一种处置重金属富集植物的瓷化骨料及制备方法和应用
技术领域
本发明属于重金属富集植物和油泥的处理
技术领域
，具体涉及一种处置重金属富集植物的瓷化骨料及制备方法和应用。背景技术
公开该
背景技术
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。含油污泥是石油开发、集输、加工过程产生的含有多种有害物质的危险废物。我国油田开发与加工行业产生的含油污泥总量达2600万吨/年，需要处理石油化工污染场地1200个以上。现今国内外处理油泥方法一般有：焚烧法、生物处理法、热洗涤法、溶剂萃取法、化学破乳法、固液分离法等。当前较为成熟的技术为热裂解，但是处理成本较高，存在安全隐患，无法满足大量油泥处理的需求。油泥处理后产生的干渣仍然会含苯，甲苯，乙基苯等有机化合物及铜、锌、铬、汞等重金属，需要进一步深度处理，彻底实现无害化、资源化，现有的油泥干渣大多采用直接填埋的方法进行处置，不仅占用耕地，而且对周边环境造成污染。
植物修复土壤、河流和湖泊底泥中重金属污染已经成为安全环保的方法，并且具有成本低、破坏性小、环境扰动小等优点，受到了各种专业背景人士的极大关注。但是植物修复存在一个很重要的问题需要解决，那就是修复后的重金属富集的植物怎么处置是很关键的问题。修复完成后的植株通常含有大量的污染物，不处置或不恰当的处理可能引发二次污染的问题，这也使得修复植物的安全处置成为了亟待解决的问题。目前，重金属富集植物的处理方法主要有焚烧法、气化法、堆肥法、热解法、压缩填埋法和液相萃取法等，资源化处置技术主要有植物冶金、热液提质及合成纳米材料等，但是这些方法存在诸如或处置成本高或不能资源化利用或者重金属不能有效处置等问题。亟需开发新型资源优化处置技术，使修复植物的“无害化”在“资源化”中达到，将潜在的“二次污染”变废为宝。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种处置重金属富集植物的瓷化骨料及制备方法和应用。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种处置重金属富集植物的瓷化骨料，包括如下重量份的原料：重金属富集植物1-10份、油泥干渣30-60份、黄土10-15份、黄沙10-15份和黏土10-50份。
瓷化骨料中包括重金属富集植物烧结后的成分，重金属富集植物中含有大量的木质纤维，木质纤维在烧结过程中气化燃烧，在坯体内部产生有利于各类重金属处置的还原性气氛，同时使坯体产生较多孔隙，燃烧的热量可以干化坯体中的水分，降低处置能耗，而且烧结后形成的微细多孔可有效增加瓷化骨料的隔热隔音和过滤效能。
瓷化骨料中包括油泥干渣燃烧后的成分，油泥干渣燃烧产生二氧化碳和氮氧化物，剩余成为玻璃相，
在本发明的一些实施方式中，包括如下重量份的原料：重金属富集植物2-10份、油泥干渣35-60份、黄土10-12份、黄沙10-12份和黏土10-30份。黄土、黄沙、黏土三种成分的组成比例影响形成的瓷化骨料的筒压强度。与重金属植物和油泥干渣燃烧后的成分的结合性能，影响重金属的浸出浓度。
在本发明的一些实施方式中，包括如下重量份的原料：重金属富集植物2-5份、油泥干渣35-45份、黄土10-12份、黄沙10-12份和黏土10-30份。
第二方面，上述处置重金属富集植物的瓷化骨料的制备方法，所述方法为：将重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土混合粉碎，干燥、造粒得坯体料，坯体料经过烧结得到瓷化骨料。
在本发明的一些实施方式中，混合粉碎后的粒径为100-200目；进一步为120-160目。此粒度可保证重金属富集植物以及油泥干渣中各类重金属的有效分散，均匀分布于坯体结构中，可有效保证烧结后所有重金属离子形成新的晶格结构，并有效被瓷化骨料中的玻璃相完整裹覆。
在本发明的一些实施方式中，粉碎后干燥后的含水率为20-60％；进一步为30-50％。调节含水率，达到适宜挤压造粒的含水率，方便进行造粒。
在本发明的一些实施方式中，造粒后进行干燥。通过干燥调整造粒后的含水量。
在本发明的一些实施方式中，造粒后坯体料的直径为10-20mm；进一步为10mm、15mm、20mm。造粒后的直径保持在这个范围内，提高烧结的均匀度，坯体料被均匀烧结，里面的成分发生燃烧，形成多孔骨架结构。
在本发明的一些实施方式中，烧结的温度为900-1300℃，烧结的时间为10-30min；进一步为1000-1200℃，烧结的时间为15-25min；更进一步为1100-1150℃或1150-1200℃。烧结的温度控制气化燃烧和油泥干渣的燃烧，影响气体的释放。控制烧结时间，避免烧结时间较长出现过烧现象。
