CN108439836B

CN108439836B - 一种用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉及制备、应用

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Publication number: CN108439836B
Application number: CN201810114770.7A
Authority: CN
Inventors: 罗忠涛; 程站起; 白召军; 张茂亮; 张海涛; 赵军; 张美香; 王振华
Original assignee: Henan Building Material Research And Design Institute Co ltd; Zhengzhou Lanxia Environmental Protection Engineering Co ltd; Zhengzhou University
Current assignee: Henan Building Material Research And Design Institute Co ltd; Zhengzhou Lanxia Environmental Protection Engineering Co ltd; Zhengzhou University
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2038-02-06
Also published as: CN108439836A

Abstract

本发明属于建筑混凝土材料技术领域，具体涉及一种用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉及制备、应用。该重构铬渣粉制备时以一定量的铬渣粉、熔融矿渣、催化助熔组分为原料，经熔融、水淬、烘干粉碎而成。本发明制得的重构铬渣粉作为掺合料应用到砂浆、混凝土中能够提高砂浆、混凝土的抗辐射性能，同时重构铬渣粉具有良好的活性特征，掺合后对砂浆、混凝土的其他基本性能无不利影响，混凝土的各项指标符合国家标准要求。

Description

一种用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉及制备、应用

技术领域

本发明属于建筑混凝土材料技术领域，具体涉及一种用于防辐射混凝土的重构铬渣粉及其制备、应用。

背景技术

核辐射作用于人体时通过不同方式使人体细胞癌变、致畸甚至死亡。因此合理设置屏蔽层是保护动植物不受核辐射威胁的必要手段，常见辐射屏蔽材料有铅板、防辐射玻璃、防辐射混凝土等。而防辐射混凝土因其成本优势得到了广泛应用，适用于核电站等。

目前，针对防辐射混凝土的应用研究主要有掺合料和重骨料，而随着天然资源如重晶石等的越来越匮乏，部分具有防辐射特性的工业固废利用空间越来越大。目前进行放射性屏蔽多采用重晶石、沸石、铁矿石等高密度天然骨料，主要问题在于这些骨料的成本较高，而且过于消耗天然资源，且不适于大规模应用于放射性屏蔽。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉及制备、应用，该重构铬渣粉以一定比例加入到混凝土中，能在不影响混凝土基本性能的前提下显著提升混凝土的防辐射性能。

本发明所采用的技术方案为：

一种用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉制备方法，包括以下步骤

1）按以下重量百分比配料：铬渣粉30-70%、熔融矿渣30~70%、催化助熔组分1~5%，

2）取铬渣粉湿法成球，成球后烘干，形成铬渣粉料球备用；

3）向熔融矿渣中加入铬渣粉料球和催化助熔组分进行熔融反应；

4）待步骤3）的铬渣粉料球与熔融矿渣完全共熔之后，直接倾倒于水池中进行水淬，形成重构铬渣；

5）将步骤4）得到的重构铬渣烘干后粉碎即为重构铬渣粉。

所述催化助熔组分的质量百分比组成为：赤泥40~80%和钒渣20~60%。

所述步骤1）中铬渣粉为铬盐生产所产生的废渣粉碎而成，铬渣粉的80μm筛余≤20%，其中Cr元素氧化物百分含量为3~10%。

所述步骤2）中铬渣粉料球的直径范围为5~20mm，湿法成球后铬渣粉料球的含水量≤10%，烘干后铬渣粉料球的含水率为≤3%。

所述步骤3）中熔融矿渣为钢铁冶炼过程所产生的熔融渣，熔融反应温度为1100~1600℃。优选熔融温度为1200~1500℃。

所述步骤5）中重构铬渣烘干至含水率为≤1%，粉碎至80μm筛余为≤12%。

采用以上制备方法制得的重构铬渣粉。

重构铬渣粉在制备防辐射砂浆或混凝土方面的应用。

所述重构铬渣粉应用到砂浆或混凝土中时，以替代掉1~30%的水泥量加入到砂浆或混凝土中。优选替代水泥量为10-30%。

本发明的技术人员在防辐射砂浆、混凝土的领域研究时发现铬渣具有良好的防辐射性能，但是铬渣的浸出毒性却不容忽视，尤其是铬渣中的Cr⁶⁺及其化合物大部分能溶于水，且毒性是Cr³⁺的100倍，Cr⁶⁺的化合物对人体的最小中毒量为110μg/m³，严重威胁生态环境及人类健康，因此铬渣的安全处置问题亦是亟待解决的，即使考虑将铬渣作为防辐射混凝土的原料，如何解决其毒性问题仍然是一个难题。

