CN111995248A - 一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，所述鳞片石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合由下述重量份配比的原料制成：鳞片石墨1‑2份、石英砂1‑2份、纯碱1‑2份，所述鳞片石墨、石英砂和纯碱均为工业级原料，钠硅玻璃为化学成分为76％的SiO2和24％的Na2O的普通钠硅玻璃，所述石英砂和纯碱起到稀释鳞片石墨，调节低温电阻的作用，在高温时石英砂起到玻璃成型剂的作用，纯碱熔融分解后释放钠离子，从石墨导电逐渐变为玻璃熔融态的离子导电，采用圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹，形成封装好的启动剂材料，操作方便，而且玻璃壳能够起到一定保温、减缓石墨氧化、自身熔融后能提供导电金属离子的作用。

Description

一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方

技术领域

本发明涉及一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，属于电熔玻璃材料领域，涉及一种由鳞片状石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合，由钠硅玻璃圆柱形空心壳包裹的，在室温至1500℃受热时电阻率变化幅度较小，能稳定导电的材料，主要用于污染土壤原位玻璃固化时的电加热启动。

背景技术

目前，原位玻璃固化技术具有可同时处理多种污染物类型(重金属、放射性核素、有机物等)，无需对污染土壤或有害废物进行挖掘，获得的固化体物理化学稳定性好，产生的尾气基本不含有害物质且易于处理等优点，在污染土壤和有害废物的处理领域中具有广阔的应用前景。原位玻璃固化本质上是一种焦耳加热熔化技术，根据待处理污染物的情况添加玻璃成型剂，在消耗电极的同时利用电阻加热污染土壤或有害废物，形成高温熔池，最后冷却形成玻璃固化体。

因为土壤常温时处于绝缘不导电状态，而熔融状态时由于碳酸盐、硅酸盐、硫酸盐分解释放金属离子成为导体，所以在利用原位玻璃固化技术处理污染土壤时，需要在常温时添加一种能够在常温至1500℃受热时电阻率变化幅度较小，且能稳定导电的启动剂材料，利用启动剂导电并产生焦耳热熔化表层土壤，表层土壤熔融导电后逐渐熔化下层土壤。在对玻璃添加剂的高温导电性能，石墨的常温导电性能，以及起调节电阻率作用、不同比例掺量下的石英砂、纯碱在室温至高温电学性能分析研究基础上，初步确定了启动剂的基本配方和成型方式。然后经过对启动剂的室温至高温的电导率测试，研制出了可用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，研制出的启动剂电导率随温度变化的失调角小，解决了污染土壤原位玻璃固化时的启动问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，由圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹鳞片石墨、石英砂、纯碱三种混合粉末组成，所述鳞片石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合由下述重量份配比的原料制成：鳞片石墨1-2份、石英砂1-2份、纯碱1-2份。

作为本发明进一步的方案：所述鳞片石墨、石英砂和纯碱均为工业级原料，钠硅玻璃为化学成分为76％的SiO2和24％的Na2O的普通钠硅玻璃。

作为本发明再进一步的方案：所述鳞片石墨提供常温导电作用，但由于纯的鳞片石墨电阻太小，容易造成短路，需要添加一定的稀释材料。

作为本发明再进一步的方案：所述石英砂和纯碱起到稀释鳞片石墨，调节低温电阻的作用，在高温时石英砂起到玻璃成型剂的作用，纯碱熔融分解后释放钠离子，从石墨导电逐渐变为玻璃熔融态的离子导电。

作为本发明再进一步的方案：所述圆柱形钠硅玻璃空心壳起到固定粉状导电物料，减缓石墨氧化速度，和一定的保温作用。

作为本发明再进一步的方案：其操作方法如下：

步骤一：定制外径40mm，厚3mm，长300mm的钠硅玻璃空心壳，将鳞片石墨、石英砂和纯碱进行混合，将混合均匀的粉料装入钠硅玻璃壳内，捣实；

步骤二：将钠硅玻璃壳平放，在玻璃壳两端粉料插入两根对其进行供电，实现启动剂的供电发热；

步骤三：利用热电偶测试中心粉末温度；

步骤四：利用电阻测试装置测试启动剂两端电阻变化情况，并根据玻璃壳尺寸计算启动剂电导率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用石英砂和纯碱作为鳞片石墨电阻稀释剂，避免了因纯鳞片石墨电阻过小而造成短路的可能，在石墨通电发热后，石英砂和纯碱逐渐变为熔融态，由石墨导电逐渐变为离子导电，避免了石墨氧化而导致电阻增高而出现无法稳定启动的问题。

2、采用圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹，形成封装好的启动剂材料，操作方便，而且玻璃壳能够起到一定保温、减缓石墨氧化、自身熔融后能提供导电金属离子的作用。

