一種膠凝材料及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膠凝材料，其原料組成及重量份為銅渣300~600份、草酸或/和酸式草酸鹽100~200份、調(diào)凝材料6~14份；將該膠凝材料應(yīng)用在對Pb、Cu的固化中，固化效果顯著，可以有效降低固化后重金屬Pb和Cu的浸出濃度，而且操作過程簡便，固化重金屬Pb和Cu后的膠凝材料具有強(qiáng)度較高、后期穩(wěn)定性好、常溫快速硬化等特點(diǎn)。
【專利說明】
-種膠凝材料及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種膠凝材料及其應(yīng)用，屬于固廢和重金屬鉛和銅污染治理技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，重金屬鉛和銅污染逐漸成為全球性的環(huán)境問題，嚴(yán) 重影響人類健康。通常所說的重金屬鉛和銅是指〔(1、叱、？13、加、211、化等生物毒性元素。依據(jù) 受到侵害的程度，分為輕微污染、輕度污染、中度污染、嚴(yán)重污染和極度污染等。主要表現(xiàn)在 水體污染、大氣污染，±壤重金屬鉛和銅污染。其中最多的是±壤重金屬鉛和銅污染，±壤 重金屬鉛和銅污染是指由于人類活動(dòng)，主要包括:采礦、冶煉、化工、制革、電鍛、電子等工業(yè) 生產(chǎn)W及污灌、農(nóng)藥、化肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，將重金屬鉛和銅排放到±壤中，致使±壤中重金屬 鉛和銅含量明顯高于原有含量，并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。與水體污染、大氣污染相 對比，±壤中重金屬鉛和銅污染具有很多特點(diǎn)，在±壤中的滯留時(shí)間長，而且不能被微生物 降解。其在±壤中長期積累將影響±壤生態(tài)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和水資源，嚴(yán)重威 脅人類和動(dòng)物的健康。
[0003] 目前有很多種方法技術(shù)治理重金屬鉛和銅污染，主要分為Ξ大類:物理修復(fù)法，化 學(xué)修復(fù)法，生物修復(fù)法。物理法主要包括客±法、熱修復(fù)法、電動(dòng)修復(fù)及玻璃化技術(shù)等。生物 修復(fù)法主要包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)。化學(xué)法主要包括±壤淋洗法、有機(jī)質(zhì)改 良、化學(xué)穩(wěn)定化。但是目前很多方法都存在不足，例如:客±法、玻璃化技術(shù)成本太高；熱修 復(fù)法只能處理揮發(fā)性的重金屬鉛和銅；電動(dòng)修復(fù)法技術(shù)不成熟;生物法處理能力有限;±壤 淋洗法對±壤環(huán)境改變大等不足。
[0004] 其中使用最多的是化學(xué)固化/穩(wěn)定化技術(shù)，其原理是通過固化基材將重金屬鉛和 銅廢物固定或包覆起來，從而解決重金屬鉛和銅的污染問題。目前，化學(xué)鍵合材料是一種最 常見的固化基材。目前研究較多的是憐酸鹽膠凝材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種膠凝材料，其原料組成及重量份為銅渣300~600份、草酸 或/和酸式草酸鹽100~200份、調(diào)凝材料6~14份。
[0006] 所述銅渣粉磨至粒度140目篩篩余量不大于5%。
[0007] 所述酸式草酸鹽為草酸氨錠、草酸氨鋼、草酸氨鐘、草酸Ξ氨鐘中的一種或任意比 幾種。
[000引所述調(diào)凝材料為棚酸、棚砂、脫硫石膏中的一種或任意比幾種。
[0009]本發(fā)明另一目的是將上述膠凝材料應(yīng)用在Pb物料或/和Cu物料固化中，按膠凝材 料與待固化Pb物料或/和Cu物料的質(zhì)量比為1:0.05~0.4的比例，在膠凝材料中添加待固化 化物料或/和化物料，混勻，然后按膠凝材料與水的質(zhì)量比為1:0.2~0.4的比例，在混合物中 添加水，常溫下攬拌混勻后誘注成型、脫模后養(yǎng)護(hù)；本方法實(shí)施后，重金屬鉛和銅浸出率可 W達(dá)到《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB 5085.3-2007)的相關(guān)要求，同時(shí)固化后的固 化體具有一定抗壓強(qiáng)度(大于lOMPa)，從而可W將其當(dāng)建筑材料用于實(shí)際生活中。
[0010] 具體步驟如下： 將銅渣研磨后，銅渣粉磨至粒度140目篩篩余量不大于5%，備用；按原料重量組成為銅 渣300~600份、草酸或酸式草酸鹽100~200份、調(diào)凝材料6~14份、一定量饑物料或/和化物料， 充分混勻后加入一定比例的水，充分?jǐn)埌?將混合物加到六連裝20mm*20mm*20mm的模具中， 巧實(shí)后，最后抹平泥漿表面，放在自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，形成固化塊;拆去固化塊的模具，將固化 塊置于恒溫恒濕的環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，將養(yǎng)護(hù)28天后的固化塊風(fēng)干。