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
技術領域：
本發明屬于環境保護技術領域，涉及一種用于使用工業廢渣進行重金屬固化的技術。
背景技術：
我國每年產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， 一般將危險廢物臨時堆放、填埋或排放，這些固體廢棄物中含有的大量鉛、銅、 鎘、鎳等重金屬會逐漸浸出，進入地下水和土壤，對整個生態環境造成污染和破壞。 因此，未經過嚴格無害化和科學安全處置的有害固體廢棄物成為中國亟待解決的環境 問題。處置重金屬廢物較好的方法是進行固化處理，以達到無害化的目的。固化技術 最近十年得到迅速發展，被用來處理電鍍淤泥、鉻渣等危險物，主要固化技術有水 泥固化、石灰固化等。水泥固化技術在應用過程中存在很多問題，比如形成的沉淀 產物在低pH值環境下會變得可溶；有機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度降低，導致蓬松及破壞；廢物中的硫 酸鹽和水泥水化產物發生反應，導致固化體膨脹和破裂；固化體容易受到酸性介質侵 蝕。大量有害廢物的排放和嚴峻的污染現實迫切要求耐久的新型建筑材料，以實現對 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材料，由低鈣的硅鋁質材料在堿激發劑的作用 下生成的無機材料。土壤聚合物的反應機理和普通水泥有著本質區別，不存在普通水 泥那樣的水化反應。它克服了硅酸鹽水泥耐久性不足、收縮大、環境協調性差等缺陷， 具有優良的抗酸侵蝕、抗堿侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕、抗凍融循環、熱穩定性等耐久性能， 還具有不發生堿一骨料反應、收縮系數和滲透系數小等優點。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，且凝結時間很短，極難控制與調整， 極大地限制了堿礦渣水泥的推廣應用。因為使用低鈣的硅鋁質材料，使得土壤聚合物 既具有堿礦渣水泥的優良耐久性能，又避免了堿礦渣水泥的快硬的缺陷。因此，土壤 聚合物具有獨特的物理力學性能和耐久性能，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越性，具有廣闊的應用前景。
目前，我國電力工業的發展迅速，導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
的優質原材料。粉煤灰基土壤聚合物利用了工業廢渣一粉煤灰，消耗很少的能源，基
本不產生二氧化碳排放，是"綠色"膠凝材料。
發明內容
針對現在技術中存在的問題，本發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材料。本發明使用工業廢渣一粉煤灰、氫氧化鈉和水 玻璃組成的堿激發劑制備粉煤灰基土壤聚合物，并用于重金屬的固化處理。
本發明是一種粉煤灰基土壤聚合物，由下述質量百分比的原材料，混合后反應制得。
粉煤灰40.0 80.0%
氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發劑20.0 60.0%
本發明制備的粉煤灰基土壤聚合物中加入適量的水后充分攪拌，在室溫下最終 可硬化成固體。
本發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良的物理力學性能和 耐久性能，是一種新型重金屬固化技術。
具體實施例方式
以下通過具體實施例對本發明作進一步的詳細描述 實施例1:
粉煤灰48.5%
氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發劑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， 混凝土沒有出現速凝現象。混凝土澆入試模內，在20士3。C環境下硬化后，然后放入 溫度在20土3'C、濕度大于90%環境下，養護至28天齡期。參照DL/T 5150-2001《水 工混凝土試驗規程》測得粉煤灰基土壤聚合物混凝土的如下物理力學性能28天抗 壓強度強度為25.6MPa,抗拉強度為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行為。實施例2:
取實施例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 《水工混凝土試驗規程》和JU 270-98《水運工程混凝土試驗規程》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次循環后，質量損失率為4.4%， 相對動彈性模量為69.0%;快速碳化28天的碳化深度為14.0mm;氯離子擴散系數為 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越的耐久性能。
實施例3:
取實施例1中的混合物540份，加入1350份ISO標準砂，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環境下硬化后，然后放入溫度在20
±3°C、濕度大于90%環境下，養護至14天，半數的試件放入2(TC清水中，半數的
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生任何體積膨脹。這說明，粉煤灰基土壤聚合 物具有優良的抗硫酸鹽侵蝕性能。
實施例4:
取實施例1中的混合物540份，加入1350份ISO標準砂，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室溫下養護，表面 覆蓋保鮮膜，防止水分蒸發，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，繼續放置在干縮室，至規定齡期測 試長度，計算收縮率。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天齡期時達到0.0488%，為普通水泥砂漿的56.6%。
實施例5: 粉煤灰72.1%
氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發劑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，開動機 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。 放入標準養護室養護，l個月后進行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時，用鐵錘敲 碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險廢物鑒別標準一一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標準進行浸出毒性試驗。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《危險廢物鑒別標準一一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規定的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。 實施例6:取實施例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， 開動機器攪拌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。放入標準養護室養護，l個月后進行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時，用 鐵錘敲碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險廢物鑒別標準——浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標準進行浸出毒性試驗。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《危險廢物鑒別標準一 一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規定的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。實施例7:取實施例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， 開動機器攪拌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。放入標準養護室養護，l個月后進行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時，用 鐵錘敲碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險廢物鑒別標準——浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標準進行浸出毒性試驗。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《危險廢物鑒別標準一 一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規定的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。實施例8:取實施例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， 開動機器攪拌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。放入標準養護室養護，l個月后進行，放入烘箱在105'C下，烘干24小時，用 鐵錘敲碎，篩去大于5mm的顆粒，按照《危險廢物鑒別標準——浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)標準進行浸出毒性試驗。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《危險廢物鑒別標準一 一浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-1996)中規定的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良的物理力學性能和耐久性能，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，可以有效地固化處理 含有有害金屬的工業廢物。把粉煤灰基土壤聚合物作為一種新型固化技術用于有害廢 物固化處理，可以實現"以廢物處理廢物"的雙重目的，將有利于降低環境污染， 大大改善生態環境，具有重大的社會意義。雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但它們并不是用來限定本發明，任何熟習 此技藝者，在不脫離本發明之精神和范圍內，自當可作各種變化或潤飾，因此本發明 的保護范圍應當以本申請的權利要求保護范圍所界定的為準。
權利要求
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，覆蓋后放入標準養護室養護約一個月。
2、 根據權利要求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，開動機器攪拌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，放入標準養護室養護一個月。
3、 根據權利要求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、 一種根據權利要求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劑20.0 60.0% 。
5、 根據權利要求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劑27.9 51.5% 。
全文摘要
本發明公開了一種粉煤灰基土壤聚合物，由下述質量百分比的原材料，混合后反應制得，粉煤灰40.0～80.0％；氫氧化鈉和水玻璃組成的堿激發劑20.0～60.0％。本發明制備的粉煤灰基土壤聚合物中加入適量的水后充分攪拌，在室溫下最終可硬化成固體。本發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良的物理力學性能和耐久性能，是一種新型重金屬固化技術。
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 優先權日2008年4月22日
發明者劉興榮, 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:南京瑞迪高新技術公司