專利名稱：一種氟石膏中性改性劑及利用其對氟石膏進(jìn)行改性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體廢棄物資源化處理領(lǐng)域，特別涉及一種氟石膏中性改性劑及利用其對氟石膏進(jìn)行改性的方法。

背景技術(shù)：
氟石膏中由于含有殘余的氫氟酸與硫酸等物質(zhì)，PH介于I. 8^2. 3之間，殘余的氟也是作為建筑石膏原料使用時(shí)的限制性成分之一。因此氟石膏相對其他工業(yè)石膏廢渣對環(huán)境影響更為嚴(yán)重，如果處置不當(dāng)，氟石膏中的氫氟酸以及硫酸等有毒有害物質(zhì)以各種不同方式進(jìn)入環(huán)境。進(jìn)入大氣的氫氟酸與硫酸等主要以氣態(tài)分子和含酸粉塵等形式存在，隨氣流、流水向周圍地區(qū)擴(kuò)散，而最終落到地面被植物土壤、人畜所吸收或吸附。氟離子、酸根離子和其他有害成分可進(jìn)入水中，形成含酸廢水，隨水流影響經(jīng)流區(qū)的土壤，在氣一土一水系統(tǒng)中吸附、解析或遷移，進(jìn)行固、液、氣多形態(tài)的循環(huán)流動、擴(kuò)散，從而引起環(huán)境惡化。氟石膏若未經(jīng)有效處理直接置于環(huán)境中的話，其中的有害成分尤其是含氟物質(zhì)可通過多種途徑接觸人體，對人體造成巨大危害。鋼渣是生產(chǎn)鋼鐵過程的副產(chǎn)品，在生產(chǎn)中，每生產(chǎn)I鋼鐵，就有約15°/Γ20%的鋼渣產(chǎn)生。近幾十年來研究發(fā)現(xiàn)鋼渣具有和水泥相似的礦物組分，可以作為二次資源再加以利用，不僅具有巨大的社會效益，同時(shí)還具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)鋼渣由鈣、鐵、鎂、硅等氧化物組成，其中鈣、鐵、硅氧化物占絕大部分。游離CaO含量高，在1% 7%之間，完全可以當(dāng)做一種堿性材料進(jìn)行應(yīng)用。我國火電廠粉煤灰的主要氧化物組成為Si02、Al203、Fe0、Fe203、Ca0等，其中氧化硅、氧化鈦來自黏土，巖頁；氧化鐵主要來自黃鐵礦；氧化鎂和氧化鈣來自與其相應(yīng)的碳酸鹽和硫酸鹽。粉煤灰中的鈣含量在3%左右，它對膠凝體的形成是有利的。國外把CaO含量超過10%的粉煤灰稱為C類灰，而低于10%的粉煤灰稱為F類灰。C類灰其本身具有一定的水硬性，可作水泥混合材，F(xiàn)類灰常作混凝土摻和料，它比C類灰使用時(shí)的水化熱要低。因此其中的CaO組分也可以將其視為一種堿性材料進(jìn)行應(yīng)用?，F(xiàn)有對氟石膏進(jìn)行中和預(yù)處理的技術(shù)包括有濕式石灰中和法、干式石灰中和法和鋁土礦中和法。濕式石灰中和法。此方法實(shí)質(zhì)為石灰乳中和，即將石灰加水反應(yīng)生成石灰乳，再投入已加水打漿的氟石膏中進(jìn)行中和反應(yīng)。隨著時(shí)間的推移，其工藝過程復(fù)雜，設(shè)備易腐蝕，且產(chǎn)生二次污染等弊端日益體現(xiàn)，此方法已日漸被中和干法處理所取代。干式石灰中和法。即將剛出爐的石膏加水打漿，投入碳酸鈣粉或石灰粉中和至pH=7左右時(shí)排放。力口入的石灰中和硫酸，進(jìn)一步生成硫酸I丐。加石灰時(shí)，只帶入少量的Ca (OH) 2 ,采用這種處理方法的氟石膏純度可達(dá)80% 90%，稱為石灰-氟石膏。鋁土礦中和法。鋁土礦中水硬鋁石、一水軟鋁石與三水鋁石這三種鋁礦物均能溶于酸，即能中和氟石膏中剩余的硫酸并回收有用的產(chǎn)品硫酸鋁。若最終氟石膏處理產(chǎn)物略呈酸性，通過再加石灰中和其至PH = 7，最后排出的氟石膏的品位下降至70% 80%，這種石膏稱為鋁土一氟石膏。上述傳統(tǒng)方法存在的問題是中和劑投加量大，pH值不易調(diào)控，改性后氟石膏的純度不穩(wěn)定，無法滿足高性膠凝材料應(yīng)用的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服背景技術(shù)中的缺陷，提供ー種方法簡單、原料來源廣泛、成本低廉，改性后氟石膏性能好的氟石膏中性改性劑及利用其對氟石膏進(jìn)行改性的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一、ー種氟石膏的中和改性方法，其特征在于包括下述步驟；
