步中模板剂为F127。
[0027]
优选地,第四步中表面包覆剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
[0028]
优选地,第五步中模板剂为P123,表面活性剂为聚乙二醇4000。
[0029]
优选地,第五步中还原剂为硼氢化钾。
[0030]
优选地,第六步中固定化剂为累托石粉体,进一步优选地,所述累托石粉体的平均粒径为5μm。
[0031]
优选地,第六步中固化酶为TerraZyme生物固化酶。
[0032]
本发明提供的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法具有如下积极效果:
[0033]
(1)、本发明提供的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,以硫化砷渣为原料,通过转型制备4-羟基-3-硝基苯胂酸,最终制备出多孔结构的金属胂酸盐化合物,较传统砷化合物具有稳定性好,毒性低的特点,大大降低了砷化合物的毒性。
[0034]
(2)、本发明提供的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,通过合成Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合材料作为稳定化剂,筛选累托石粉体与液态TerraZyme(泰然酶)生物复合固化酶为固定化剂,对转型制备的多孔结构的金属胂酸盐化合物进行微胶囊固化,进一步降低了化合物的浸出毒性。

具体实施方式

[0035]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0036]
实施例1:本实施例提供的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,包括以下步骤:
[0037]
第一步:硫化砷渣制备三氧化二砷。首先将硫化砷渣加入50%浓度(质量分数)的硫酸溶液,液固质量比为5:1,在浆化槽中进行搅拌浆化,其中搅拌速度为300rpm/min,搅拌时间1h。浆化完成后的浆液泵入高压反应釜中,加入70%浓度(质量分数)的硫酸溶液,调节反应釜中液固质量比为7:1,釜内温度150℃,向反应釜中通入氧气,控制氧分压0.6MPa,对硫化砷渣进行加压氧化浸出,浸出反应时间3h。反应结束后进行过滤实现固液分离,过滤液泵入密闭反应釜,然后通入二氧化硫还原,冷却结晶,过滤,净化得到三氧化二砷。
[0038]
第二步:三氧化二砷制备4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0039]
①、将稍过量的苯胺加入微波加热反应釜中,开始加温至60℃,稍后,将由三氧化二砷与0.5mol/L过量的双氧水反应生成的正胂酸溶液均匀加入反应釜中,继续升温至165℃,进行高温合成阿散酸。
[0040]
②、阿散酸净化:先加入1mol/L的氢氧化钠溶液进行碱分层,其中液固比(质量比)为2:1,从移除的上浮液中除去高温合成反应后残留的废苯胺,然后加入1mol/L的盐酸,将溶液中和至pH值3.5;再加水,水与盐酸体积比为1:2,同时将溶液加热至沸腾100℃进行水解,除去高温合成阿散酸副产物。水解完成后,将溶液移至结晶池中在0℃下冷却结晶,待阿散酸充分结晶后进行过滤,然后将滤饼碾碎从新加水调浆,水与阿散酸液固比(质量比)为2:1,并加入0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至6,同时将溶液加热至95℃,加入活性炭脱色除杂,除杂完成后将溶液过滤,滤液冷却结晶、在-10℃下冷冻干燥得到阿散酸。
[0041]
③、4-羟基-3-硝基苯胂酸合成:将上述得到的阿散酸加入反应釜中,先加入硝酸,并调整好温度,再逐渐加入亚硝酸钠溶液,在0℃温度下进行 重氮化。其中阿散酸、硝酸、亚硝酸钠的摩尔比为:5:6:0.7。重氮化完成后,将溶液移进行水解、硝化,当温度升至55℃时,恒温反应1h,确保放氮放尽后,再继续升温至95℃,并停止加温。水解、硝化完成后,进行冷却结晶,结晶完成后析出上清液,经过抽滤、冷冻干燥、粉碎获得4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0042]
第三步:合成多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。10mL的0.1mol/L水合高氯酸铁溶液、10mL的0.1mol/L的水合高氯酸锰溶液,10mL的0.1mol/L的柠檬酸铵溶液混合,然后加入20mL的0.2mol/L的4-羟基-3-硝基苯胂酸热水溶液,温度为80℃,搅拌加入3M的盐酸溶液调节pH值为3.5,然后加入2g的F127,调节溶液温度为60℃,溶胶凝胶反应搅拌24h,然后在80℃的烘箱中蒸发,最终干的凝胶在300℃下以2℃/min的升温速率煅烧4h,得到多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0043]
