CN103803921B - 用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于废弃物中重金属离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炉矿渣3～4份、硅酸盐水泥1～2份、沸石粉1～2份、轻烧氧化镁0.5～1份、明矾石1～1.5份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.3～0.5份组成。使用方法是掺量按废弃物干重的20~40%计算，掺入水泥基材料。使用本发明的水泥基材料，可以使含有重金属固体废弃物的固化体获得较高的强度和良好的体积稳定性，对于重金属具有快速、高效固化的优点，能够显著降低重金属浸出浓度。同时，该水泥基材料配料方便，能够使重金属危险废物转变为安全环保的建筑材料，消纳目前尚无法资源化利用的重金属固体废弃物，有利于环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料及其使用方法，属于水泥基材料及其使用方法技术领域。
背景技术
我国每年产生数十亿吨的废弃物，包括工业废渣、建筑垃圾、城市废弃物等。然而，由于废弃物来源广、成分复杂，且可能含有多种对环境和人体健康有害的物质，较为典型的是重金属离子（Pb、Cr6+、Hg、Cd）、浸出性毒性物质等。这些物质将对人类的健康产生负面的影响，严重的会致癌、致畸。而混凝土又大量用于人居环境中，混凝土的生产应用首先要保证其具有可靠的环境安全性，即不会对环境和人体健康产生危害。这不仅是以人为本和对人民生命财产负责的要求，也是促进再生建材推广利用和发展循环经济的技术基础。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种能有效地阻止废弃物中的重金属物质逸出，极大地降低重金属离子浸出浓度，从而实现保护环境和资源化再利用的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料及其使用方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，按重量份由水淬高炉矿渣3～4份、硅酸盐水泥1～2份、沸石粉1～2份、轻烧氧化镁0.5～1份、明矾石1～1.5份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.3～0.5份组成。
一种用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的使用方法，一、首先将废弃物（工业废渣、建筑垃圾或污泥）进行破碎，过筛，然后根据力学性能要求确定水泥基材料的掺量，掺量按废弃物干重的20～40%计算，按既定的掺量掺入水泥基材料；二、按上述掺量掺入水泥基材料并混合均匀，调整用水量使得废弃物混和料达到35～42%的含水率，搅拌均匀后压实成型，压实程度达到其最大干密度；三、采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，密封养生7～28天。
本发明的有益效果是：能够以干废弃物质量的20～40%掺量有效固化工业废渣、建筑垃圾、污泥等废弃物中重金属离子。在固结铬渣和电镀污泥的试验中，按照现行《固体废物浸出毒性浸出方法翻转法》（GB5086.1-1997）标准，28d龄期的稳定固化体系对Cr离子的固化率均为90%以上。本发明的水泥基材料用于固化工业废渣、建筑垃圾、污泥等废弃物中重金属离子，不仅可以获得较高的强度、水稳性能和良好的体积稳定性等特点。同时，用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料是一种施工方便、成本低廉、快速固化的高效新型环保水泥基材料，利于环境保护，市场前景十分广阔。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本实施例所涉及的一种用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，按重量份由水淬高炉矿渣3～4份、硅酸盐水泥1～2份、沸石粉1～2份、轻烧氧化镁0.5～1份、明矾石1～1.5份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.3～0.5份组成。
较佳的技术方案，按重量份由水淬高炉矿渣3.1～3.9份、硅酸盐水泥1.1～1.9份、沸石粉1.1～1.9份、轻烧氧化镁0.6～0.9份、明矾石1.1～1.4份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.31～0.49份组成。
最佳的技术方案，按重量份由水淬高炉矿渣3.5份、硅酸盐水泥1.5份、沸石粉1.5份、轻烧氧化镁0.7份、明矾石1.3份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.4份组成。
优选的，所述的水淬高炉矿渣勃氏比表面积为350～700m2/kg。
优选的，所述沸石粉细度不低于150目。
优选的，所述轻烧氧化镁和明矾石细度不低于200目。
优选的，所述碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。
一种用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的制作方法：
将上述重量份的水淬高炉矿渣、硅酸盐水泥、沸石粉、轻烧氧化镁、明矾石和碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物的干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料。
一种用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的使用方法：
一、首先将废弃物（工业废渣、建筑垃圾或污泥）进行破碎，过筛，然后根据力学性能要求确定水泥基材料的掺量，掺量按废弃物干重的20～40%计算，按既定的掺量掺入水泥基材料；
二、按上述掺量掺入水泥基材料并混合均匀，调整用水量使得废弃物混和料达到35～42%的含水率，搅拌均匀后压实成型，压实程度应达到其最大干密度；
三、采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，密封养生7～28天。
实施例1
（1）按照下列重量称取用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的原料：（千克）
水淬高炉矿渣0.4；硅酸盐水泥0.2；沸石粉0.1；轻烧氧化镁0.05；明矾石0.1；消石灰粉（氢氧化钙）0.05。
所述水淬高炉矿渣磨至勃氏比表面积为350m2/kg，所述沸石粉细度为150目，所述轻烧氧化镁和明矾石细度为200目；
（2）用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料：
