CN106045351A - 一种水渣基草酸盐化学键合材料及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水渣基草酸盐化学键合材料及其用途，该材料原料组成及重量份为水渣300~600份、草酸100‑200份、调凝材料6~12份；该材料作为浇注材料具有凝结速度适中、强度高、粘结力强、耐久性好等优越性能；在作为固化重金属的基体材料时能有效的固化/稳定化重金属，从而防止重金属对环境的危害。
Description
技术领域
本发明涉及一种水渣基草酸盐化学键合材料及其用途，具体涉及一种利用水渣制备草酸盐化学键合材料的方法及该材料在作为浇注材料或重金属固化方面的用途，属固废和重金属污染治理技术领域。
背景技术
随着工业化的推进，重金属(例如铅、汞、铜、铬等)污染逐渐加重，危害人类健康，目前有很多种方法技术治理重金属污染，其中固化/稳定化技术是目前使用最广泛的一种处理重金属的方法，固化/稳定化技术的原理是通过固化基材将重金属废物固定或包覆起来，从而解决重金属的污染问题。目前，化学键合材料是一种最常见的重金属固化基材。
草酸盐化学键合材料，是一种由金属氧化物与草酸反应形成以草酸盐为黏结相的无机胶凝材料，其反应机理类似于目前研究较多的镁系磷酸盐化学键合材料，镁系磷酸盐化学键合材料通常由磷酸及磷酸二氢铵、磷酸二氢钾等一种或两种以上的酸式磷酸盐、氧化镁粉、缓凝剂及掺合料等制备而成，在加入水后快速反应，形成具有一定强度的材料，具有高强、快凝、抗盐抗冻性、耐酸腐蚀性等优良性能。磷酸盐化学键合材料最大的优点是体系内的磷酸盐可作为稳定剂与很多重金属反应形成稳定的重金属磷酸盐，再由于材料的内部结构发展相对致密，对重金属浸出的机械阻滞能力较强。但是镁系磷酸盐化学键合材料的主要原料为氧化镁和磷酸盐，通常采用1700℃重烧氧化镁来控制氧化镁的反应活性，能耗很高。因此很大程度上限制了磷酸镁水泥大规模的应用。所以找到可以代替重烧氧化镁和磷酸盐的价格更低廉的原料成为一种研究方向，这样将很大程度地拓宽磷酸盐体系胶凝材料的市场及应用前景，利用比磷酸更加廉价的草酸和本身就是废物的水渣作为原材料成为一种新的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种水渣基草酸盐化学键合材料，其原料组成及重量份为水渣300~600份、草酸100~200份、调凝材料6~12份；该材料利用富含钙氧化物的水渣为原料，与草酸反应速度适中，制备的胶凝材料具有强度高、耐久性好、黏性好的特点，相对于镁系磷酸盐化学键合材料，其原料成本大大降低，施工操作性更强。
所述的水渣是把热熔状态的高炉渣置于水中急速冷却的所得到的一种富含钙、铝、硅氧化物的工业废渣，含质量百分比38~43%的CaO、15~16%的Al2O3、4~8%的MgO、31~36%SiO2；水渣粉磨后至粒度100目筛余量不大于5%。
所述的草酸为分析纯草酸或者工业草酸。
所述的调凝材料为硼酸、硼砂中的一种或任意比的两种。
本发明的另一目的是将上述水渣基草酸盐化学键合材料应用在浇注材料中，
本发明另一目的是将上述水渣基草酸盐化学键合材料应用在重金属固化中，实施时，按照水渣基草酸盐化学键合材料与待固化重金属的质量比为1:0.05~0.2的比例，在水渣基草酸盐化学键合材料中添加重金属或含重金属废渣，搅拌均匀，然后按水渣基草酸盐化学键合材料与水的质量比为1:0.2~0.4的比例，常温下加水并搅拌混合料，混匀后浇注成型、脱模后养护。
具体过程为先将水渣烘干、破碎、粉磨过100目筛，再称取草酸、调凝材料，将以上几种原料混合均匀后，直接将重金属或含重金属的废渣加入到混合料中，充分混合后按计量加入水，在胶砂搅拌机中搅拌均匀后浇注成型，一天后脱模，根据不同要求养护一定龄期即可。
通过添加调凝材料调节其凝固速度，适宜的凝结时间既可满足施工要求，也能保证材料的早期强度，对其后期强度无显著影响。
本发明制备水渣基草酸盐化学键合材料的反应体系中的草酸根可以和重金属离子产生作用，形成难溶的草酸盐，如PbC2O4、CuC2O4等，同时草酸与水渣中的氧化钙、三氧化二铝等氧化物反应生成类陶瓷材料，形成一定的强度，将重金属离子吸附和包裹起来，进一步将重金属沉淀于晶格中，从而降低重金属的毒性浸出。
本发明的优点和积极效果：
（1）本发明提供了一种制备草酸盐化学键合材料的方法，与镁系磷酸盐化学键合材料相比，草酸盐化学键合材料的制备反应过程更为温和，施工性更强；
（2）本发明采用的水渣富含CaO、Al2O3、MgO，与草酸反应过程中会生成草酸钙、草酸铝、草酸镁水化产物，从而将重金属吸附包裹在晶格之中，因此该草酸盐化学键合材料在重金属污染治理上具有很广泛的应用前景；
（3）本发明采用的主要原料为水渣，属于工业废渣，成本很低，另外，本发明采用的草酸比磷酸盐价格更加便宜，水渣作为一种工业废渣，通过这样利用既能实现固体废渣的综合利用，也能实现以废治污，实现了“利废治污”环保理念；