第四步:表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。将多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物均匀分散至体积比为1:1的醇水溶液,在40℃的水浴中以800r/min的转速搅拌,逐滴加入3-氨丙基三乙氧基硅烷,其中表面包覆剂与金属胂酸盐化合物的质量比为1:50,提高搅拌速度至1000r/min保持1h,完成后抽滤、洗涤、80℃下干燥、研磨得到表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0044]
第五步:制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[0045]
①、首先制备Al-SBA-15介孔材料。称取一定量的P123和聚乙二醇4000溶解到100mL的去离子水中,在40℃的水浴中搅拌溶解均匀,然后称取一定质量的硝酸铝加入到上述溶液中溶解均匀,保持稳定不变,向上述溶液中加入正硅酸乙酯,在40℃的水浴中继续搅拌48h,然后将反应产物转移至反应釜,在一定温度105℃下水热反应24h,最后抽滤、洗涤、烘干,并于650℃下以2℃/min的升温速率煅烧6h,获得Al-SBA-15介孔材料,其中P123、聚乙二醇4000、硝酸铝、正硅酸乙酯的质量比为:40:20:1:40。
[0046]
②、制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。将一定量的硫酸亚铁充分溶解到100mL乙醇水溶液,然后加入Al-SBA-15介孔材料粉体于上述溶液中超声分散5min,完成后继续搅拌20h,然后转移至500mL的三口烧瓶中,通入氮气15min除去溶解氧;然后向上述溶液中加入聚乙二醇4000,搅拌 30min,用1M NaOH溶液将pH值调为6;最后,在不断揽拌下,用分液漏斗逐滴加入(1滴/秒)50mL硼氢化钾的水溶液,滴加完后再持续反应40min。其中硫酸亚铁、Al-SBA-15介孔材料粉体、聚乙二醇4000、硼氢化钾的质量比为4:4:1:2。反应后,待混合物沉到瓶底离心分离沉淀物,所得的沉淀物用脱氧去离子水和脱氧无水乙醇交替洗涤3次,于70℃在真空干燥箱烘干冷却得到Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体。
[0047]
第六步:微胶囊固化稳定化。称取55质量份表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物、10质量份Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体、8质量份累托石粉体、3质量份TerraZyme生物固化酶进行固化稳定化,固化体在30℃下养护3d。所得微胶囊固化稳定化产物按照危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别(GB5085.3-2007)标准检测,浸出毒性测试As为0.08ppm,完全满足安全填埋场的填埋标准。
[0048]
实施例2:本实施例提供的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,包括以下步骤:
[0049]
第一步:硫化砷渣制备三氧化二砷。首先将硫化砷渣加入50%浓度(质量分数)的硫酸溶液,液固质量比为5:1,在浆化槽中进行搅拌浆化,其中搅拌速度为500rpm/min,搅拌时间2h。浆化完成后的浆液泵入高压反应釜中,加入70%浓度(质量分数)的硫酸溶液,调节反应釜中液固质量比为7:1,釜内温度160℃,向反应釜中通入氧气,控制氧分压0.7MPa,对硫化砷渣进行加压氧化浸出,浸出反应时间4h。反应结束后进行过滤实现固液分离,过滤液泵入密闭反应釜,然后通入二氧化硫还原,冷却结晶,过滤,净化得到三氧化二砷。
[0050]
第二步:三氧化二砷制备4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0051]
①、将稍过量的苯胺加入微波加热反应釜中,开始加温至70℃,稍后,将由三氧化二砷与0.5mol/L过量的双氧水反应生成的正胂酸溶液均匀加入反应釜中,继续升温至180℃,进行高温合成阿散酸。
[0052]
