專利名稱：一種固化重金屬的方法及其專用土壤聚合物復(fù)合水泥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于重金屬固化的土壤聚合物復(fù)合水泥 制備方法。
技術(shù)背景土壤聚合物是近年來國際上研究非?；钴S的材料之一，是一種集早強(qiáng)、環(huán)保、 耐久等優(yōu)點(diǎn)于一體的新型無機(jī)新材料，在土木工程、航空工業(yè)、廢物處理、耐火材料 等諸多領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。土壤聚合物不存在普通水泥那樣的水化反應(yīng)，是含有 硅鋁質(zhì)原材料在強(qiáng)堿環(huán)境中的0H1乍用下，橋氧結(jié)構(gòu)斷裂，迅速溶解出自由移動的硅、 鋁單體，這些單體局部取向，局部重構(gòu)，發(fā)生縮聚反應(yīng)，完成溶解一重構(gòu)一縮聚等三 階段固化過程，整個(gè)系統(tǒng)硬化形成無定形網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。土壤聚合物終產(chǎn)物以離 子鍵以及共價(jià)鍵為主，而傳統(tǒng)水泥則以范德華鍵以及氫鍵為主。土壤聚合物產(chǎn)物中存 在類沸石物質(zhì)，沒有氫氧化鈣晶體存在，其主要力學(xué)指標(biāo)優(yōu)于普通水泥，可與陶瓷、 鋁、鋼等金屬材料相媲美，而且具有比普通水泥更為優(yōu)越的耐久性和抗腐蝕性，同時(shí) 具有原材料豐富、工藝簡單、價(jià)格低廉、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。土壤聚合物復(fù)合水泥是把土壤聚合物和普通水泥復(fù)合在一起，硬化后產(chǎn)生的復(fù) 合體，以充分利用土壤聚合物的優(yōu)良性能以及波特蘭水泥的低成本優(yōu)點(diǎn)。土壤聚合物 復(fù)合水泥由硅酸鹽水泥、礦渣、火山灰材料、激發(fā)劑制成制備，該水泥具有較好的力 學(xué)指標(biāo)、體積穩(wěn)定性、抗氯離子侵蝕和抗硫酸鹽侵蝕等性能。我國每年產(chǎn)生大量的有害固體廢棄物，其中的有害金屬會逐漸浸出，對整個(gè)生 態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染和破壞。處置有害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。土壤聚合物復(fù)合水泥獨(dú)特耐久性能使得它成為處理有 毒、有害廢物的理想材料。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)在技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種有效固化處理重金屬的土壤 聚合物復(fù)合水泥的制備方法。本發(fā)明使用普通硅酸鹽水泥、硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣、 偏高嶺土、堿激發(fā)劑制備土壤聚合物復(fù)合水泥，并使用該水泥固化處理重金屬。本發(fā)明是一種土壤聚合物復(fù)合水泥，由下述質(zhì)量百分比的原材料，混合后反應(yīng)制得。普通硅酸鹽水泥40.0 77.0% 硅粉 5.0 20.0% 粉煤灰10.0 30.0% 磨細(xì)礦渣 0 10.0% 偏高嶺土 5.0 10.0% 堿激發(fā)劑1.0 5.0%本發(fā)明制備的土壤聚合物復(fù)合水泥中加入適量的水后充分?jǐn)嚢瑁谑覝叵伦罱K 可硬化成固體。在本發(fā)明制備的土壤聚合物復(fù)合水泥對加入的銅、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。
具體實(shí)施方式
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-一種有效固化處理重金屬的土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土的制備方法，特征在于 硅酸鹽水泥、硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣、偏高嶺土、堿激發(fā)劑混合后制得。本發(fā)明使用的普通硅酸鹽水泥是指P *042.5級水泥，硅粉中的SiCb含量在90% 以上，粉煤灰為I級或II級粉煤灰，28天活性指數(shù)在85%以上，磨細(xì)礦渣為I級或 II級磨細(xì)礦渣，28天活性指數(shù)在105%以上，偏高嶺土由高嶺土在500 90(TC下煅 燒制得，28天活性指數(shù)在110%以上，堿激發(fā)劑為堿金屬化合物。 實(shí)施例1:普通硅酸鹽水泥60.0%硅粉15.0%粉煤灰16.0% 磨細(xì)礦渣3.0% 偏高嶺土 5.0% 堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物440份，加入665份中砂，加入998份石和198份水，攪拌均勻， 制成土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土。 土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土 28天抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度為 56.8MPa，軸心抗壓強(qiáng)度為35.8MPa,劈裂抗拉強(qiáng)度為2.44MPa,靜力抗壓彈模為3.23 X104MPa，抗拉強(qiáng)度為3.45MPa,抗拉彈模為3.01 X 104MPa，極限拉伸值為122.22 X1(T6。該土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土和水膠比為0.45的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混合物440份，加入665份中砂，加入998份石和198份水，攪拌均 勻，制成土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土。 土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土試件放入20'C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士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。測得土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土 60天的干縮率 為284.8X1(T6，是水膠比為0.45的普通混凝土的81.5%，其他齡期的干縮率均顯著 小于普通混凝土。采用28天的抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值、干縮率、抗拉彈模計(jì)算抗裂 系數(shù)，取抗裂系數(shù)K^抗拉強(qiáng)度x極限拉伸值/ (干縮x抗拉彈模)，則土壤聚合物復(fù)合 水泥混凝土的抗裂系數(shù)為0.585xl0'5，是水膠比為0.45的普通混凝土的1.32倍，這 說明土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土具有比普通混凝土更好的抗裂性能。 實(shí)施例3:普通硅酸鹽水泥60.0%硅粉 15.0%粉煤灰16.0%磨細(xì)礦渣 3.0%偏高嶺土 5.0%堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物440份，加入665份中砂，加入998份石和198份水，攪拌均勻， 制成土壤聚合物復(fù)合水泥混凝土。該混凝土的氯離子有效擴(kuò)散系數(shù)為l.OOX l(T12m2/s，僅為水膠比為0.45的普通混凝土的17.0%,因此該混凝土具有比普通混凝土更為優(yōu) 異的抗氯離子侵蝕性能。 實(shí)施例4:普通硅酸鹽水泥60.0%硅粉 15.0%粉煤灰16.0%磨細(xì)礦渣3.0%偏高嶺土 5.0%堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物540份，加入1350份ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，加入243份水，攪拌均勻，制 成土壤聚合物復(fù)合水泥砂漿，在20士3'C環(huán)境下硬化24小時(shí)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)13天，半數(shù)的試件放入20'C清水中，半數(shù)的試 件浸入3000mg/L硫酸鈉溶液中浸泡1年，每個(gè)月測量砂槳的膨脹率，土壤聚合物復(fù) 合水泥砂漿受到硫酸鈉侵蝕后沒有產(chǎn)生任何體積膨脹。