1)制備中和改性劑
a、按下述重量百分比稱取原材料 生石灰 50-80%
鋼渣10-40%
粉煤灰 10-20%
所述的生石灰比表面積彡200m2/kg,鋼渣比表面積彡450m2/kg,粉煤灰比表面積^ 300m2/kg ；
b、將原料分別烘干至除去表面水；
C、將烘干后的原料放入混拌機(jī)中攪拌均勻，即制得中性改性劑；
2)對氟石膏進(jìn)行中和改性
按重量比為氟石膏/中和改性劑=1 (0. 01-0. 03)稱取氟石膏和中性改性劑，攪拌至充分混合均勻，靜置。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案有
所述生石灰為優(yōu)質(zhì)生石灰，CaO含量> 85%。所述鋼渣的堿性系數(shù)> 2，CaO含量彡30%O
所述粉煤灰的CaO含量彡10%。所述氟石膏的含水率彡3%。所述靜置時(shí)間彡12h。ニ、ー種通過氟石膏中和改性方法制備的氟石膏中和改性劑，其特征在于包括有下述重量百分比的原料
生石灰 50-80%
鋼渣10-40%
粉煤灰 10-20%。所述生石灰的比表面積彡200m2/kg，鋼渣的比表面積彡450m2/kg，粉煤灰的比表面積> 300m2/kg。所述生石灰的CaO含量> 85%。所述鋼渣的堿性系數(shù)> 2，CaO含量彡30%。所述粉煤灰的CaO含量彡10%。本發(fā)明所述的氟石膏中和改性方法原理包括以下方面。利用單ー堿性材料中和氟石膏內(nèi)殘余酸時(shí)生石灰用量最小，粉煤灰用量最大，鋼渣用量介于其間，從中和效率上看，摻生石灰PH值增加速率最快，摻鋼渣次之，摻粉煤灰最小。這主要是生石灰能很快溶于水生成氫氧化鈣，迅速與酸反應(yīng)，而鋼渣和粉煤灰中均含游離CaO晶粒，但由于是高溫下生成，作用較慢。相比于粉煤灰，鋼渣中CaO較多，可溶解的CaO越多，所以用量較小。而將三者進(jìn)行復(fù)合之后，總體摻量比單純使用石灰要略為增加，但是達(dá)到了有效利用鋼渣和粉煤灰中CaO的目的，可以達(dá)到同樣的中和效應(yīng)。本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)為
I、本發(fā)明原料組成合理，方法簡單、科學(xué)，原料以廢治廢，提高了固體廢物循環(huán)利用率，降低了使用純石灰作中和劑的成本，能提高氫氟酸化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益；而且與使用純石灰相比，可以控制pH的范圍和改性后氟石膏的純度；可有效獲得弱堿性的氟石膏中間產(chǎn)品，進(jìn)而使其資源化循環(huán)利用成為可能。2、本發(fā)明的制備的改性氟石膏與傳統(tǒng)的石灰中和法相比，不僅性能更優(yōu)良，改性后的氟石膏呈弱堿性，堿度在合理范圍，F(xiàn)-離子浸出濃度低于國家有害廢物標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)無害化處理；而且改性后氟石膏的硫酸鈣純度變化很小，具有低成本高附加值的優(yōu)勢和較強(qiáng)的市場競爭力。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明及其改性效果作進(jìn)一步的描述。本具體實(shí)施方式
并非對其保護(hù)范圍的限制。實(shí)驗(yàn)實(shí)例I :
i.制備改性氟石膏
步驟一按照下例重量百分比稱取50%的生石灰、40%的鋼渣、10%的粉煤灰；將生石灰磨至比表面積225m2/kg,鋼洛磨至比表面積460m2/kg,粉煤灰磨至比表面積339m2/kg ;分別烘干至除去表面水；烘干后放入混拌機(jī)中攪拌均勻，制得中性改性劑；
步驟二按重量比為氟石膏中和改性劑=1:0. 01稱取氟石膏和中性改性劑后攪拌使其充分混合均勻，靜止12小時(shí)，制得改性氟石膏。2、對比實(shí)驗(yàn)取改性氟石膏樣品再按照水固比為I. 5:1比例加入蒸餾水，采用精密PH計(jì)測試上清液pH值，精確到O. I。另取50g改性氟石膏樣品與500ml去離子水混合后按《固體廢物浸出毒性浸出方