第三方面，上述处置重金属富集植物的瓷化骨料在路基骨料、隔热材料和隔音材料中的应用。本发明的瓷化骨料形成的结构具有一定的硬度和具有多孔的结构，所以适宜做路基、隔热或隔音材料。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
本发明提出利用重金属富集植物和含油污泥与黄土、黄沙和黏土组成瓷化骨料的原料成分，这些原料成分在煅烧的过程中高温熔融，形成瓷化骨料的基体结构，即可以保持瓷化骨料的强度，还可以更好的固化重金属。
添加重金属富集植物，为重金属植物的处置提供一种安全稳定的方法，解决重金属富集植物的处置成本。重金属植物在制备瓷化骨料的过程中，有助于瓷化骨料中形成多孔的结构，方便于制成路基骨料、隔热支撑材料和隔音支撑材料等。
添加油泥干渣、黄土、黄沙和黏土，通过烧结形成的玻璃相，与基体结合后提高基体的强度，与基体结合后，浸出的重金属较少。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例1制备的瓷化骨料的形貌图；
图2为实施例2制备的瓷化骨料的形貌图；
图3为实施例3制备的瓷化骨料的形貌图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
重金属富集植物和油泥干渣中重金属的固定方法，包括如下步骤：
将重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土混合、球磨至细度为150目，调节含水率为30％，造粒，得坯体料，坯体料的直径为10mm；
重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土的重量比为5:45:10:10:30。该处的重量比为折合为干料后的重量比；
将制备坯体料烘干干燥后，烧结，烧结的温度为1150℃，烧结时间为20min。
烧结后的瓷化骨料形貌如图1，玻璃体多于晶粒，晶粒都被裹覆在玻璃体中，瓷化骨料的1h吸水率为2.52％，堆积密度为1076kg/m3，筒压强度为42.384MPa，采用等离子体发射光谱仪(危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别HJ749-2015)检测，浸出液重金属总浓度0.023mg/L。
实施例2
重金属富集植物和油泥干渣中重金属的固定方法，包括如下步骤：
将重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土混合、球磨至细度为150目，调节含水率为40％，造粒，得坯体料，坯体料的直径为15mm；
重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土的重量比为10:60:10:10:10。该处的重量比为折合为干料后的重量比；
将制成的坯体料烘干后，烧结，烧结的温度为1100℃，烧结时间为25min。
烧结后的瓷化骨料形貌如图2所示，晶粒都被裹覆在玻璃体中，瓷化骨料的1h吸水率为0.3％，堆积密度为970.5kg/m3，筒压强度为26.206MPa，采用等离子体发射光谱仪(危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别HJ749-2015)检测，浸出液重金属总浓度0.055mg/L。
实施例3
油泥干渣中重金属的固定方法，包括如下步骤：
将重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土混合、球磨至细度为150目，调节含水率为50％，造粒，得坯体料，坯体料的直径为20mm；
重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土的重量比为2:38:10:10:40。该处的重量比为折合为干料后的重量比；
将制成的的坯体烘干料干燥后，烧结，烧结的温度为1200℃，烧结时间为15min。
烧结后的瓷化骨料形貌如图3所示，晶粒都被裹覆在玻璃体中，瓷化骨料的1h吸水率为8.17％，堆积密度为954.8kg/m3，筒压强度为26.122MPa，采用等离子体发射光谱仪(危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别HJ749-2015)检测，浸出液重金属总浓度0.015mg/L。
对比例1
