CN112521068B - 环保混凝土及废弃crt玻璃的资源化处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于固体废弃物资源化处理技术领域，尤其涉及一种环保混凝土，一种废弃CRT玻璃的资源化处理方法。混凝土包括原料组分：废弃CRT玻璃、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂和水；其中，矿渣粉和粉煤灰的总量与废弃CRT玻璃的质量比为1：(1.8～2.5)；矿渣粉和粉煤灰的总量与碱激发剂的质量比为1：(0.08～0.15)；矿渣粉和粉煤灰的总量与水的质量比为1：(0.4～0.6)；矿渣粉和粉煤灰的质量比为(1～2.5)：1。本申请混凝土直接采用废弃CRT玻璃作为碱激发混凝土骨料，通过对废弃CRT玻璃的固化作用，降低铅离子析出对环境的污染，实现对其的资源化利用的同时，使得废弃CRT玻璃的回收处理更加绿色环保。
Description
技术领域
本申请属于固体废弃物资源化处理技术领域，尤其涉及一种环保混凝土，一种废弃CRT玻璃的资源化处理方法。
背景技术
CRT(Cathode Ray Tube)玻璃是由废弃的电脑显示屏和电视机产生的，主体结构包括屏玻璃、锥玻璃和颈玻璃。废弃CRT玻璃中大都含铅等重金属，尤其是显像管的锥玻璃因含铅等重金属较高而被世界各国列入危险废物名录，CRT锥玻璃中含有19％-23％的氧化铅，是一种危险废物。目前，对废弃CRT玻璃的管理与回收已经引起了广泛关注，现有技术中对废弃CRT玻璃的处理方式有如下几种：利用硅酸盐水泥固化废弃CRT玻璃、利用废弃CRT玻璃制备防辐射混凝土、利用废弃CRT玻璃制备地质聚合物等等。
但是，现有技术对废弃CRT玻璃中铅等重金属固化率低，利用废弃CRT玻璃的再生材料性能较低。对废弃CRT玻璃的回收利用很有限，仅仅是将铅等重金属元素从一种产品中转移至另一产品中，导致生产的产品在一定程度上还具有隐藏的危害，甚至危害可能变得更加严重。并且难以在实际工程中广泛运用，没有从根本上解决废弃CRT玻璃的环境污染问题，因此对废弃CRT玻璃的分离回收利用任务仍然非常严峻。
发明内容
本申请的目的在于提供一种环保混凝土，以及一种废弃CRT玻璃的资源化处理方法，旨在一定程度上解决废弃CRT玻璃污染严重，回收利用困难的问题。
为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种环保混凝土，所述环保混凝土包括原料组分：废弃CRT玻璃、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂和水；其中，
所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与所述废弃CRT玻璃的质量比为1：(1.8～2.5)；
所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与所述碱激发剂的质量比为1：(0.08～0.15)；
所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与水的质量比为1：(0.4～0.6)；
所述矿渣粉和所述粉煤灰的质量比为(1～2.5)：1。
第二方面，本申请提供一种废弃CRT玻璃的资源化处理方法，包括以下步骤：
获取废弃CRT玻璃，对所述废弃CRT玻璃进行破碎处理，得到废弃CRT玻璃骨料；
将所述废弃CRT玻璃骨料与矿渣和粉煤灰混合后，与碱激发剂的溶液进行混合处理，入模成型，得到环保混凝土。