在相同硫酸鹽侵蝕條件下，水 膠比為0.45的普通水泥砂漿則產(chǎn)生了較大的膨脹，12個(gè)月時(shí)的膨脹率高達(dá)0.113%。 因此，土壤聚合物復(fù)合水泥具有比普通水泥更為優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕性能。 實(shí)施例5:普通硅酸鹽水泥60.0%硅粉 15.0%粉煤灰16.0%磨細(xì)礦渣3.0%偏高嶺土 5.0%堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物300份，水150份，硝酸銅3.5份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動機(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)月后放入烘箱在105t: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)。測得銅離子的浸出率為0.0204%，固化率為99.9796%。浸 出液中的銅離子濃度為0.081mg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——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: 普通硅酸鹽水泥 60.0% 硅粉 15.0% 粉煤灰16.0% 磨細(xì)礦渣3.0% 偏高嶺土 5.0% 堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物300份，水150份，硝酸鉛1.9份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動機(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)，1個(gè)月后放入烘箱在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)。測得鉛離子的浸出率為O，固化率為100%。浸出液中的銅 離子濃度為Omg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——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: 普通硅酸鹽水泥60.0% 硅粉 15.0% 粉煤灰16.0% 磨細(xì)礦渣3.0% 偏高嶺土 5.0% 堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物300份，水150份，硝酸鋅4.4份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動機(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)，1個(gè)月后放入烘箱在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)。測得鋅離子的固化率為0.0020%，固化率為99.9980%。浸 出液中的鋅離子濃度為0.008mg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——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8: 普通硅酸鹽水泥60.0% 硅粉 15.0% 粉煤灰16.0% 磨細(xì)礦渣3.0% 偏高嶺土 5.0% 堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物300份，水150份，硝酸鎳4.7份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動機(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)，1個(gè)月后放入烘箱在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)。測得鎳離子的浸出率為0.0023%，固化率為99.9977%，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)——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9:普通硅酸鹽水泥60.0%硅粉15.0%粉煤灰16.0%磨細(xì)礦渣3.0%偏高嶺土 5.0%堿激發(fā)劑2.5%取上述混合物300份，水150份，硝酸鎘2.6份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動機(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)，1個(gè)月后放入烘箱在105X: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)。測得鎘離子的浸出率為0.0003%，固化率為99.9997%。浸 出液中的鎘離子濃度為0.001mg/L，顯著低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)——浸出毒性鑒別》 (GB 5085.3-1996)中規(guī)定的0.3mg/L的最高允許濃度，因此所制備的固化體不具備浸出毒性。雖然本發(fā)明己以較佳實(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，其特征在于取專用土壤聚合物復(fù)合水泥270～330份，水135～165份，重金屬硝酸鹽1.7～5.2份，攪拌均勻，覆蓋后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)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270 330份，水135 165份，重金屬硝酸鹽1. 7 5.2份， 一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動機(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2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300份，水150份，重金屬硝酸鹽1. 9 4.7份，一起加入凈漿攪拌機(jī)，開動機(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)一個(gè)月。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3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。
5、 一種根據(jù)權(quán)利要求1所述固化重金屬的方法專用土壤聚合物復(fù)合水泥，它是 由下述質(zhì)量百分比的原料制成普通硅酸鹽水泥40.0 77.0% 硅粉5.0 20.0% 粉煤灰10.0 30.0% 磨細(xì)礦渣 0 10.0% 偏高嶺土 5.0 10.0% 堿激發(fā)劑1.0 5.0% 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的土壤聚合物復(fù)合水泥，其特征在于 普通硅酸鹽水泥55.0 64.0%硅粉 10.0 16.0% 粉煤灰15.0 25.0% 磨細(xì)礦渣2.0 6.0% 偏高嶺土 5.0 6.0% 堿激發(fā)劑2.0 3.0% 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種土壤聚合物復(fù)合水泥，由下述質(zhì)量百分比的原材料，混合后反應(yīng)制得，普通硅酸鹽水泥40.0～77.0％；硅粉5.0～20.0％；粉煤灰10.0～30.0％；磨細(xì)礦渣0～10.0％；偏高嶺土5.0～10.0％；堿激發(fā)劑1.0～5.0％。本發(fā)明制備的土壤聚合物復(fù)合水泥中加入適量的水后充分?jǐn)嚢瑁谑覝叵伦罱K可硬化成固體。在本發(fā)明制備的土壤聚合物復(fù)合水泥具有優(yōu)良的抗硫酸鹽侵蝕和抗氯離子侵蝕性能；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。
文檔編號B09C1/00GK101269264SQ20081002392
公開日2008年9月24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