为了克服以上难题，本发明的技术人员提出了熔融重构技术，一方面提高重构铬渣的防辐射活性，使其满足作为砂浆、混凝土掺合料的使用要求，另一方面通过熔融重构再水泥固化的双重固化措施保证铬渣的安全稳定性，杜绝了铬渣的浸出。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

1、本发明提供了一种铬渣安全无害化消纳途径，对工业废弃物的处置提供了新的思路；

2、重构铬渣粉具有良好的活性特征，掺合到砂浆或混凝土中时能够明显提高其结构强度和密实性，从而通过控制重构铬渣和重晶石等高密度匀质分布、反应速度分布等实现放射性屏蔽，掺合后对混凝土的其他基本性能无不利影响，且其各项指标符合国家标准要求；

3、本发明采用危险固体废弃物来制备防辐射砂浆、混凝土，既消耗了工业生产的废弃物，又显著降低了防辐射砂浆、混凝土的生产成本，同时也保护了环境资源；

4、本发明在对铬渣进行重构时方法简单易行，有效利用了熔融矿渣的高温平台，利用了废弃热能，避免热能浪费。

具体实施方式

下面结合实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

以下实施例中所使用的赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥以及两种赤泥混合料，其勃氏比表面积大于300m²/Kg；钒渣为工业钒渣，其勃氏比表面积大于300m²/Kg。

实施例1：

重构铬渣粉的重量百分比的原料组成：铬渣粉38%，熔融矿渣61%，催化助熔组分1%。催化助熔组分的重量百分比组成为：赤泥40%、钒渣60%。

制备重构铬渣粉时采用以下步骤：1）铬渣先粉碎再磨细至80μm筛余为18%得到铬渣粉（Cr元素氧化物百分含量为10%），按以上比例配料：铬渣粉38%，熔融矿渣61%，催化助熔组分1%。

2）取铬渣粉湿法成球，含水率为10%，直径范围为5~10mm，成球后烘干至含水率为3%，形成铬渣粉料球备用；

3）向1200℃熔融矿渣中加入铬渣粉料球和催化助熔组分进行熔融反应；

5）将步骤4）得到的重构铬渣烘干至含水率为1%，然后进行磨细至80μm筛余为12%即得用于防辐射混凝土的重构铬渣粉。

实施例2：

重构铬渣粉的重量百分比的原料组成：铬渣粉45%，熔融矿渣53%，催化助熔组分2%。催化助熔组分的重量百分比组成为：赤泥50%、钒渣50%。

制备重构铬渣粉时采用以下步骤：1）铬渣先粉碎再磨细至80μm筛余为15%得到铬渣粉（Cr元素氧化物百分含量为6%），按以上比例配料：铬渣粉45%，熔融矿渣53%，催化助熔组分2%。

2）取铬渣粉湿法成球，含水率为8%，直径范围为10~20mm，成球后烘干至含水率为3%，形成铬渣粉料球备用；

3）向1300℃熔融矿渣中加入铬渣粉料球和催化助熔组分进行熔融反应；

5）将步骤4）得到的重构铬渣烘干至含水率为1%，然后进行磨细至80μm筛余为10%即得用于防辐射混凝土的重构铬渣粉。

实施例3：

重构铬渣粉的重量百分比的原料组成：铬渣粉50%，熔融矿渣47%，催化助熔组分3%。催化助熔组分的重量百分比组成为：赤泥80%、钒渣20%。

制备重构铬渣粉时采用以下步骤：1）铬渣先粉碎再磨细至80μm筛余为20%得到铬渣粉（Cr元素氧化物百分含量为3%），按以上比例配料：铬渣粉50%，熔融矿渣47%，催化助熔组分3%。

2）取铬渣粉湿法成球，含水率为10%，直径范围为10~15mm，成球后烘干至含水率为2%，形成铬渣粉料球备用；

3）向1450℃熔融矿渣中加入铬渣粉料球和催化助熔组分进行熔融反应；

实施例4：

重构铬渣粉的重量百分比的原料组成：铬渣粉55%，熔融矿渣41%，催化助熔组分4%。催化助熔组分的重量百分比组成为：赤泥60%、钒渣40%。

制备重构铬渣粉时采用以下步骤：1）铬渣先粉碎再磨细至80μm筛余为18%得到铬渣粉（Cr元素氧化物百分含量为5%），按以上比例配料：铬渣粉55%，熔融矿渣41%，催化助熔组分4%；