本申请第一方面提供的环保混凝土包括废弃CRT玻璃、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂和水；该混凝土，以废弃CRT玻璃为骨料，矿渣粉为凝胶材料，粉煤灰即能够作为凝胶材料又可以作为改性材料，碱激发剂在水介质中与矿渣粉、粉煤灰等胶凝材料发生凝结硬化反应，形成凝胶体将废弃CRT玻璃胶结；同时，碱激发剂也会与废弃CRT玻璃中的活性硅等成分发生反应，生成硅酸盐，提高废弃CRT玻璃与凝胶体的结合效果。另外，粉煤灰还可以抑制混凝土在凝结硬化过程中发生膨胀，提高混凝土的抗压强度和稳定性。本申请混凝土直接采用废弃CRT玻璃作为碱激发混凝土骨料，无需采用砂石骨料，解决混凝土砂石骨料自然资源匮乏的问题；并且通过对废弃CRT玻璃的固化作用，极大降低废弃CRT玻璃中铅等重金属离子析出对环境的污染，实现对废弃CRT玻璃的资源化利用的同时，使得废弃CRT玻璃的回收处理更加绿色环保。
本申请第二方面提供的废弃CRT玻璃的资源化处理方法，通过对废弃CRT玻璃进行破碎处理，降低其粒径并使粒径更均一，然后将破碎后的废弃CRT玻璃作为骨料，与矿渣粉和粉煤灰混合后，与碱激发剂的溶液进行混合处理，通过碱激发剂与矿渣粉、粉煤灰和废弃CRT玻璃之间的激发交联反应，成型后便可得到环保混凝土。本申请提供的废弃CRT玻璃的资源化处理方法，将废弃CRT玻璃作为环保混凝土的骨料，无需采用砂石骨料，解决混凝土砂石骨料自然资源匮乏的问题；并且通过对废弃CRT玻璃的固化作用，极大降低废弃CRT玻璃中铅等重金属离子析出对环境的污染，实现对废弃CRT玻璃的资源化利用的同时，使得废弃CRT玻璃的回收处理更加绿色环保。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例1～5的废弃CRT玻璃的资源化处理方法的流程示意图；
具体实施方式
为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a，b或c中的至少一项(个)”，或，“a，b和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a，b，c，a-b(即a和b)，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c分别可以是单个，也可以是多个。
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
本发明实施例说明书中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中的质量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
本申请实施例第一方面提供一种环保混凝土，混凝土包括原料组分：废弃CRT玻璃、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂和水；其中，矿渣粉和粉煤灰的总量与废弃CRT玻璃的质量比为1：(1.8～2.5)；矿渣粉和粉煤灰的总量与碱激发剂的质量比为1：(0.08～0.15)；矿渣粉和粉煤灰的总量与水的质量比为1：(0.4～0.6)；述矿渣粉和粉煤灰的质量比为(1～2.5)：1。
本申请第一方面提供的环保混凝土包括废弃CRT玻璃、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂和水；该混凝土，以废弃CRT玻璃为骨料，矿渣粉为凝胶材料，粉煤灰即能够作为凝胶材料又可以作为改性材料，碱激发剂在水介质中与矿渣粉、粉煤灰等胶凝材料发生凝结硬化反应，形成凝胶体将废弃CRT玻璃胶结；同时，碱激发剂也会与废弃CRT玻璃中的活性硅等成分发生反应，生成硅酸盐，提高废弃CRT玻璃与凝胶体的结合效果。另外，粉煤灰还可以抑制混凝土在凝结硬化过程中发生膨胀，提高混凝土的抗压强度和稳定性。本申请混凝土直接采用废弃CRT玻璃作为碱激发混凝土骨料，无需采用砂石骨料，解决混凝土砂石骨料自然资源匮乏的问题；并且通过对废弃CRT玻璃的固化作用，极大降低废弃CRT玻璃中铅等重金属离子析出对环境的污染，实现对废弃CRT玻璃的资源化利用的同时，使得废弃CRT玻璃的回收处理更加绿色环保。
