[发明专利]一种液体废料化学固定和固化处理的方法

说明书

本发明涉及在强碱和多价金属离子存在下使用生物源无定形二氧化硅作为其中添加剂的废料的固化（Solidification）和化学固定（Chemical    fixation）处理。

自1960年代以来，结合有多种凝固剂的可溶性硅酸盐已被用于化学固定和固化（CFS）领域中。尽管还存在许多其他的极相似的已有技术，或许该领域内最著名的专利是Chemfix技术有限公司拥有的专利号为3，837，872的美国专利。在专利号4，600，514的美国专利中，很好地回顾了已有技术工艺，然而，已有技术中没有一个讲授由固化添加剂和/或废料就地形成可溶性硅酸盐的方法。波特兰水泥/可溶性硅酸盐方法的一个主要缺点是：反应通常是如此快速，致使控制困难，特别是在分批处理系统中。由于这个原因，该方法基本上用于大规模的连续流水操作中。其另一个缺点是：添加剂即一种固体（通常为波特兰水泥）和一种液体（通常为38% 3.22 SiO₂：Na₂O硅酸钠溶液）必须被分别储存和分别添加到废料中，并且经快速而彻底的混和，这些问题在分别授予Solidtek Systems有限公司和Chem-Technics有限公司的两个专利US.4，518，508和4，600，514中得到了叙述。在这些发明中，采用其他方法用固态可溶性硅酸盐全部或部分取代液态溶液而增加低固体废料的粘滞性，这样就使在以较缓慢和更受控制的方式硬化所述混合物时，不会存在相分离。

已将可溶性硅酸盐较多地使用在CFS技术中，以将毒性金属固定在可溶性较低的状态下而满足RCRA沥滤标准。然而，当金属已形成为部分可溶性化合物，诸如氢氧化物时，所述硅酸盐起很小的作用，只是用物理方法减少沥滤剂对金属接触。其原因是：通过硅酸盐与凝固剂（波特兰水泥等）和/或废料反应，硅酸盐被很快用完，并且在以后当金属化合物缓慢溶解时不再存在。

本发明是基于这样的发现，即当生物源无定形二氧化硅被加到液体废料中时，它由强碱转变而得到硅酸盐，然后，硅酸盐与多价金属离子反应而得到胶结产物。

因此，本发明提供了一种处理液态废料的方法，该方法采用生物源无定形二氧化硅在存在强碱的条件下对液态废料进行处理，从而将生物源二氧化硅转化为可溶性硅酸盐，它在多价金属离子存在下与废料形成一种胶结产物。在某些废料中，存在着强碱和多价金属离子，但如果不存在或不存在足够量，则可将这些组分的任一个或两个与生物源二氧化硅一起加入到废料中。

由于稻壳灰的可得性和高的孔隙度，目前较佳使用由稻壳的产能燃烧得到的稻壳灰。

这里用到的术语“就地”固化和化学固定意指在废料中加入生物源二氧化硅或加入生物源二氧化硅和一种或多种约为pH12和更高pH值级别的强碱以及多价金属离子，这样就在废料中形成可溶性硅酸盐，并然后由在废料中的多价金属离子将废料固化和化学固定。

因此，本发明提供了一种极好的方法来克服上述固定毒性金属的已有技术方法的缺点，因为在本发明方法中，可溶性硅酸盐缓慢形成，并或许在很长时间内连续形成，这样就使当毒性金属离子形成时，硅酸盐可以连续与它们反应。也由于强碱性，在本发明系统中，毒性金属化合物的反应可被加速。

因此，本发明的一个目的是提供一种液态废料固化和化学固定的方法，它通过在强碱存在下往废料中加入呈基本无定形状态的生物源二氧化硅，以足够与生物源二氧化硅形成可溶性硅酸盐，并在多价金属离子存在下足够与可溶性硅酸盐形成一种胶结产物，从而有效地将液态废料固化和化学固定。

本发明的进一步目的在于提供这样一种方法，其中生物源二氧化硅为稻壳灰，诸如在稻壳的工业能量燃烧中获得的稻壳灰。本发明的进一步目的在于提供这样一种方法，其中生物源二氧化硅被加至液态废料中，并在液态废料中加入必要量的强碱和多价金属离子。

本发明的又一个目的在于提供这样一种方法，其中可溶性硅酸盐缓慢形成，并在很长时间内连续形成，从而当毒性金属离子在废料中形成时，可以连续与它们反应。

本发明的另一个目的是提供一种废料固化和化学固定的方法，其中固定时间是可控制的，由于高的固体含量，结果产生了更好的机械性能;由于生物源二氧化硅诸如稻壳灰为吸附性粉末，使固体能迅速形成;配料与高粘滞性粘性废料的混合能力得以改善。这种方法具有经济的优点，特别当在废料中存在强碱和/或多价金属离子时，其中可采用一种全固体试剂系统，如果需要可预先混合，其中可使用各种不同的凝固剂;其中可控制所得固体的pH;而且，其中金属被化学固定，特别是可以在长时期内连续不断地被化学固定。