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果： (1) 固化后的固化塊中的重金屬鉛和銅浸出濃度可W達(dá)到《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒 性鑒別;KGB 5085.3-2007)的相關(guān)要求； (2) 本發(fā)明采用的銅渣富含F(xiàn)eO,與草酸反應(yīng)過程中會生成草酸亞鐵的水化產(chǎn)物，其中 草酸可W與重金屬鉛和銅反應(yīng)生成重金屬鉛和銅草酸鹽沉淀，另外草酸亞鐵對重金屬鉛和 銅離子具有吸附和包裹的作用，因此該銅渣基草酸鹽膠凝材料在重金屬鉛和銅污染治理上 具有很廣泛的應(yīng)用前景； (3) 本發(fā)明采用的主要原料為銅渣和草酸或酸式草酸鹽，原料的價(jià)格都很低廉，另外， 銅渣作為一種廢渣，本身就是廢棄物，只能簡單堆存，利用銅渣基草酸鹽膠凝材料還可W有 效地固化/穩(wěn)定化重金屬鉛和銅離子，運(yùn)意味著不僅實(shí)現(xiàn)了固體廢渣的綜合利用，還實(shí)現(xiàn)了 "利廢治污"的環(huán)保理念。
[0012] (4)銅渣基草酸鹽膠凝材料是利用銅渣與草酸或酸式草酸鹽發(fā)生反應(yīng)從而產(chǎn)生強(qiáng) 度，拓展了工業(yè)廢渣在固化重金屬鉛和銅中的綜合利用。與憐酸鹽化學(xué)鍵合材料相比，作為 誘注材料使用，不僅具有凝固速度適中、早強(qiáng)快硬、體積穩(wěn)定性好、耐久性好等特性，而且具 有更好的黏結(jié)性。此外，該誘注材料大量地利用了銅渣，降低材料的成本，實(shí)現(xiàn)了銅渣的綜 合利用。
【附圖說明】
[001引圖1是未力睡金屬的基材和實(shí)施例1、2的固化體的邸D圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] W下通過實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容不限于所述范 圍。
[0015] 實(shí)施例1:本膠凝材料原料組成如下銅渣400g、草酸lOOg、棚砂8g;銅渣粉磨至粒度 140目篩篩余量不大于5〇/〇; 將上述膠凝材料應(yīng)用于Pb物料固化中，將銅渣400g、草酸lOOg、棚砂8g、26g硝酸鉛混 合，充分混勻后加入150g水，常溫下攬拌混勻后，將混合物添加到六連裝20mm*20mm*20mm的 模具中，巧實(shí)后，最后抹平泥漿表面，在自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，形成固化塊;第二天拆去固化塊的 模具，將固化塊置于恒溫恒濕的環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天。由圖1中的XRD分析可W看出，利用銅 渣基草酸鹽膠凝材料固化饑后，固化體中生成了難溶的饑C2化(2目=21.1°和29.1° )，從而可 通過化學(xué)鍵合和物理包裹實(shí)現(xiàn)對化的固封。
[0016] 根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法Κ町557-2010)檢測固化塊的重金 屬鉛毒性浸出。將固化塊粉碎到粒徑3mmW下，在105°C下烘干，恒重至±0.01 g，稱取7g固 化塊顆粒于具蓋廣口聚乙締瓶中，加入70mL純凈水，按照《固體廢物浸出毒性浸出方法水平 振蕩法K町557-2010)的步驟進(jìn)行浸提和分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)置Ξ個(gè)平行樣，測定數(shù)據(jù)為Ξ次測定 的平均值。固化后重金屬鉛浸出濃度結(jié)果如表1; 表1固化后重金屬鉛浸出濃度
[0017] 實(shí)施例2:本膠凝材料原料組成如下銅渣500g、草酸lOOg、草酸氨鋼50g、棚酸8g;銅 渣粉磨至粒度140目篩篩余量不大于5%; 將上述膠凝材料應(yīng)用于Cu物料固化中，將銅渣500g、草酸lOOg、草酸氨鋼50g、棚酸8g、 50g硝酸銅混合，充分混勻后加入260g水，常溫下攬拌混勻后，將混合物添加到六連裝20mm* 20mm巧0mm的模具中，巧實(shí)后，最后抹平泥漿表面，在自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，形成固化塊;第二天 拆去固化塊的模具，將固化塊置于恒溫恒濕的環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天。由圖1中的XRD分析可 W看出，利用銅渣基草酸鹽膠凝材料固化化后，固化體中生成了難溶的CuC2化(2目=35.5°和 47° )，從而可通過化學(xué)鍵合和物理包裹實(shí)現(xiàn)對化的固封。
[0018] 根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法K町557-2010)檢測固化塊的重金 屬銅浸出毒性。將固化塊粉碎到粒徑3mm W下，在105 °C下烘干，恒重至± 0.01 g，稱取7g固 化塊顆粒于具蓋廣口聚乙締瓶中，加入70ml純凈水，按照《固體廢物浸出毒性浸出方法水平 振蕩法K町557-2010)的步驟進(jìn)行浸提和分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)置Ξ個(gè)平行樣，測定數(shù)據(jù)為Ξ次測定 的平均值。固化后重金屬銅浸出濃度結(jié)果如表2; 表2固化后重金屬銅浸出濃度