2）取铬渣粉湿法成球，含水率为10%，直径范围为15~20mm，成球后烘干至含水率为3%，形成铬渣粉料球备用；

3）向1500℃熔融矿渣中加入铬渣粉料球和催化助熔组分进行熔融反应；

5）将步骤4）得到的重构铬渣烘干至含水率为1%，然后进行磨细至80μm筛余为9%即得用于防辐射混凝土的重构铬渣粉。

实施例5：

重构铬渣粉的重量百分比的原料组成：铬渣粉60%，熔融矿渣35%，催化助熔组分5%。催化助熔组分的重量百分比组成为：赤泥70%、钒渣30%。

制备重构铬渣粉时采用以下步骤：1）铬渣先粉碎再磨细至80μm筛余为18%得到铬渣粉（Cr元素氧化物百分含量为8%），按以上比例配料：铬渣粉60%，熔融矿渣35%，催化助熔组分5%；

2）取铬渣粉湿法成球，含水率为10%，直径范围为10~20mm，成球后烘干至含水率为3%，形成铬渣粉料球备用；

3）向1550℃熔融矿渣中加入铬渣粉料球和催化助熔组分进行熔融反应；

实施例6：

重构铬渣粉的重量百分比的原料组成：铬渣粉60%，熔融矿渣35%，催化助熔组分5%。催化助熔组分的重量百分比组成为：赤泥30%、钒渣70%。

制备重构铬渣粉时采用以下步骤：1）铬渣先粉碎再磨细至80μm筛余为18%得到铬渣粉（Cr元素氧化物百分含量为7%），按以上比例配料：铬渣粉60%，熔融矿渣35%，催化助熔组分5%；

将实施例1-6制得的防辐射混凝土的重构铬渣粉替换掉部分水泥按照常规方法制备防辐射混凝土，并对所制得的防辐射混凝土的性能进行检测，其配合比以及检测数据如下表：

表1 采用重构铬渣粉配制C30混凝土及性能指数

注：采用建材放射性检测仪对其进行钾-40、钍-232、镭-226比活度以及样品的γ内外照射指数测量。

由表1可见，采用本发明制得的重构铬渣粉替换掉部分水泥后对于混凝土基本性能影响不明显，而测定的放射性屏蔽率从空白样对比例的11.5%增加到47.8%，效果明显。在此基础上结合部分重晶石替代粗骨料应用效果更佳。

为了考察重构铬渣粉制成防辐射混凝土后对环境的影响，对采用表1中配合比防辐射混凝土的重金属Cr浸出指数进行了测定，结果见下表2：

注：检测方法依据GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准》，且采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定浸出液中Cr元素含量。

由表2可见，重构铬渣粉配制混凝土对重金属Cr的固化作用效果明显，其最高Cr浸出率仅为0.090mg/L，完全符合GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准》要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉制备方法，其特征在于，包括以下步骤

1）按以下重量百分比配料：铬渣粉30-70%、熔融矿渣30~70%、催化助熔组分1~5%；

2）取铬渣粉湿法成球，成球后烘干，形成铬渣粉料球备用；

3）向熔融矿渣中加入铬渣粉料球和催化助熔组分进行熔融反应；所述催化助熔组分的质量百分比组成为：赤泥40~80%和钒渣20~60%；

5）将步骤4）得到的重构铬渣烘干后粉碎至80μm筛余为≤12%即为重构铬渣粉。

2.根据权利要求1所述的用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉制备方法，其特征在于：所述赤泥为拜耳法赤泥和/或烧结法赤泥，其勃氏比表面积大于300m²/Kg；所述钒渣为工业钒渣，其勃氏比表面积大于300m²/Kg。

3.根据权利要求1所述的用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉制备方法，其特征在于：所述步骤1）中铬渣粉为铬盐生产所产生的废渣粉碎而成，铬渣粉的80μm筛余≤20%，其中Cr元素氧化物百分含量为3~10%。

4.根据权利要求1所述的用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉制备方法，其特征在于：所述步骤2）中铬渣粉料球的直径范围为5~20mm，湿法成球后铬渣粉料球的含水量≤10%，烘干后铬渣粉料球的含水率为≤3%。

5.根据权利要求1所述的用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉制备方法，其特征在于：所述步骤3）中熔融矿渣为钢铁冶炼过程所产生的熔融渣，熔融反应温度为1100~1600℃。

6.根据权利要求1所述的用于防辐射砂浆、混凝土的重构铬渣粉制备方法，其特征在于：所述步骤5）中重构铬渣烘干至含水率为≤1%。

7.采用权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的重构铬渣粉。