專利名稱：一種固化重金屬的方法及其專用粉煤灰基土壤聚合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于使用工業(yè)廢渣進(jìn)行重金屬固化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
我國每年產(chǎn)生大量的有害廢棄物。我國對固體廢棄物的無害化處理還處于較低水 平， 一般將危險(xiǎn)廢物臨時(shí)堆放、填埋或排放，這些固體廢棄物中含有的大量鉛、銅、 鎘、鎳等重金屬會(huì)逐漸浸出，進(jìn)入地下水和土壤，對整個(gè)生態(tài)環(huán)境造成污染和破壞。 因此，未經(jīng)過嚴(yán)格無害化和科學(xué)安全處置的有害固體廢棄物成為中國亟待解決的環(huán)境 問題。處置重金屬廢物較好的方法是進(jìn)行固化處理，以達(dá)到無害化的目的。固化技術(shù) 最近十年得到迅速發(fā)展，被用來處理電鍍淤泥、鉻渣等危險(xiǎn)物，主要固化技術(shù)有水 泥固化、石灰固化等。水泥固化技術(shù)在應(yīng)用過程中存在很多問題，比如形成的沉淀 產(chǎn)物在低pH值環(huán)境下會(huì)變得可溶；有機(jī)物的存在對水泥水化過程有干擾作用，固化 過程變得困難；溶解性鹽類的存在使固化體強(qiáng)度降低，導(dǎo)致蓬松及破壞；廢物中的硫 酸鹽和水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致固化體膨脹和破裂；固化體容易受到酸性介質(zhì)侵 蝕。大量有害廢物的排放和嚴(yán)峻的污染現(xiàn)實(shí)迫切要求耐久的新型建筑材料，以實(shí)現(xiàn)對 重金屬的有效固化處理。
土壤聚合物是一種高性能的堿激發(fā)材料，由低鈣的硅鋁質(zhì)材料在堿激發(fā)劑的作用 下生成的無機(jī)材料。土壤聚合物的反應(yīng)機(jī)理和普通水泥有著本質(zhì)區(qū)別，不存在普通水 泥那樣的水化反應(yīng)。它克服了硅酸鹽水泥耐久性不足、收縮大、環(huán)境協(xié)調(diào)性差等缺陷， 具有優(yōu)良的抗酸侵蝕、抗堿侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕、抗凍融循環(huán)、熱穩(wěn)定性等耐久性能， 還具有不發(fā)生堿一骨料反應(yīng)、收縮系數(shù)和滲透系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。雖然堿礦渣水泥也具有 較好的耐久性能，但收縮性能和脆性依然很大，且凝結(jié)時(shí)間很短，極難控制與調(diào)整， 極大地限制了堿礦渣水泥的推廣應(yīng)用。因?yàn)槭褂玫外}的硅鋁質(zhì)材料，使得土壤聚合物 既具有堿礦渣水泥的優(yōu)良耐久性能，又避免了堿礦渣水泥的快硬的缺陷。因此，土壤 聚合物具有獨(dú)特的物理力學(xué)性能和耐久性能，在重金屬固化處理方面有水泥和堿礦渣
3水泥所不能比擬的優(yōu)越性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
目前，我國電力工業(yè)的發(fā)展迅速，導(dǎo)致了粉煤灰排放量的急劇增長，年排放量 在1.6億噸以上。粉煤灰中含有大量的Al203和Si02，可以作為粉煤灰基土壤聚合物
的優(yōu)質(zhì)原材料。粉煤灰基土壤聚合物利用了工業(yè)廢渣一粉煤灰，消耗很少的能源，基
本不產(chǎn)生二氧化碳排放，是"綠色"膠凝材料。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)在技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種有效固化處理重金 屬的粉煤灰基土壤聚合物的無機(jī)材料。本發(fā)明使用工業(yè)廢渣一粉煤灰、氫氧化鈉和水 玻璃組成的堿激發(fā)劑制備粉煤灰基土壤聚合物，并用于重金屬的固化處理。
本發(fā)明是一種粉煤灰基土壤聚合物，由下述質(zhì)量百分比的原材料，混合后反應(yīng)制得。
粉煤灰40.0 80.0%
氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發(fā)劑20.0 60.0%
本發(fā)明制備的粉煤灰基土壤聚合物中加入適量的水后充分?jǐn)嚢?，在室溫下最終 可硬化成固體。
本發(fā)明制備的粉煤灰基土壤聚合物對加入的銅、鉛、鎳、鋅、鎘等重金屬具有 較好的固化效果，固化率均在99.9%以上。土壤聚合物還具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能和 耐久性能，是一種新型重金屬固化技術(shù)。
具體實(shí)施例方式
以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 實(shí)施例1:
粉煤灰48.5%
氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發(fā)劑51.5% 取上述混合物588份，加入566份中砂，加入1150份粒徑在5 31.5mm的碎石 和45份水，攪拌均勻，制成粉煤灰基土壤聚合物混凝土，混凝土初始坍落度為200mm， 混凝土沒有出現(xiàn)速凝現(xiàn)象?；炷翝踩朐嚹?nèi)，在20士3。C環(huán)境下硬化后，然后放入 溫度在20土3'C、濕度大于90%環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)至28天齡期。參照DL/T 5150-2001《水 工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》測得粉煤灰基土壤聚合物混凝土的如下物理力學(xué)性能28天抗 壓強(qiáng)度強(qiáng)度為25.6MPa,抗拉強(qiáng)度為2.15MPa，抗拉彈模為2.62x104MPa，極限拉伸 值為138xl0_6。粉煤灰基土壤聚合物混凝土和普通混凝土具有相似的力學(xué)行為。實(shí)施例2:
取實(shí)施例1中的混合物588份，加入566份中砂，加入1150份粒徑在5 31.5mm 的碎石和45份水，攪拌均勻，制成粉煤灰基土壤聚合物混凝土。參照DL/T 5150-2001 《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》和JU 270-98《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》測得粉煤灰基土 壤聚合物混凝土的如下耐久性能在快速凍融100次循環(huán)后，質(zhì)量損失率為4.4%， 相對動(dòng)彈性模量為69.0%;快速碳化28天的碳化深度為14.0mm;氯離子擴(kuò)散系數(shù)為 1.79X 10"2m2/s。粉煤灰基土壤聚合物混凝土比普通混凝土更為優(yōu)越的耐久性能。
實(shí)施例3:
取實(shí)施例1中的混合物540份，加入1350份ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，加入24份水，攪拌均
勻，制成粉煤灰基土壤聚合物砂漿，在20土3。C環(huán)境下硬化后，然后放入溫度在20
±3°C、濕度大于90%環(huán)境下，養(yǎng)護(hù)至14天，半數(shù)的試件放入2(TC清水中，半數(shù)的
試件浸入3000mg/L硫酸鈉溶液中浸泡112天，每周測量砂漿的膨脹率，粉煤灰基土
壤聚合物砂漿受到硫酸鈉侵蝕后沒有產(chǎn)生任何體積膨脹。這說明，粉煤灰基土壤聚合 物具有優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性能。
實(shí)施例4:
取實(shí)施例1中的混合物540份，加入1350份ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，加入24份水，攪拌均 勻，制成粉煤灰基土壤聚合物砂漿試件。砂漿成型后，放入2(TC室溫下養(yǎng)護(hù)，表面 覆蓋保鮮膜，防止水分蒸發(fā)，拆模后，放入干縮室，測試初長，干縮室溫度控制在 20°C±2°C，濕度控制在60%±5%。初長測試完畢，繼續(xù)放置在干縮室，至規(guī)定齡期測 試長度，計(jì)算收縮率。粉煤灰基土壤聚合物砂漿的干縮率均顯著小于同水固比的普通 水泥砂漿，在28天齡期時(shí)達(dá)到0.0488%，為普通水泥砂漿的56.6%。
實(shí)施例5: 粉煤灰72.1%
氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發(fā)劑27.9% 取上述混合物416份，水115份，硝酸銅3.5份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動(dòng)機(jī) 器攪拌3分鐘，攪拌均勻，裝入塑料水杯中，并用保鮮膜覆蓋扎緊，避免水分蒸發(fā)。 放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，l個(gè)月后進(jìn)行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時(shí)，用鐵錘敲 碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)一一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)。測得銅離子的浸出百分率為0.048%，固化率 為99.952%。浸出液中的銅離子濃度為0.17mg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)一一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規(guī)定的50mg/L的最高允許濃度，因此所制備 的固化體不具備浸出毒性。 實(shí)施例6:取實(shí)施例5中的混合物416份，水115份，硝酸鉛1. 9份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)， 開動(dòng)機(jī)器攪拌3分鐘，攪拌均勻，裝入塑料水杯中，并用保鮮膜覆蓋扎緊，避免水分 蒸發(fā)。放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，l個(gè)月后進(jìn)行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時(shí)，用 鐵錘敲碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)。測得鉛離子的浸出百分率為0.008%，固化率 為99.992%。浸出液中的鉛離子濃度為0.03mg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)一 一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規(guī)定的3mg/L的最高允許濃度，因此所制備 的固化體不具備浸出毒性。實(shí)施例7:取實(shí)施例5中的混合物333份，水92份，硝酸鎳4.8份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)， 開動(dòng)機(jī)器攪拌3分鐘，攪拌均勻，裝入塑料水杯中，并用保鮮膜覆蓋扎緊，避免水分 蒸發(fā)。放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，l個(gè)月后進(jìn)行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時(shí)，用 鐵錘敲碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)。