專利名稱：一種氟石膏中性改性劑及利用其對氟石膏進行改性的方法
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)境影響更為嚴重，如果處置不當，氟石膏中的氫氟酸以及硫酸等有毒有害物質(zhì)以各種不同方式進入環(huán)境。進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，進行固、液、氣多形態(tài)的循環(huán)流動、擴散，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，同時還具有廣泛的經(jīng)濟效益。同時鋼渣由鈣、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，完全可以當做一種堿性材料進行應(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行應(yīng)用。現(xiàn)有對氟石膏進行中和預(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行中和反應(yīng)。隨著時間的推移，其工藝過程復雜，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左右時排放。力口入的石灰中和硫酸，進一步生成硫酸I丐。加石灰時，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行改性的方法。為實現(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中攪拌均勻，即制得中性改性劑；
2)對氟石膏進行中和改性
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。而將三者進行復合之后，總體摻量比單純使用石灰要略為增加，但是達到了有效利用鋼渣和粉煤灰中CaO的目的，可以達到同樣的中和效應(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，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準，實現(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)勢和較強的市場競爭力。
具體實施例方式 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明及其改性效果作進一步的描述。本具體實施方式
并非對其保護范圍的限制。實驗實例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，制得改性氟石膏。2、對比實驗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%本實驗結(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準；而且改性后氟石膏的硫酸鈣純度變化很小。實驗實例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，制得改性氟石膏。2、對比實驗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中攪拌均勻，即制得中性改性劑； 2)對氟石膏進行中和改性 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，即可達到弱堿性。本發(fā)明的優(yōu)點是，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)良的化學石膏用于水泥緩凝劑或無機膠凝材料制備。
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