②、阿散酸净化:先加入1mol/L的氢氧化钠溶液进行碱分层,其中液固比(质量比)为2:1,从移除的上浮液中除去高温合成反应后残留的废苯胺,然后加入1mol/L的盐酸,将溶液中和至pH值5.0;再加水,水与盐酸 体积比为1:2,同时将溶液加热至沸腾105℃进行水解,除去高温合成阿散酸副产物。水解完成后,将溶液移至结晶池中在10℃下冷却结晶,待阿散酸充分结晶后进行过滤,然后将滤饼碾碎从新加水调浆,水与阿散酸液固比(质量比)为2:1,并加入0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至7,同时将溶液加热至95℃,加入活性炭脱色除杂,除杂完成后将溶液过滤,滤液冷却结晶、在-10℃下冷冻干燥得到阿散酸。
[0053]
③、4-羟基-3-硝基苯胂酸合成:将上述得到的阿散酸加入反应釜中,先加入硝酸,并调整好温度,再逐渐加入亚硝酸钠溶液,在10℃温度下进行重氮化。其中阿散酸、硝酸、亚硝酸钠的摩尔比为:5:6:0.7。重氮化完成后,将溶液移进行水解、硝化,当温度升至75℃时,恒温反应1h,确保放氮放尽后,再继续升温至115℃,并停止加温。水解、硝化完成后,进行冷却结晶,结晶完成后析出上清液,经过抽滤、冷冻干燥、粉碎获得4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0054]
第三步:合成多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。10mL的0.1mol/L的水合高氯酸铁溶液、10mL的0.1mol/L的水合高氯酸锰溶液,10mL的0.1mol/L的柠檬酸铵溶液混合,然后加入20mL的0.2mol/L的4-羟基-3-硝基苯胂酸热水溶液,温度为80℃,搅拌加入3M的盐酸溶液调节pH值为5.5,然后加入2g的F127,调节溶液温度为60℃,溶胶凝胶反应搅拌24h,然后在80℃的烘箱中蒸发,最终干的凝胶在400℃下以2℃/min的升温速率煅烧4h,得到多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0055]
第四步:表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。将多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物均匀分散至体积比为1:1的醇水溶液,在40℃的水浴中以800r/min的转速搅拌,逐滴加入3-氨丙基三乙氧基硅烷,其中表面包覆剂与金属胂酸盐化合物的质量比为1:50,提高搅拌速度至1000r/min保持1h,完成后抽滤、洗涤、80℃下干燥、研磨得到表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0056]
第五步:制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[0057]
①、首先制备Al-SBA-15介孔材料。称取一定量的P123和聚乙二醇4000溶解到100mL的去离子水中,在40℃的水浴中搅拌溶解均匀,然后称取一定质量的硝酸铝加入到上述溶液中溶解均匀,保持稳定不变,向上述溶液中 加入正硅酸乙酯,在40℃的水浴中继续搅拌48h,然后将反应产物转移至反应釜,在一定温度115℃下水热反应24h,最后抽滤、洗涤、烘干,并于650℃下以2℃/min的升温速率煅烧6h,获得Al-SBA-15介孔材料,其中P123、聚乙二醇4000、硝酸铝、正硅酸乙酯的质量比为:40:20:1:40。
[0058]
②、制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。将一定量的硫酸亚铁充分溶解到100mL乙醇水溶液,然后加入Al-SBA-15粉体于上述溶液中超声分散5min,完成后继续搅拌20h,然后转移至500mL的三口烧瓶中,通入氮气15min除去溶解氧;然后向上述溶液中加入聚乙二醇4000,搅拌30min,用1M NaOH溶液将pH值调为6;最后,在不断揽拌下,用分液漏斗逐滴加入(1滴/秒)50mL硼氢化钾的水溶液,滴加完后再持续反应40min。其中硫酸亚铁、Al-SBA-15介孔材料粉体、聚乙二醇4000、硼氢化钾的质量比为4:4:1:2。反应后,待混合物沉到瓶底离心分离沉淀物,所得的沉淀物用脱氧去离子水和脱氧无水乙醇交替洗涤3次,于70℃在真空干燥箱烘干冷却得到Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体。
[0059]
第六步:微胶囊固化稳定化。称取65质量份表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物、15质量份Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体、12质量份累托石粉体、5质量份TerraZyme生物固化酶进行固化稳定化,固化体在30℃下养护3d。所得微胶囊固化稳定化产物按照危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别(GB5085.3-2007)标准检测,浸出毒性测试As为0.02ppm,完全满足安全填埋场的填埋标准。