将水淬高炉矿渣0.4kg、硅酸盐水泥0.2kg、沸石粉0.1kg、轻烧氧化镁0.05kg、明矾石0.1kg和消石灰粉（氢氧化钙）0.05kg干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料；
（3）制备含重金属废弃物胶结组合物：
将铬渣破碎，过公称直径为5mm的筛，向所述铬渣中加入用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的加入量为所述铬渣干基质量的30％，搅拌混合均匀，搅拌时间不低于2min；
向上述混合物中加入水，通过调节水的质量，使整个体系的含水量为38%，搅拌均匀得含重金属废弃物胶结组合物。
实施例2
（1）按照下列重量称取用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的原料：（千克）
水淬高炉矿渣0.35；硅酸盐水泥0.15；沸石粉0.15；轻烧氧化镁0.1；明矾石0.12；氢氧化钾0.05。
所述水淬高炉矿渣磨至勃氏比表面积为500m2/kg，所述沸石粉细度为180目，所述轻烧氧化镁和明矾石细度为220目；
（2）用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料：
将水淬高炉矿渣0.35kg、硅酸盐水泥0.15kg、沸石粉0.15kg、轻烧氧化镁0.1kg、明矾石0.12kg和氢氧化钾0.05kg干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料；
（3）制备含重金属废弃物胶结组合物：
将电镀污泥破碎，过公称直径为5mm的筛，向所述电镀污泥中加入用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的加入量为所述电镀污泥干基质量的25％，搅拌混合均匀，搅拌时间不低于2min；
向上述混合物中加入水，通过调节水的质量，使整个体系的含水量为42%，搅拌均匀得含重金属废弃物胶结组合物。
实施例3
（1）按照下列重量称取用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的原料：（千克）
水淬高炉矿渣0.35；硅酸盐水泥0.1；沸石粉0.2；轻烧氧化镁0.05；明矾石0.15；氢氧化钠0.03。
所述水淬高炉矿渣磨至勃氏比表面积为700m2/kg，所述沸石粉细度为160目，所述轻烧氧化镁和明矾石细度为210目；
（2）用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料：
将水淬高炉矿渣0.35kg、硅酸盐水泥0.1kg、沸石粉0.2kg、轻烧氧化镁0.05kg、明矾石0.15kg和氢氧化钠0.03kg干燥原料放入搅拌机中进行拌合，拌匀后密封保存，形成粉状用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料；
（3）制备含重金属废弃物胶结组合物：
将建筑垃圾破碎，过公称直径为5mm的筛，向所述建筑垃圾中加入用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的加入量为所述建筑垃圾干基质量的20％，搅拌混合均匀，搅拌时间不低于2min；
向上述混合物中加入水，通过调节水的质量，使整个体系的含水量为35%，搅拌均匀得含重金属废弃物胶结组合物。
将上述含重金属废弃物胶结组合物采用水泥胶砂试模浇筑成型，静置1天后收面，并拆模，拆模后采用薄膜覆盖密闭养生，养生温度控制在20～25℃，相对湿度不高于95%，时间不宜少于7天，如果对耐久性要求较高，养生期不应少于28天。受冻前的养生龄期不得低于28天。如果低于此温度，则应相应延长养生期，温度低于零度时不得进行施工。
本实施例提供的含重金属废弃物胶结组合物固化后，按照《建筑砂浆基本性能试验方法标准》（JGJ/T70-2009）标准测定第3天抗压强度均超过1.0MPa；第7天抗压强度均超过3.0MPa；按照现行《固体废物浸出毒性浸出方法翻转法》（GB5086.1-1997）标准检测，28d龄期的稳定固化体系对Cr离子的固化率均在90%以上，固化体中的Ni、Pb和Cd等重金属均未检出；含重金属固体废弃物的固化体的水稳性能和体积稳定性良好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，其特征在于，按重量份由水淬高炉矿渣3～4份、硅酸盐水泥1～2份、沸石粉1～2份、轻烧氧化镁0.5～1份、明矾石1～1.5份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.3～0.5份组成。
2.根据权利要求1所述的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，其特征在于，按重量份由水淬高炉矿渣3.1～3.9份、硅酸盐水泥1.1～1.9份、沸石粉1.1～1.9份、轻烧氧化镁0.6～0.9份、明矾石1.1～1.4份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.31～0.49份组成。
3.根据权利要求1所述的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，其特征在于，按重量份由水淬高炉矿渣3.5份、硅酸盐水泥1.5份、沸石粉1.5份、轻烧氧化镁0.7份、明矾石1.3份以及碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物0.4份组成。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，其特征在于，所述的水淬高炉矿渣勃氏比表面积为350～700m2/kg。
5.根据权利要求1、2或3所述的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，其特征在于，所述沸石粉细度不低于150目。
6.根据权利要求1、2或3所述的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，其特征在于，所述轻烧氧化镁和明矾石细度不低于200目。
7.根据权利要求1、2或3所述的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料，其特征在于，所述碱金属的氢氧化物或碱土金属的氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙。
8.一种权利要求1、2或3所述的用于废弃物中重金属离子固化的水泥基材料的使用方法，其特征在于，一、首先将废弃物进行破碎，过筛，然后根据力学性能要求确定水泥基材料的掺量，掺量按废弃物干重的20~40%计算，按既定的掺量掺入水泥基材料；二、按上述掺量掺入水泥基材料并混合均匀，调整用水量使得废弃物混和料达到35~42%的含水率，搅拌均匀后压实成型，压实程度达到其最大干密度；三、采用密封养生，养生温度控制在20～25℃，密封养生7~28天。
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