用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料及其使用方法，水泥基材料按重量份由水淬高爐礦渣3～4份、硅酸鹽水泥1～2份、沸石粉1～2份、輕燒氧化鎂0.5～1份、明礬石1～1.5份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.3～0.5份組成。使用方法是摻量按廢棄物干重的20~40%計算，摻入水泥基材料。使用本發(fā)明的水泥基材料，可以使含有重金屬固體廢棄物的固化體獲得較高的強度和良好的體積穩(wěn)定性，對于重金屬具有快速、高效固化的優(yōu)點，能夠顯著降低重金屬浸出濃度。同時，該水泥基材料配料方便，能夠使重金屬危險廢物轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩h(huán)保的建筑材料，消納目前尚無法資源化利用的重金屬固體廢棄物，有利于環(huán)保。
【專利說明】用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料及其使用方法，屬于水泥基材料及其使用方法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]我國每年產(chǎn)生數(shù)十億噸的廢棄物，包括工業(yè)廢渣、建筑垃圾、城市廢棄物等。然而，由于廢棄物來源廣、成分復(fù)雜，且可能含有多種對環(huán)境和人體健康有害的物質(zhì)，較為典型的是重金屬離子(Pb、Cr6+、Hg、Cd)、浸出性毒性物質(zhì)等。這些物質(zhì)將對人類的健康產(chǎn)生負面的影響，嚴(yán)重的會致癌、致畸。而混凝土又大量用于人居環(huán)境中，混凝土的生產(chǎn)應(yīng)用首先要保證其具有可靠的環(huán)境安全性，即不會對環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害。這不僅是以人為本和對人民生命財產(chǎn)負責(zé)的要求，也是促進再生建材推廣利用和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的技術(shù)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了提供一種能有效地阻止廢棄物中的重金屬物質(zhì)逸出，極大地降低重金屬離子浸出濃度，從而實現(xiàn)保護環(huán)境和資源化再利用的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料及其使用方法。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，按重量份由水淬高爐礦渣3~4份、硅酸鹽水泥I~2份、沸石粉I~2份、輕燒氧化鎂0.5~1份、明礬石I~1.5份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.3~0.5份組成。
[0006]一種用于廢棄物`中重金屬離子固化的水泥基材料的使用方法，一、首先將廢棄物(工業(yè)廢渣、建筑垃圾或污泥)進行破碎，過篩，然后根據(jù)力學(xué)性能要求確定水泥基材料的摻量，摻量按廢棄物干重的20~40%計算，按既定的摻量摻入水泥基材料；二、按上述摻量摻入水泥基材料并混合均勻，調(diào)整用水量使得廢棄物混和料達到35~42%的含水率，攪拌均勻后壓實成型，壓實程度達到其最大干密度；三、采用密封養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度控制在20~25°C，密封養(yǎng)生7~28天。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:能夠以干廢棄物質(zhì)量的20~40%摻量有效固化工業(yè)廢渣、建筑垃圾、污泥等廢棄物中重金屬離子。在固結(jié)鉻渣和電鍍污泥的試驗中，按照現(xiàn)行《固體廢物浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法》(GB5086.1-1997)標(biāo)準(zhǔn)，28d齡期的穩(wěn)定固化體系對Cr離子的固化率均為90%以上。本發(fā)明的水泥基材料用于固化工業(yè)廢渣、建筑垃圾、污泥等廢棄物中重金屬離子，不僅可以獲得較高的強度、水穩(wěn)性能和良好的體積穩(wěn)定性等特點。同時，用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料是一種施工方便、成本低廉、快速固化的高效新型環(huán)保水泥基材料，利于環(huán)境保護，市場前景十分廣闊。
【具體實施方式】
[0008]下面將對本發(fā)明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0009]本實施例所涉及的一種用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，按重量份由水淬高爐礦渣3~4份、硅酸鹽水泥I~2份、沸石粉I~2份、輕燒氧化鎂0.5~1份、明礬石I~1.5份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.3~0.5份組成。
[0010]較佳的技術(shù)方案，按重量份由水淬高爐礦渣3.1~3.9份、硅酸鹽水泥1.1~1.9份、沸石粉1.1~1.9份、輕燒氧化鎂0.6~0.9份、明礬石1.1~1.4份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.31~0.49份組成。