[0060]
实施例3:本实施例提供的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,包括以下步骤:
[0061]
第一步:硫化砷渣制备三氧化二砷。首先将硫化砷渣加入50%浓度(质量分数)的硫酸溶液,液固质量比为5:1,在浆化槽中进行搅拌浆化,其中搅拌速度为450rpm/min,搅拌时间1.5h。浆化完成后的浆液泵入高压反应釜中,加入70%浓度(质量分数)的硫酸溶液,调节反应釜中液固质量比为7:1,釜内温度158℃,向反应釜中通入氧气,控制氧分压0.67MPa,对硫化砷渣进行加压氧化浸出,浸出反应时间3.5h。反应结束后进行过滤实现固液分离,过滤液泵入密闭反应釜,然后通入二氧化硫还原,冷却结晶,过滤,净化得 到三氧化二砷。
[0062]
第二步:三氧化二砷制备4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0063]
①、将稍过量的苯胺加入微波加热反应釜中,开始加温,稍后,将由三氧化二砷与双氧水反应生成的正胂酸溶液均匀加入反应釜中,继续升温至175℃,进行高温合成阿散酸。
[0064]
②、阿散酸净化:先加入1mol/L的氢氧化钠溶液进行碱分层,其中液固比(质量比)为2:1,从移除的上浮液中除去高温合成反应后残留的废苯胺,然后加入1mol/L的盐酸,将溶液中和至pH值4.5;再加水,水与盐酸体积比为1:2,同时将溶液加热至沸腾103℃进行水解,除去高温合成阿散酸副产物。水解完成后,将溶液移至结晶池中在7℃下冷却结晶,待阿散酸充分结晶后进行过滤,然后将滤饼碾碎从新加水调浆,水与阿散酸液固比(质量比)为2:1,并加入0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至6.5,同时将溶液加热至95℃,加入活性炭脱色除杂,除杂完成后将溶液过滤,滤液冷却结晶、在-10℃下冷冻干燥得到阿散酸。
[0065]
③、4-羟基-3-硝基苯胂酸合成:将上述得到的阿散酸加入反应釜中,先加入硝酸,并调整好温度,再逐渐加入亚硝酸钠溶液,在7℃温度下进行重氮化。其中阿散酸、硝酸、亚硝酸钠的摩尔比为:5:6:0.7。重氮化完成后,将溶液移进行水解、硝化,当温度升至65℃时,恒温反应1h,确保放氮放尽后,再继续升温至105℃,并停止加温。水解、硝化完成后,进行冷却结晶,结晶完成后析出上清液,经过抽滤、冷冻干燥、粉碎获得4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0066]
第三步:合成多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。10mL的0.1mol/L的水合高氯酸铁溶液、10mL的0.1mol/L的水合高氯酸锰溶液,10mL的0.1mol/L的柠檬酸铵溶液混合,然后加入20mL的0.2mol/L的4-羟基-3-硝基苯胂酸热水溶液,温度为80℃,搅拌加入3M的盐酸溶液调节pH值为5.0,然后加入2g的F127,调节溶液温度为60℃,溶胶凝胶反应搅拌24h,然后在80℃的烘箱中蒸发,最终干的凝胶在350℃下以2℃/min的升温速率煅烧4h,得到多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0067]
第四步:表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。将多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物均匀分散至体积比为1:1的醇水溶 液,在40℃的水浴中以800r/min的转速搅拌,逐滴加入3-氨丙基三乙氧基硅烷,其中表面包覆剂与金属胂酸盐化合物的质量比为1:50,提高搅拌速度至1000r/min保持1h,完成后抽滤、洗涤、80℃下干燥、研磨得到表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0068]
第五步:制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[0069]
①、首先制备Al-SBA-15介孔材料。称取一定量的P123和聚乙二醇4000溶解到100mL的去离子水中,在40℃的水浴中搅拌溶解均匀,然后称取一定质量的硝酸铝加入到上述溶液中溶解均匀,保持稳定不变,向上述溶液中加入正硅酸乙酯,在40℃的水浴中继续搅拌48h,然后将反应产物转移至反应釜,在一定温度108℃下水热反应24h,最后抽滤、洗涤、烘干,并于650℃下以2℃/min的升温速率煅烧6h,获得Al-SBA-15介孔材料,其中P123、聚乙二醇4000、硝酸铝、正硅酸乙酯的质量比为:40:20:1:40。
[0070]