3、通过研究玻璃壳尺寸和鳞片石墨、石英砂，纯碱三种粉末的装填，可以实现启动剂在室温通电产生焦耳热的直至玻璃壳熔融的过程中，整体电阻率变化幅度较小，能够成为稳定的焦耳热发热体，可作为污染土壤原理玻璃固化时的启动剂。

附图说明

图1为用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方中实验用启动剂通电及电阻测量示意图。

图2为用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方中启动剂电阻率(a)随温度的变化情况图。

图3为用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方中某土壤电阻率(b)随温度的变化情况图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，由圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹鳞片石墨、石英砂、纯碱三种混合粉末组成，所述鳞片石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合由下述重量份配比的原料制成：鳞片石墨1-2份、石英砂1-2份、纯碱1-2份，所述鳞片石墨、石英砂和纯碱均为工业级原料，钠硅玻璃为化学成分为76％的SiO2和24％的Na2O的普通钠硅玻璃，所述鳞片石墨提供常温导电作用，但由于纯的鳞片石墨电阻太小，容易造成短路，需要添加一定的稀释材料，所述石英砂和纯碱起到稀释鳞片石墨，调节低温电阻的作用，在高温时石英砂起到玻璃成型剂的作用，纯碱熔融分解后释放钠离子，从石墨导电逐渐变为玻璃熔融态的离子导电，所述圆柱形钠硅玻璃空心壳起到固定粉状导电物料，减缓石墨氧化速度和一定的保温作用。

其操作方法如下：

步骤一：将混合均匀的粉料装入钠硅玻璃壳内，捣实；

步骤二：将钠硅玻璃壳平放，在玻璃壳两端粉料插入两根对其进行供电，实现启动剂的供电发热；

步骤三：利用热电偶测试中心粉末温度；

步骤四：利用电阻测试装置测试启动剂两端电阻变化情况，并根据玻璃壳尺寸计算启动剂电导率。

实施例一

一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，由圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹鳞片石墨、石英砂、纯碱三种混合粉末组成，所述鳞片石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合由下述重量份配比的原料制成：鳞片石墨1份、石英砂1份、纯碱1份，定制外径40mm，厚3mm，长300mm的钠硅玻璃空心壳，按照重量比1:1:1混合鳞片石墨、石英砂、纯碱；将混合均匀的粉料装入钠硅玻璃壳内，捣实，将钠硅玻璃壳平放，在玻璃壳两端粉料插入两根对其进行供电，实现启动剂的供电发热，利用热电偶测试中心粉末温度，利用电阻测试装置测试启动剂两端电阻变化情况，并根据玻璃壳尺寸计算启动剂电导率。

所述鳞片石墨、石英砂和纯碱均为工业级原料，钠硅玻璃为化学成分为76％的SiO2和24％的Na2O的普通钠硅玻璃。

所述鳞片石墨提供常温导电作用，但由于纯的鳞片石墨电阻太小，容易造成短路，需要添加一定的稀释材料。

所述石英砂和纯碱起到稀释鳞片石墨，调节低温电阻的作用，在高温时石英砂起到玻璃成型剂的作用，纯碱熔融分解后释放钠离子，从石墨导电逐渐变为玻璃熔融态的离子导电。

所述圆柱形钠硅玻璃空心壳起到固定粉状导电物料，减缓石墨氧化速度和一定的保温作用。

鳞片石墨，200目，工业级，河南中辉化工有限公司；石英砂，工业级，100目，河南中辉化工有限公司；纯碱，100目，工业级，济南奥晖化工有限公司。钠硅玻璃，民用，广州绿光玻璃有限公司。

实施例二

一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，由圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹鳞片石墨、石英砂、纯碱三种混合粉末组成，所述鳞片石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合由下述重量份配比的原料制成：鳞片石墨1份、石英砂2份、纯碱1份，定制外径40mm，厚3mm，长300mm的钠硅玻璃空心壳，按照重量比1:2:1混合鳞片石墨、石英砂、纯碱；将混合均匀的粉料装入钠硅玻璃壳内，捣实，将钠硅玻璃壳平放，在玻璃壳两端粉料插入两根对其进行供电，实现启动剂的供电发热，利用热电偶测试中心粉末温度，利用电阻测试装置测试启动剂两端电阻变化情况，并根据玻璃壳尺寸计算启动剂电导率。

所述鳞片石墨、石英砂和纯碱均为工业级原料，钠硅玻璃为化学成分为76％的SiO2和24％的Na2O的普通钠硅玻璃。

所述鳞片石墨提供常温导电作用，但由于纯的鳞片石墨电阻太小，容易造成短路，需要添加一定的稀释材料。

所述石英砂和纯碱起到稀释鳞片石墨，调节低温电阻的作用，在高温时石英砂起到玻璃成型剂的作用，纯碱熔融分解后释放钠离子，从石墨导电逐渐变为玻璃熔融态的离子导电。

所述圆柱形钠硅玻璃空心壳起到固定粉状导电物料，减缓石墨氧化速度和一定的保温作用。

鳞片石墨，200目，工业级，河南中辉化工有限公司；石英砂，工业级，100目，河南中辉化工有限公司；纯碱，100目，工业级，济南奥晖化工有限公司。钠硅玻璃，民用，广州绿光玻璃有限公司。