[0011]最佳的技術(shù)方案，按重量份由水淬高爐礦洛3.5份、娃酸鹽水泥1.5份、沸石粉1.5份、輕燒氧化鎂0.7份、明礬石1.3份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.4份組成。
[0012]優(yōu)選的，所述的水淬高爐礦渣勃氏比表面積為350~700m2/kg。
[0013]優(yōu)選的，所述沸石粉細度不低于150目。
[0014]優(yōu)選的，所述輕燒氧化鎂和明礬石細度不低于200目。
[0015]優(yōu)選的，所述堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或
氫氧化鈣。
[0016]一種用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的制作方法:
[0017]將上述重量份的水淬高爐礦渣、硅酸鹽水泥、沸石粉、輕燒氧化鎂、明礬石和堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物的干燥原料放入攪拌機中進行拌合，拌勻后密封保存，形成粉狀用于廢棄物中重`金屬離子固化的水泥基材料。
[0018]一種用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的使用方法:
[0019]一、首先將廢棄物(工業(yè)廢渣、建筑垃圾或污泥)進行破碎，過篩，然后根據(jù)力學(xué)性能要求確定水泥基材料的摻量，摻量按廢棄物干重的20~40%計算，按既定的摻量摻入水泥基材料；
[0020]二、按上述摻量摻入水泥基材料并混合均勻，調(diào)整用水量使得廢棄物混和料達到35~42%的含水率，攪拌均勻后壓實成型，壓實程度應(yīng)達到其最大干密度；
[0021]三、采用密封養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度控制在20~25 °C，密封養(yǎng)生7~28天。
[0022]實施例1
[0023](I)按照下列重量稱取用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的原料:(千克)
[0024]水淬高爐礦渣0.4 ;硅酸鹽水泥0.2 ;沸石粉0.1 ;輕燒氧化鎂0.05 ；明礬石0.1 ；消石灰粉(氫氧化鈣)0.05。
[0025]所述水淬高爐礦渣磨至勃氏比表面積為350m2/kg，所述沸石粉細度為150目，所述輕燒氧化鎂和明礬石細度為200目；
[0026](2)用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料:
[0027]將水淬高爐礦渣0.4kg、硅酸鹽水泥0.2kg、沸石粉0.1kg、輕燒氧化鎂0.05kg、明礬石0.1kg和消石灰粉(氫氧化鈣)0.05kg干燥原料放入攪拌機中進行拌合，拌勻后密封保存，形成粉狀用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料；
[0028](3)制備含重金屬廢棄物膠結(jié)組合物:
[0029]將鉻渣破碎，過公稱直徑為5mm的篩，向所述鉻渣中加入用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的加入量為所述鉻渣干基質(zhì)量的30%，攪拌混合均勻，攪拌時間不低于2min ；
[0030]向上述混合物中加入水，通過調(diào)節(jié)水的質(zhì)量，使整個體系的含水量為38%，攪拌均勻得含重金屬廢棄物膠結(jié)組合物。
[0031]實施例2
[0032](I)按照下列重量稱取用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的原料:(千克)
[0033]水淬高爐礦渣0.35 ;硅酸鹽水泥0.15 ;沸石粉0.15 ;輕燒氧化鎂0.1 ;明礬石
0.12 ;氫氧化鉀0.05。
[0034]所述水淬高爐礦渣磨至勃氏比表面積為500m2/kg，所述沸石粉細度為180目，所述輕燒氧化鎂和明礬石細度為220目；
[0035](2)用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料:
[0036]將水淬高爐礦渣0.35kg、硅酸鹽水泥0.15kg、沸石粉0.15kg、輕燒氧化鎂0.1kg、明礬石0.12kg和氫氧化鉀0.05kg干燥原料放入攪拌機中進行拌合，拌勻后密封保存，形成粉狀用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料；
[0037](3)制備含重金`屬廢棄物膠結(jié)組合物:
[0038]將電鍍污泥破碎，過公稱直徑為5mm的篩，向所述電鍍污泥中加入用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的加入量為所述電鍍污泥干基質(zhì)量的25%，攪拌混合均勻，攪拌時間不低于2min ；
[0039]向上述混合物中加入水，通過調(diào)節(jié)水的質(zhì)量，使整個體系的含水量為42%，攪拌均勻得含重金屬廢棄物膠結(jié)組合物。
[0040]實施例3
[0041](I)按照下列重量稱取用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的原料:(千克)
[0042]水淬高爐礦渣0.35 ;硅酸鹽水泥0.1 ;沸石粉0.2 ;輕燒氧化鎂0.05 ;明礬石0.15 ；氫氧化鈉0.03。