②、制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。将一定量的硫酸亚铁充分溶解到100mL乙醇水溶液,然后加入Al-SBA-15介孔材料粉体于上述溶液中超声分散5min,完成后继续搅拌20h,然后转移至500mL的三口烧瓶中,通入氮气15min除去溶解氧;然后向上述溶液中加入聚乙二醇4000,搅拌30min,用1M NaOH溶液将pH值调为6;最后,在不断揽拌下,用分液漏斗逐滴加入(1滴/秒)50mL硼氢化钾的水溶液,滴加完后再持续反应40min。其中硫酸亚铁、Al-SBA-15介孔材料粉体、聚乙二醇4000、硼氢化钾的质量比为4:4:1:2。反应后,待混合物沉到瓶底离心分离沉淀物,所得的沉淀物用脱氧去离子水和脱氧无水乙醇交替洗涤3次,于70℃在真空干燥箱烘干冷却得到Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体。
[0071]
第六步:微胶囊固化稳定化。称取60质量份表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物、13质量份Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体、10质量份累托石粉体、4质量份TerraZyme生物固化酶进行固化稳定化,固化体在30℃下养护3d。所得微胶囊固化稳定化产物按照危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别(GB5085.3-2007)标准检测,浸出毒性测试As为0.04ppm,完全满足安全填埋场的填埋标准。
[0072]
实施例4:本实施例提供的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法, 包括以下步骤:
[0073]
第一步:硫化砷渣制备三氧化二砷。首先将硫化砷渣加入50%浓度(质量分数)的硫酸溶液,液固质量比为5:1,在浆化槽中进行搅拌浆化,其中搅拌速度为350rpm/min,搅拌时间1.5h。浆化完成后的浆液泵入高压反应釜中,加入70%浓度(质量分数)的硫酸溶液,调节反应釜中液固质量比为7:1,釜内温度153℃,向反应釜中通入氧气,控制氧分压0.65MPa,对硫化砷渣进行加压氧化浸出,浸出反应时间3.5h。反应结束后进行过滤实现固液分离,过滤液泵入密闭反应釜,然后通入二氧化硫还原,冷却结晶,过滤,净化得到三氧化二砷。
[0074]
第二步:三氧化二砷制备4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0075]
①、将稍过量的苯胺加入微波加热反应釜中,开始加温,稍后,将由三氧化二砷与双氧水反应生成的正胂酸溶液均匀加入反应釜中,继续升温至170℃,进行高温合成阿散酸。
[0076]
②、阿散酸净化:先加入1mol/L的氢氧化钠溶液进行碱分层,其中液固比(质量比)为2:1,从移除的上浮液中除去高温合成反应后残留的废苯胺,然后加入1mol/L的盐酸,将溶液中和至pH值4.0;再加水,水与盐酸体积比为1:2,同时将溶液加热至沸腾102℃进行水解,除去高温合成阿散酸副产物。水解完成后,将溶液移至结晶池中在3℃下冷却结晶,待阿散酸充分结晶后进行过滤,然后将滤饼碾碎从新加水调浆,水与阿散酸液固比(质量比)为2:1,并加入0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH值至6.5,同时将溶液加热至95℃,加入活性炭脱色除杂,除杂完成后将溶液过滤,滤液冷却结晶、在-10℃下冷冻干燥得到阿散酸。
[0077]
③、4-羟基-3-硝基苯胂酸合成:将上述得到的阿散酸加入反应釜中,先加入硝酸,并调整好温度,再逐渐加入亚硝酸钠溶液,在3℃温度下进行重氮化。其中阿散酸、硝酸、亚硝酸钠的摩尔比为:5:6:0.7。重氮化完成后,将溶液移进行水解、硝化,当温度升至60℃时,恒温反应1h,确保放氮放尽后,再继续升温至100℃,并停止加温。水解、硝化完成后,进行冷却结晶,结晶完成后析出上清液,经过抽滤、冷冻干燥、粉碎获得4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[0078]
第三步:合成多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。10mL的 0.1mol/L的水合高氯酸铁溶液、10mL的0.1mol/L的水合高氯酸锰溶液,10mL的0.1mol/L的的柠檬酸铵溶液混合,然后加入20mL的0.2mol/L的4-羟基-3-硝基苯胂酸热水溶液,温度为80℃,搅拌加入3M的盐酸溶液调节pH值为4.0,然后加入2g的F127,调节溶液温度为60℃,溶胶凝胶反应搅拌24h,然后在80℃的烘箱中蒸发,最终干的凝胶在340℃下以2℃/min的升温速率煅烧4h,得到多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0079]