本申请实施例以废弃CRT玻璃为骨料的环保混凝土可作为硅酸水泥混凝土的替代品，具有能耗低、耐久性好、绿色环保等优点。而且在高温环境条件下，本申请以废弃CRT玻璃为骨料的环保混凝土相较于硅酸盐水泥混凝土，结构更致密、稳定性更好，可更有效固化有毒害、放射性废弃物。实现了废弃CRT玻璃的资源化利用，可节约大量自然资源，方案简单易于实现，成本低，而且实用性强。
具体地，本申请环保混凝土中，矿渣粉和粉煤灰的总量与废弃CRT玻璃的质量比为1：(1.8～2.5)，矿渣粉和粉煤灰的总量与碱激发剂的质量比为1：(0.08～0.15)；矿渣粉和粉煤灰的总量与水的质量比为1：(0.4～0.6)；矿渣粉和粉煤灰的质量比为(1～2.5)：1。本申请实施例环保混凝土中各原料组分的上述配比，能够有效确保各原料组分之间的协同相互作用，使成型后的环保混凝土膨胀率低，抗压强度高，铅析出率低。当水含量过高时，会增大混凝土的空隙率，对废弃CRT玻璃中铅元素的固化效果差，污染环境；当水含量过低时，会导致混凝土浆料流动性差，难以施工应用。当废弃CRT玻璃含量过低时，虽然混凝土中胶凝材料对废弃CRT玻璃的固化更好，但是混凝土中骨料含量低，会导致混凝土成型后抗压强度低，膨胀率增加；当废弃CRT玻璃含量过高时，混凝土中胶凝材料对废弃CRT玻璃的固化效果差，铅析出率高，且混凝土成型后稳定性差。当混凝土中碱激发剂含量过高时，过量的碱会从混凝土样品中析出，污染环境；当碱激发剂含量过低使，碱激发剂对胶凝材料和废弃CRT玻璃的激发作用不完全，影响混凝土的胶凝固化效果。
在一些优选实施例中，矿渣粉和粉煤灰的质量比为(2～2.5)：1。在一些优选实施例中，矿渣粉和粉煤灰的总量与废弃CRT玻璃的质量比为1：(2～2.2)。在一些优选实施例中，矿渣粉和粉煤灰的总量与水的质量比为1：(0.5～0.6)。在一些优选实施例中，矿渣粉和粉煤灰的总量与碱激发剂的质量比为1：(0.10～0.12)。本申请上述实施例中，通过对混凝土中原料组分配比的进一步优化，更好的确保各组分之间的相互作用，使成型后的混凝土有更优的综合性能，低膨胀率，高抗压强度，低铅析出率。
在一些实施例中，矿渣粉的粒径大小为0.5～70μm。在一些实施例中，粉煤灰的粒径为0.2～200μm。本申请实施例环保混凝土采用的矿渣粉和粉煤灰粒径较小，小粒径的矿渣粉和粉煤灰比表面积大，受碱激发效果好，反应效率高，对废弃CRT玻璃固化效果好。本申请实施例环保混凝土中可以采用不同粒径大小的矿渣粉和粉煤灰搭配使用，兼顾混凝土的胶凝固化效果和制造成本。
在一些实施例中，废弃CRT玻璃的粒径为0.15～5.0mm，该粒径大小的废弃CRT玻璃代替混凝土中砂石，既能够作为骨料起到较好的支撑效果，提高环保混凝土的抗压强度；又有较大的比较面积，与碱激发剂之间反应活性高，有利于混凝土胶凝材料对废弃CRT玻璃的吸附、包覆和化学结合作用，对废弃CRT玻璃固化效果好，可有效降低废弃CRT玻璃中铅析出，更加绿色环保。
在一些实施例中，碱激发剂选自：NaOH、KOH中的至少一种，这些碱激发剂均具有很高的pH值，在水性浆料中，-OH根离子不但能破坏矿渣粉和粉煤灰中Ca-O键，还可以破坏Si-O键和Al-O键，在混凝土浆料中生成水化硅酸钙(C-S-H)，水化铝酸钙(C-Al-H)及水化硅铝酸钙(C-A-S-H)。由于Ca(OH)2的溶解度远大于水化硅酸钙(C-S-H)，水化铝酸钙(C-Al-H)及水化硅铝酸钙(C-A-S-H)，因此不会沉淀，而是在矿渣表面迅速形成一个由低Ca/Si比的C-S-H，C-A-H及C-A-S-H组成的薄层。该薄层状的水化产物对废弃CRT玻璃有较好的物理吸附、化学结合和物理包裹作用，从而实现对废弃CRT玻璃更好的固化作用，达到降低铅析出的效果。