法水平振蕩法HJ557-2009》進(jìn)行，取上清液測氟離子浸出濃度。
_pH Flng/L 純度
-原狀氟石膏 '17^49.5060 98.5%
_改性氟石膏卜.7|2.4283丨97.0%本實(shí)驗(yàn)結(jié)果體現(xiàn)了改性后的氟石膏呈弱堿性，堿度在合理范圍；F_離子浸出濃度低于國家有害廢物標(biāo)準(zhǔn)；而且改性后氟石膏的硫酸鈣純度變化很小。實(shí)驗(yàn)實(shí)例2
I、制備改性氟石膏
步驟一按照下例重量百分比稱取80%的生石灰、10%的鋼渣、10%的粉煤灰；將生石灰磨至比表面積230m2/kg,鋼洛磨至比表面積460m2/kg,粉煤灰磨至比表面積340m2/kg ;分別烘干至除去表面水；烘干后放入混拌機(jī)中攪拌均勻，制得中性改性劑；
步驟二按重量比為氟石膏中和改性劑=10. 03稱取氟石膏和中性改性劑后攪拌使其充分混合均勻，靜止12小時(shí)，制得改性氟石膏。2、對比實(shí)驗(yàn)取改性氟石膏樣品再按照水固比為I. 7:1比例加入蒸餾水，采用精密PH計(jì)測試上清液pH值，精確到O. I。
另取50g改性氟石膏樣品與500ml去離子水混合后按《固體廢物浸出毒性浸出方
法水平振蕩法HJ557-2009》進(jìn)行，取上清液測氟離子浸出濃度。
_pH Flng/L 純度
權(quán)利要求
1.一種氟石膏的中和改性方法，其特征在于包括下述步驟； 1)制備中和改性劑 a、按下述重量百分比稱取原材料 生石灰 50-80% 鋼渣10-40% 粉煤灰 10-20% 所述的生石灰比表面積彡200m2/kg,鋼渣比表面積彡450m2/kg,粉煤灰比表面積^ 300m2/kg ； b、將原料分別烘干至除去表面水； C、將烘干后的原料放入混拌機(jī)中攪拌均勻，即制得中性改性劑； 2)對氟石膏進(jìn)行中和改性 按重量比為氟石膏/中和改性劑=1 (0. 01-0. 03)稱取氟石膏和中性改性劑，攪拌至充分混合均勻，靜置。
2.一種如權(quán)利要求I所述的氟石膏中和改性方法，其特征在于所述氟石膏的含水率(3%。
3.—種如權(quán)利要求I或2所述的氟石膏中和改性方法，其特征在于所述生石灰的CaO含量> 85%。
4.一種如權(quán)利要求I或2所述的氟石膏中和改性方法，其特征在于所述鋼渣的堿性系數(shù)> 2，CaO含量彡30%。
5.一種如權(quán)利要求I或2所述的氟石膏中和改性方法，其特征在于所述粉煤灰的CaO含量≥10% O
6.一種如權(quán)利要求I所述的氟石膏中和改性方法，其特征在于所述靜置時(shí)間> 12h。
7.—種通過權(quán)利要求I所述氟石膏中和改性方法制備的氟石膏中和改性劑，其特征在于包括有下述重量百分比的原料 生石灰 50-80% 鋼渣10-40% 粉煤灰 10-20%。
8.—種如權(quán)利要求7所述的氟石膏中和改性劑，其特征在于所述生石灰的比表面積≥200m2/kg，鋼渣的比表面積彡450m2/kg，粉煤灰的比表面積彡300m2/kg。
9.一種如權(quán)利要求7或8所述的氟石膏中性改性劑，其特征在于所述生石灰的CaO含量≥85%。
10.一種如權(quán)利要求7或8所述的氟石膏中性改性劑，其特征在于所述鋼渣的堿性系數(shù)> 2，CaO含量彡30%ο
11.一種如權(quán)利要求7或8所述的氟石膏中性改性劑，其特征在于所述粉煤灰的CaO含量≥10% ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氟石膏中性改性劑。其改性方法是將生石灰、鋼渣、粉煤灰按一定質(zhì)量百分比混合均勻制得中性改性劑，然后將氟石膏中內(nèi)摻一定比例的中和改性劑，即可達(dá)到弱堿性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，自制中和改性劑，廢物利用，降低了改性成本。采用本方法所得的改性氟石膏可以作為性能優(yōu)良的化學(xué)石膏用于水泥緩凝劑或無機(jī)膠凝材料制備。
文檔編號C04B11/26GK102633453SQ20121014543
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者侯浩波, 劉奔, 周旻, 黃緒泉 申請人:武漢大學(xué)