重金属富集植物和油泥干渣中重金属的固定方法，包括如下步骤：
将重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土混合、球磨至细度为60目，调节含水率为30％，造粒，得坯体料，坯体料的直径为10mm；
重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏的重量比为5:45:10:10:30。该处的重量比为折合为干料后的重量比；
将制备坯体料烘干干燥后，烧结，烧结的温度为1150℃，烧结时间为20min。
烧结后的瓷化骨料玻璃体多于晶粒，晶粒都被裹覆在玻璃体中，瓷化骨料的1h吸水率为0.32％，堆积密度为1020.3kg/m3，筒压强度为40.992MPa，采用等离子体发射光谱仪(危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别HJ749-2015)检测，浸出液重金属总浓度0.085mg/L。
对比例2
重金属富集植物和油泥干渣中重金属的固定方法，包括如下步骤：
将重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土混合、球磨至细度为60目，调节含水率为40％，造粒，得坯体料，坯体料的直径为15mm；
重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土的重量比为10:60:10:10:10。该处的重量比为折合为干料后的重量比；
将制成的坯体料烘干后，烧结，烧结的温度为1100℃，烧结时间为25min。
烧结后的瓷化骨料晶粒都被裹覆在玻璃体中，瓷化骨料的1h吸水率为16.47％，堆积密度为794.8kg/m3，筒压强度为12.619MPa，采用等离子体发射光谱仪(危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别HJ749-2015)检测，浸出液重金属总浓度0.54mg/L。
对比例3
油泥干渣中重金属的固定方法，包括如下步骤：
将重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土混合、球磨至细度为60目，调节含水率为50％，造粒，得坯体料，坯体料的直径为20mm；
重金属富集植物、油泥干渣、黄土、黄沙和黏土的重量比为2:38:10:10:40。该处的重量比为折合为干料后的重量比；
将制成的坯体烘干料干燥后，烧结，烧结的温度为1200℃，烧结时间为15min。
烧结后的瓷化骨料晶粒都被裹覆在玻璃体中，瓷化骨料的1h吸水率为11.26％，堆积密度为917.6kg/m3，筒压强度为21.714MPa，采用等离子体发射光谱仪(危险废物鉴别标准--浸出毒性鉴别HJ749-2015)检测，浸出液重金属总浓度0.021mg/L。
实施例2和实施例3中，烧结后的吸水率差别较大。与实例3比，实施例2中油泥和重金属富集植物含量增加，而随着油泥的增加，SiO2和Al2O3的含量降低，Fe2O3、Na2O、MgO、K2O等助溶剂成分含量增加，该成分变化有利于陶粒表面及内部在高温烧结时熔融，表面会形成液相结晶(釉质层)，内部原料熔融成液相，原料中的长石类物质融化渗透到晶体之间的空隙中，使瓷化骨料的堆积密度和筒压强度增加，吸水率减少。
实施例1和对比例1的球磨粒度不同，当球磨粒度在100-200目之间时，重金属的浸出量较少，当球磨粒度小于100目，重金属的浸出量较多。而且对瓷化骨料的强度具有一定的影响。
实施例2和对比例2的球磨粒度不同，当球磨粒度在100-200目之间时，重金属的浸出量较少，当球磨粒度小于100目，重金属的浸出量较多。而且对瓷化骨料的强度、吸水率、堆积密度都具有影响。实施例1中含有较多的黏土，强度较高，但是如实施例2和对比例2可知，球磨粒度和重金属富集植物、油泥干渣都对强度、吸水率产生影响。各成分融合后形成一个整体结构。
实施例3和对比例3的球磨粒度不同，当球磨粒度在100-200目之间时，重金属的浸出量较少，当球磨粒度小于100目，重金属的浸出量较多。而且对瓷化骨料的强度、吸水率、堆积密度都具有影响。实施例3相比于实施例1，油泥干渣与重金属富集植物质量比较小。当球磨粒度下降到100目以下后，对强度、吸水率、堆积密度的影响是不同的。
以上所述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。
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