第四步:表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。将多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物均匀分散至体积比为1:1的醇水溶液,在40℃的水浴中以800r/min的转速搅拌,逐滴加入3-氨丙基三乙氧基硅烷,其中表面包覆剂与金属胂酸盐化合物的质量比为1:50,提高搅拌速度至1000r/min保持1h,完成后抽滤、洗涤、80℃下干燥、研磨得到表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[0080]
第五步:制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[0081]
①、首先制备Al-SBA-15介孔材料。称取一定量的P123和聚乙二醇4000溶解到100mL的去离子水中,在40℃的水浴中搅拌溶解均匀,然后称取一定质量的硝酸铝加入到上述溶液中溶解均匀,保持稳定不变,向上述溶液中加入正硅酸乙酯,在40℃的水浴中继续搅拌48h,然后将反应产物转移至反应釜,在一定温度110℃下水热反应24h,最后抽滤、洗涤、烘干,并于650℃下以2℃/min的升温速率煅烧6h,获得Al-SBA-15介孔材料,其中P123、聚乙二醇4000、硝酸铝、正硅酸乙酯的质量比为:40:20:1:40。
[0082]
②、制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。将一定量的硫酸亚铁充分溶解到100mL乙醇水溶液,然后加入Al-SBA-15介孔材料粉体于上述溶液中超声分散5min,完成后继续搅拌20h,然后转移至500mL的三口烧瓶中,通入氮气15min除去溶解氧;然后向上述溶液中加入聚乙二醇4000,搅拌30min,用1M NaOH溶液将pH值调为6;最后,在不断揽拌下,用分液漏斗逐滴加入(1滴/秒)50mL硼氢化钾的水溶液,滴加完后再持续反应40min。其中硫酸亚铁、Al-SBA-15介孔材料粉体、聚乙二醇4000、硼氢化钾的质量比为4:4:1:2。反应后,待混合物沉到瓶底离心分离沉淀物,所得的沉淀物用脱氧去离子水和脱氧无水乙醇交替洗涤3次,于70℃在真空干燥箱烘干冷却得到Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体。
[0083]
第六步:微胶囊固化稳定化。称取58质量份表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物、12质量份Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂粉体、9质量份累托石粉体、5质量份TerraZyme生物固化酶进行固化稳定化,固化体在30℃下养护3d。所得微胶囊固化稳定化产物按照危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别(GB5085.3-2007)标准检测,浸出毒性测试As为0.05ppm,完全满足安全填埋场的填埋标准。
[0084]
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于,包括如下步骤: (1)以硫化砷渣为原料制备三氧化二砷; (2)以三氧化二砷为原料制备4-羟基-3-硝基苯胂酸; (3)利用4-羟基-3-硝基苯胂酸,通过转型、溶剂蒸发诱导制备多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物; (4)对多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物进行表面硅包覆; (5)通过水热反应合成Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂; (6)以Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂、固定化剂与固化酶,对表面硅包覆的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物进行微胶囊固化稳定化处理。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:在步骤(1)中以硫化砷渣为原料制备三氧化二砷具体为:首先将硫化砷渣加入硫酸溶液中,液固质量比为5:1,在浆化槽中搅拌浆化,浆化完成后浆液泵入高压反应釜中,再加入硫酸溶液,液固质量比为7:1,对硫化砷渣进行加压氧化浸出,反应结束后过滤,过滤液泵入密闭反应釜,然后通入二氧化硫进行还原,还原后冷却结晶,过滤,净化得到三氧化二砷。