（4）水渣基草酸盐化学键合材料是利用水渣中的几种氧化产物与草酸通过化学结合反应使该材料达到硬化，从而产生强度，拓展了胶凝材料在工业废渣治理中的利用。与镁系磷酸盐化学键合材料相比，作为浇注材料使用，其具有凝固速度适中、操作性强、粘结力强、耐久性好等特性。
附图说明
图1是实施例1水渣基草酸盐化学键合材料SEM图；
图2是实施例1水渣基草酸盐化学键合材料XRD图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明作进一步的阐述，但本发明的技术内容不限于所述范围。
实施例1：本水渣基草酸盐化学键合材料的原料组成为水渣400 g、草酸100 g、硼砂8 g，其中水渣粉磨至粒度100目筛筛余量不大于5%；
将上述水渣基草酸盐化学键合材料用于浇注材料使用，将水渣基草酸盐化学键合材料600 g与150 g水在常温下搅拌均匀后浇注成型，凝固时间为30 min，脱模后在自然环境中养护，测试其力学性能：自然养护3d、7d、28d抗压强度分别为17.9 Mpa、29.6 Mpa、38.2Mpa。对该材料进行SEM形貌分析，结果见图1，从图中可以看到水化产物结晶度较高，晶型完整，材料结构较为致密。对该材料进行XRD分析，结果见图2，可以看到反应主要生成了草酸钙。
实施例2：本水渣基草酸盐化学键合材料的原料组成为水渣300 g、草酸100 g、硼砂6 g，其中水渣粉磨至粒度100目筛筛余量不大于5%；
将上述水渣基草酸盐化学键合材料用于浇注材料使用，将水渣基草酸盐化学键合材料600 g与150 g水在常温下搅拌均匀后浇注成型，凝固时间为22 min，脱模后在自然环境中养护，测试其力学性能：自然养护3d、7d、28d抗压强度分别为13.5 Mpa、25.5 Mpa、32.3Mpa。
实施例3：本水渣基草酸盐化学键合材料的原料组成为水渣500 g、草酸200 g、硼酸5g、硼砂5g，其中水渣粉磨至粒度100目筛筛余量不大于5%；
将上述水渣基草酸盐化学键合材料用于浇注材料使用，将水渣基草酸盐化学键合材料600 g与150 g水在常温下搅拌均匀后浇注成型，凝固时间为36 min，脱模后在自然环境中养护，测试其力学性能：自然养护3d、7d、28d抗压强度分别为14.3 Mpa、24.8 Mpa、31.6Mpa。
实施例4：本水渣基草酸盐化学键合材料的原料组成为水渣600 g、草酸150 g、硼砂12 g，其中水渣粉磨至粒度100目筛筛余量不大于5%；
将上述水渣基草酸盐化学键合材料用于浇注材料使用，将水渣基草酸盐化学键合材料600 g与150 g水在常温下搅拌均匀后浇注成型，凝固时间为52 min，脱模后在自然环境中养护，测试其力学性能：自然养护3d、7d、28d抗压强度分别为16.9 Mpa、28.6 Mpa、36.2Mpa。
实施例5：本水渣基草酸盐化学键合材料的原料组成为水渣400 g、草酸100 g、硼砂8 g，其中水渣粉磨至粒度100目筛筛余量不大于5%；
将上述水渣基草酸盐化学键合材料用于固化重金属Pb，取600 g的水渣基草酸盐化学键合材料与48 g硝酸铅混合后，添加150 g水常温下搅拌混匀后浇注成型，凝固时间为30min，脱模后在自然环境中养护，测试其力学性能：自然养护3d、7d、28d抗压强度分别为11.9Mpa、21.2 Mpa、33.2 Mpa。毒性浸出实验，自然养护28 d后Pb浸出浓度为1.13 mg/L，低于国家标准GB 5085.3-2007规定的5 mg/L。
实施例6：本水渣基草酸盐化学键合材料的原料组成为水渣450 g、草酸150 g、硼砂12g，其中水渣粉磨至粒度100目筛筛余量不大于5%；
将上述水渣基草酸盐化学键合材料用于固化重金属Pb，取600 g的水渣基草酸盐化学键合材料与85g硝酸铜混合后，添加200 g水常温下搅拌混匀后浇注成型，凝固时间为30min，脱模后在自然环境中养护，测试其力学性能：自然养护3d、7d、28d抗压强度分别为12.4Mpa、25.1Mpa、36.7 Mpa。毒性浸出实验，自然养护28 d后Cu浸出浓度为18 mg/L，低于国家标准GB 5085.3-2007规定的100 mg/L。
Claims (5)
1.一种水渣基草酸盐化学键合材料，其特征在于：原料组成及重量份为水渣300~600份、草酸100~200份、调凝材料6~12份。
2.根据权利要求1所述的水渣基草酸盐化学键合材料，其特征在于：水渣粉磨至粒度100目筛筛余量不大于5%。
3.根据权利要求1所述的水渣基草酸盐化学键合材料，其特征在于：调凝材料为硼酸、硼砂中的一种或任意比两种。
4.权利要求1-3中任一项所述的水渣基草酸盐化学键合材料在作为浇注材料中应用。
5.权利要求1-3中任一项所述的水渣基草酸盐化学键合材料在重金属固化中的应用，其特征在于：按水渣基草酸盐化学键合材料与待固化重金属的质量比为1:0.05~0.2的比例，在水渣基草酸盐化学键合材料中添加重金属或含重金属废渣，混匀，然后按水渣基草酸盐化学键合材料与水的质量比为1:0.2~0.4的比例，在混合物中添加水，常温下搅拌混匀后浇注成型、脱模后养护。
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