实施例三

一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，由圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹鳞片石墨、石英砂、纯碱三种混合粉末组成，所述鳞片石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合由下述重量份配比的原料制成：鳞片石墨2份、石英砂1份、纯碱2份，定制外径40mm，厚3mm，长300mm的钠硅玻璃空心壳，按照重量比2:1:2混合鳞片石墨、石英砂、纯碱；将混合均匀的粉料装入钠硅玻璃壳内，捣实，将钠硅玻璃壳平放，在玻璃壳两端粉料插入两根对其进行供电，实现启动剂的供电发热，利用热电偶测试中心粉末温度，利用电阻测试装置测试启动剂两端电阻变化情况，并根据玻璃壳尺寸计算启动剂电导率。

所述鳞片石墨、石英砂和纯碱均为工业级原料，钠硅玻璃为化学成分为76％的SiO2和24％的Na2O的普通钠硅玻璃。

所述鳞片石墨提供常温导电作用，但由于纯的鳞片石墨电阻太小，容易造成短路，需要添加一定的稀释材料。

所述石英砂和纯碱起到稀释鳞片石墨，调节低温电阻的作用，在高温时石英砂起到玻璃成型剂的作用，纯碱熔融分解后释放钠离子，从石墨导电逐渐变为玻璃熔融态的离子导电。

所述圆柱形钠硅玻璃空心壳起到固定粉状导电物料，减缓石墨氧化速度和一定的保温作用。

鳞片石墨，200目，工业级，河南中辉化工有限公司；石英砂，工业级，100目，河南中辉化工有限公司；纯碱，100目，工业级，济南奥晖化工有限公司。钠硅玻璃，民用，广州绿光玻璃有限公司。

与土壤相比，启动剂的电阻率随温度变化幅度非常小，电阻率变化范围保持在100Ω.cm以内。与土壤电阻率变化情况趋势一样，随着温度升高而逐渐下降，在0～400℃，电阻率下降，主要是温度升高，石墨导电性能增强导致；在400～900℃，电阻率总体变化较小，一方面温度升高石墨电阻率下降，另一方面石墨存在氧化电阻率增大，两者综合结果导致；在900～1400℃，电阻率急剧下降，主要是因为石英砂、纯碱以及钠硅玻璃壳熔融后由金属离子导电所致。在污染土壤原位玻璃固化供电启动时，可以根据供电量级和场地情况，计算出所需启动剂电阻变化范围，再根据启动剂材料电阻率变化设计出合适的尺寸。因此，本污染土壤原位玻璃固化启动剂材料发明具有较好的应用前景。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，由圆柱形钠硅玻璃空心壳包裹鳞片石墨、石英砂、纯碱三种混合粉末组成，其特征在于：所述鳞片石墨、石英砂、纯碱三种粉末混合由下述重量份配比的原料制成：鳞片石墨1-2份、石英砂1-2份、纯碱1-2份。

2.根据权利要求1所述的用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，其特征在于：所述鳞片石墨、石英砂和纯碱均为工业级原料，钠硅玻璃为化学成分为76％的SiO2和24％的Na2O的普通钠硅玻璃。

3.根据权利要求1所述的用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，其特征在于：所述鳞片石墨提供常温导电作用，但由于纯的鳞片石墨电阻太小，容易造成短路，需要添加一定的稀释材料。

4.根据权利要求1所述的用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，其特征在于：所述石英砂和纯碱起到稀释鳞片石墨，调节低温电阻的作用，在高温时石英砂起到玻璃成型剂的作用，纯碱熔融分解后释放钠离子，从石墨导电逐渐变为玻璃熔融态的离子导电。

5.根据权利要求1所述的用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，其特征在于：所述圆柱形钠硅玻璃空心壳起到固定粉状导电物料，减缓石墨氧化速度，和一定的保温作用。

6.根据权利要求1所述的用于污染土壤原位玻璃固化的启动剂材料配方，其特征在于：其操作方法如下：

步骤一：定制外径40mm，厚3mm，长300mm的钠硅玻璃空心壳，将鳞片石墨、石英砂和纯碱进行混合，将混合均匀的粉料装入钠硅玻璃壳内，捣实；

步骤二：将钠硅玻璃壳平放，在玻璃壳两端粉料插入两根对其进行供电，实现启动剂的供电发热；

步骤三：利用热电偶测试中心粉末温度；

步骤四：利用电阻测试装置测试启动剂两端电阻变化情况，并根据玻璃壳尺寸计算启动剂电导率。

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