[0019] 實(shí)施例3:本膠凝材料原料組成如下銅渣600g、草酸160g、棚砂6g、棚酸6g;銅渣粉 磨至粒度140目篩篩余量不大于5%; 將上述膠凝材料應(yīng)用于Pb物料固化中，將銅渣600g、草酸160g、棚砂6g、棚酸6g、25g硝 酸鉛、25份硝酸銅混合，充分混勻后加入160g水，常溫下攬拌混勻后，將混合物添加到六連 裝20mm巧0mm*20mm的模具中，巧實(shí)后，最后抹平泥漿表面，在自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，形成固化塊； 第二天拆去固化塊的模具，將固化塊置于恒溫恒濕的環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天。
[0020] 根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法K町557-2010)檢測固化塊的重金 屬鉛和銅浸出毒性。將固化塊粉碎到粒徑3mmW下，在105°C下烘干，恒重至±0.01 g，稱取 7g固化塊顆粒于具蓋廣口聚乙締瓶中，加入70mL純凈水，按照《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法K町557-2010)的步驟進(jìn)行浸提和分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)置Ξ個(gè)平行樣，測定數(shù)據(jù)為Ξ次 測定的平均值。固化后重金屬鉛和銅浸出濃度結(jié)果如表3; 表3固化后重金屬鉛和銅浸出濃度
[0021] 實(shí)施例4:本膠凝材料原料組成如下銅渣350g、草酸氨鐘120g、脫硫石膏6g;銅渣粉 磨至粒度140目篩篩余量不大于5%; 將上述膠凝材料應(yīng)用于Pb物料固化中，將銅渣350g、草酸氨鐘120g、脫硫石膏6g、190g 份垃圾焚燒飛灰(鉛含量為4.02g/kg，銅含量為1.13g/kg)混合，充分混勻后加入120g水，常 溫下攬拌混勻后，將混合物添加到六連裝20mm*20mm*20mm的模具中，巧實(shí)后，最后抹平泥漿 表面，在自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，形成固化塊;第二天拆去固化塊的模具，將固化塊置于恒溫恒濕 的環(huán)境下繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天。
[0022] 根據(jù)《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法K町557-2010)檢測固化塊的重金 屬鉛和銅浸出毒性。將固化塊粉碎到粒徑3mmW下，在105°C下烘干，恒重至±0.01 g，稱取 7g固化塊顆粒于具蓋廣口聚乙締瓶中，加入70ml純凈水，按照《固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法K町557-2010)的步驟進(jìn)行浸提和分析。實(shí)驗(yàn)設(shè)置Ξ個(gè)平行樣，測定數(shù)據(jù)為Ξ次 測定的平均值。固化后重金屬銅浸出濃度結(jié)果如表4; 表4固化后重金屬鉛和銅浸出濃度
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種膠凝材料，其特征在于:原料組成及重量份為銅渣300~600份、草酸或/和酸式草 酸鹽100~200份、調(diào)凝材料6~14份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠凝材料，其特征在于:銅渣粉磨至粒度140目篩篩余量不大 于5%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠凝材料，其特征在于:酸式草酸鹽為草酸氫銨、草酸氫鈉、草 酸氫鉀、草酸三氫鉀中的一種或任意比幾種。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠凝材料，其特征在于:調(diào)凝材料為硼酸、硼砂、脫硫石膏中的 一種或任意比幾種。5. 權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的膠凝材料在Pb物料或/和Cu物料固化中的應(yīng)用，其特征 在于:按膠凝材料與待固化Pb物料或/和Cu物料的質(zhì)量比為1:0.05~0.4的比例，在膠凝材料 中添加待固化Pb物料或/和Cu物料，混勻，然后按膠凝材料與水的質(zhì)量比為1:0.2~0.4的比 例，在混合物中添加水，常溫下攪拌混勻后澆注成型、脫模后養(yǎng)護(hù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于:Pb物料為Pb鹽或含重金屬Pb的垃圾焚燒飛 灰，其中垃圾焚燒飛灰的鉛含量低于5 g/kg。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于:Cu物料為Cu鹽或含重金屬Cu的垃圾焚燒飛 灰，其中垃圾焚燒飛灰的銅含量低于2g/kg。
【文檔編號】C04B28/08GK106082722SQ201610465791
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】周新濤, 何歡, 陳卓, 李欣
【申請人】昆明理工大學(xué)