[权利要求 3]
根据权利要求1所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:在步骤(2)中以三氧化二砷为原料制备4-羟基-3-硝基苯胂酸具体为: ①、将三氧化二砷与双氧水反应生成正胂酸溶液,再与苯胺反应生成阿散酸; ②、将反应得到的阿散酸净化处理; ③、将净化后的阿散酸顺次经过重氮化、水解、硝化,制备得到4-羟基-3-硝基苯胂酸。
[权利要求 4]
根据权利要求1所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:在步骤(3)中利用4-羟基-3-硝基苯胂酸,通过转型、溶剂蒸发诱导制备多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物具体为:将10mL的水合高氯酸铁溶液、10mL水合高氯酸锰溶液以及10mL的络合溶液混合,然后加入4-羟基-3-硝基苯胂酸水溶液,搅拌加入3M的盐酸溶液调节pH值为 3.5-5.5,然后加入模板剂,调节溶液温度为60℃,进行溶胶凝胶反应,然后烘箱蒸发得到干的凝胶,进行300-400℃煅烧,得到多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:在步骤(4)中对多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物进行表面硅包覆具体为:将多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物均匀分散至体积比为1:1的醇水溶液中,水浴加热、搅拌状态下逐滴加入表面包覆剂,其中表面包覆剂与金属胂酸盐化合物的质量比为1:50,包覆完成后抽滤、洗涤、干燥、研磨得到表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物。
[权利要求 6]
根据权利要求1所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:在步骤(5)中通过水热反应合成Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂具体为: ①、制备Al-SBA-15介孔材料; ②、制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:制备Al-SBA-15介孔材料具体为:称取一定量的模板剂和表面活性剂溶解到100mL的去离子水中,在水浴中搅拌溶解均匀,然后称取一定质量的硝酸铝加入到上述溶液中溶解均匀,向上述溶液中加入正硅酸乙酯,在水浴中继续搅拌48h,然后将反应产物转移至反应釜,在水热反应24h,最后抽滤、洗涤、烘干,并于650℃下以2℃/min的升温速率煅烧6h,获得Al-SBA-15介孔材料,其中模板剂、表面活性剂、硝酸铝、正硅酸乙酯的质量比为:40:20:1:40,所述模板剂为P123,所述表面活性剂为聚乙二醇4000。
[权利要求 8]
根据权利要求6所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:制备Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂具体为:将硫酸亚铁充分溶解到100mL乙醇水溶液,然后加入Al-SBA-15介孔材料粉体于上述溶液中超声分散,完成后继续搅拌,然后通入氮气除去溶解氧;再加入聚乙二醇4000,搅拌,用1M NaOH溶液将pH值调为6;在不断揽拌状态下,逐滴加入50mL还原剂水溶液,滴加完后再持续反应40min,其中硫酸亚铁、Al-SBA-15粉体、聚乙二醇4000、还原剂的质量比为4:4:1:2,反应后离心分离沉淀物, 所得的沉淀物用脱氧去离子水和脱氧无水乙醇交替洗涤,在真空干燥箱烘干冷却得到Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂。
[权利要求 9]
根据权利要求1所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:在步骤(6)中以Fe(0)/Al-SBA-15介孔复合稳定化剂、固定化剂与固化酶,对表面硅包覆的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物进行微胶囊固化稳定化处理具体为:称取55-65质量份表面硅包覆多孔结构的铁锰二核簇状金属胂酸盐化合物、10-15质量份Fe(0)/A-SBA-15介孔复合稳定化剂、8-12质量份固定化剂、3-5质量份固化酶进行固化稳定化,固化体在30℃下养护3d。
[权利要求 10]
根据权利要求1所述的一种硫化砷渣转型及微胶囊固化稳定化方法,其特征在于:所用固定化剂为累托石粉体,平均粒径为5μm;所述固化酶为TerraZyme生物固化酶。