測得鎳離子的浸出百分率為0.002%，固化率 為99.998%。浸出液中的鎳離子濃度為0.008mg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)一 一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規(guī)定的10mg/L的最高允許濃度，因此所制備 的固化體不具備浸出毒性。實(shí)施例8:取實(shí)施例5中的混合物333份，水92份，硝酸鎳9.6份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)， 開動(dòng)機(jī)器攪拌3分鐘，攪拌均勻，裝入塑料水杯中，并用保鮮膜覆蓋扎緊，避免水分 蒸發(fā)。放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，l個(gè)月后進(jìn)行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時(shí)，用 鐵錘敲碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行浸出毒性試驗(yàn)。測得鎳離子的浸出百分率為0.004%，固化率 為99.996%。浸出液中的鎳離子濃度為0.013mg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)一 一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規(guī)定的10mg/L的最高允許濃度，因此所制備 的固化體不具備浸出毒性。粉煤灰基土壤聚合物具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能和耐久性能，對重金屬具有很好的固化效果，因此，粉煤灰基土壤聚合物是一種新型的固化技術(shù)，可以有效地固化處理 含有有害金屬的工業(yè)廢物。把粉煤灰基土壤聚合物作為一種新型固化技術(shù)用于有害廢 物固化處理，可以實(shí)現(xiàn)"以廢物處理廢物"的雙重目的，將有利于降低環(huán)境污染， 大大改善生態(tài)環(huán)境，具有重大的社會(huì)意義。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但它們并不是用來限定本發(fā)明，任何熟習(xí) 此技藝者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，自當(dāng)可作各種變化或潤飾，因此本發(fā)明 的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種固化重金屬的方法，其特征在于取專用粉煤灰基土壤聚合物333～416份，水92～115份，重金屬硝酸鹽1.9～9.6份，攪拌均勻，覆蓋后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)約一個(gè)月。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的固化重金屬的方法，其特征在于-取專用土壤聚合物復(fù)合水泥333 416份，水92 115份，重金屬硝酸鹽1.9 9.6份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動(dòng)機(jī)器攪拌2.7 3.3分鐘，攪拌均勻，裝入塑料水杯中， 并用保鮮膜覆蓋扎緊，避免水分蒸發(fā)，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)一個(gè)月。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固化重金屬的方法，其特征在于所述重金屬硝 酸鹽是硝酸銅、硝酸鉛、硝酸鋅、硝酸鎳、硝酸鎘之一。
4、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述固化重金屬的方法專用粉煤灰基土壤聚合物，它是 由下述質(zhì)量百分比的原料制成粉煤灰40.0 80.0%氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發(fā)劑20.0 60.0% 。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的粉煤灰基土壤聚合物，其特征在于 粉煤灰48.5 72.1%氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發(fā)劑27.9 51.5% 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉煤灰基土壤聚合物，由下述質(zhì)量百分比的原材料，混合后反應(yīng)制得，粉煤灰40.0～80.0％；氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發(fā)劑20.0～60.0％。本發(fā)明制備的粉煤灰基土壤聚合物中加入適量的水后充分?jǐn)嚢?，在室溫下最終可硬化成固體。本發(fā)明制備的粉煤灰基土壤聚合物對加入的銅、鉛、鎳、鋅、鎘等重金屬具有較好的固化效果，固化率均在99.9％以上。土壤聚合物還具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能和耐久性能，是一種新型重金屬固化技術(shù)。
文檔編號C04B18/04GK101259314SQ20081002392
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者劉興榮, 唐修生, 李克亮, 溫金保, 冬 王, 毅 王, 祝燁然, 明 蔡, 邢有紅, 健 陳, 陳國新, 黃國泓 申請人:南京瑞迪高新技術(shù)公司