[0043]所述水淬高爐礦渣磨至勃氏比表面積為700m2/kg，所述沸石粉細度為160目，所述輕燒氧化鎂和明礬石細度為210目；
[0044](2)用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料:
[0045]將水淬高爐礦渣0.35kg、硅酸鹽水泥0.1kg、沸石粉0.2kg、輕燒氧化鎂0.05kg、明礬石0.15kg和氫氧化鈉0.03kg干燥原料放入攪拌機中進行拌合，拌勻后密封保存，形成粉狀用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料；
[0046](3)制備含重金屬廢棄物膠結(jié)組合物:
[0047]將建筑垃圾破碎,過公稱直徑為5mm的篩，向所述建筑垃圾中加入用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的加入量為所述建筑垃圾干基質(zhì)量的20%,攪拌混合均勻,攪拌時間不低于2min ；
[0048]向上述混合物中加入水，通過調(diào)節(jié)水的質(zhì)量，使整個體系的含水量為35%，攪拌均勻得含重金屬廢棄物膠結(jié)組合物。
[0049]將上述含重金屬廢棄物膠結(jié)組合物采用水泥膠砂試模澆筑成型，靜置I天后收面，并拆模，拆模后采用薄膜覆蓋密閉養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度控制在20~25°C，相對濕度不高于95%，時間不宜少于7天，如果對耐久性要求較高，養(yǎng)生期不應(yīng)少于28天。受凍前的養(yǎng)生齡期不得低于28天。如果低于此溫度，則應(yīng)相應(yīng)延長養(yǎng)生期，溫度低于零度時不得進行施工。
[0050]本實施例提供的含重金屬廢棄物膠結(jié)組合物固化后，按照《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T70-2009)標(biāo)準(zhǔn)測定第3天抗壓強度均超過1.0MPa ;第7天抗壓強度均超過3.0MPa ;按照現(xiàn)行《固體廢物浸出毒性浸出方法翻轉(zhuǎn)法》(GB5086.1-1997)標(biāo)準(zhǔn)檢測，28d齡期的穩(wěn)定固化體系對Cr離子的固化率均在90%以上，固化體中的N1、Pb和Cd等重金屬均未檢出；含重金屬固體廢棄物的固化體的水穩(wěn)性能和體積穩(wěn)定性良好。
[0051]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范 圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，其特征在于，按重量份由水淬高爐礦渣3~4份、硅酸鹽水泥I~2份、沸石粉I~2份、輕燒氧化鎂0.5~1份、明礬石I~1.5份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.3~0.5份組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，其特征在于，按重量份由水淬高爐礦渣3.1~3.9份、硅酸鹽水泥1.1~1.9份、沸石粉1.1~1.9份、輕燒氧化鎂0.6~0.9份、明礬石1.1~1.4份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.31~0.49份組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，其特征在于，按重量份由水淬高爐礦渣3.5份、硅酸鹽水泥1.5份、沸石粉1.5份、輕燒氧化鎂0.7份、明礬石1.3份以及堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物0.4份組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，其特征在于，所述的水淬高爐礦渣勃氏比表面積為350~700m2/kg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，其特征在于，所述沸石粉細度不低于150目。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，其特征在于，所述輕燒氧化鎂和明礬石細度不低于200目。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料，其特征在于，所述堿金屬的氫氧化物或堿土金屬的氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鈣。
8.—種權(quán)利要求1、 2或3所述的用于廢棄物中重金屬離子固化的水泥基材料的使用方法，其特征在于，一、首先將廢棄物進行破碎，過篩，然后根據(jù)力學(xué)性能要求確定水泥基材料的摻量，摻量按廢棄物干重的20-40%計算，按既定的摻量摻入水泥基材料；二、按上述摻量摻入水泥基材料并混合均勻，調(diào)整用水量使得廢棄物混和料達到35~42%的含水率，攪拌均勻后壓實成型，壓實程度達到其最大干密度；三、采用密封養(yǎng)生，養(yǎng)生溫度控制在20~.25 °C，密封養(yǎng)生7~28天。
【文檔編號】C04B28/08GK103803921SQ201310744165
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】周永祥, 王晶, 何更新, 王偉, 趙霄龍, 王永海 申請人:中國建筑科學(xué)研究院, 建研建材有限公司