在一些实施例中，本申请上述各实施例中环保混凝土成型后，膨胀率低，稳定性好，28天膨胀率低于0.15％；抗压强度高，28天抗压强度高于18.4Mpa；铅析出率低，铅析出率低于3.2mg/L。
本申请实施例环保混凝土可通过以下废弃CRT玻璃的资源化处理方法制得。
本申请实施例第二方面提供一种废弃CRT玻璃的资源化处理方法，包括以下步骤：
S10.获取废弃CRT玻璃，对废弃CRT玻璃进行破碎处理，得到废弃CRT玻璃骨料；
S20.将废弃CRT玻璃骨料与矿渣粉和粉煤灰混合后，与碱激发剂的溶液进行混合处理，入模成型，得到环保混凝土。
本申请第二方面提供的废弃CRT玻璃的资源化处理方法，通过对废弃CRT玻璃进行破碎处理，降低其粒径并使粒径更均一，然后将破碎后的废弃CRT玻璃作为骨料，与矿渣粉和粉煤灰混合后，与碱激发剂的溶液进行混合处理，通过碱激发剂与矿渣粉、粉煤灰和废弃CRT玻璃之间的激发交联反应，成型后便可得到环保混凝土。本申请实施例提供的废弃CRT玻璃的资源化处理方法，将废弃CRT玻璃作为环保混凝土的骨料，无需采用砂石骨料，解决混凝土砂石骨料自然资源匮乏的问题；并且通过对废弃CRT玻璃的固化作用，极大降低废弃CRT玻璃中铅等重金属离子析出对环境的污染，实现对废弃CRT玻璃的资源化利用的同时，使得废弃CRT玻璃的回收处理更加绿色环保。本申请废弃CRT玻璃的资源化处理方法，工艺简单，易于实现，适用于工业化大规模生产应用。
具体地，上述步骤S10中，将废弃CRT玻璃破碎成粒径为0.15～5.0mm的废弃CRT玻璃骨料。
具体地，上述步骤S20中，将废弃CRT玻璃骨料与矿渣粉和粉煤灰混合后，与碱激发剂的溶液进行混合处理的时长为1～5min，即可使碱激发剂与废弃CRT玻璃、矿渣粉和粉煤灰充分胶凝反应，入模固化成型，得到环保混凝土。
在一些实施例中，矿渣粉和粉煤灰的总量与废弃CRT玻璃骨料的质量比为1：(1.8～2.5)。在一些实施例中，矿渣粉和粉煤灰的总量与水的质量比为1：(0.4～0.6)。在一些实施例中，矿渣粉和粉煤灰的总量与碱激发剂的质量比为1：(0.08～0.15)。在一些实施例中，矿渣粉和粉煤灰的质量比为(1～2.5)：1。本申请在上述原料配比的实施例中，能够有效确保各原料组分之间的协同相互作用，使成型后的环保混凝土膨胀率低，抗压强度高，铅析出率低。
在一些实施例中，碱激发剂的溶液浓度为0.8～1.5mol/L，该浓度的碱激发剂的溶液与废弃CRT玻璃、矿渣粉和粉煤灰等组分激发效果好，速率快。
在一些实施例中，碱激发剂选自：NaOH、KOH中的至少一种。
在一些实施例中，矿渣粉的粒径大小为0.5～70μm；
在一些实施例中，粉煤灰的粒径为0.2～200μm。
为使本申请上述实施细节和操作能清楚地被本领域技术人员理解，以及本申请实施例环保混凝土及其废弃CRT玻璃的资源化处理方法的进步性能显著的体现，以下通过多个实施例来举例说明上述技术方案。
实施例1～5
实施例1～5均提供一种环保混凝土，原料组分如下表1所示：
如附图1所示，实施例1～5提供的环保混凝土的制备包括步骤：
①将废弃CRT玻璃进行破碎，使其符合国家标准《建筑用砂》(GB/T 14684——2011)Ⅱ类级配，得到废弃CRT玻璃骨料；
②将废弃CRT玻璃骨料与矿渣和粉煤灰混合搅拌1分钟，得到混合固体材料；
③配制1mol/L的NaOH碱激发溶液，将配制好的NaOH碱激发溶液倒入搅拌好的混合固体材料中搅拌2分钟，入模，在标准条件下养护，拆模，得到成型后的环保混凝土；
进一步的，为了验证本申请实施例环保混凝土及其废弃CRT玻璃的资源化处理方法的进步性，对实施例1～5对环保混凝土试样进行碱骨料反应ASR测试膨胀率，抗压强度测试以及铅离子的浸出测试(通过固体废物毒性浸出实验TCLP)，测试结果如下表1所示：
表1
由上述测试结果可知，在实施例1中废弃CRT玻璃完全替代标准砂，当矿渣掺量为100％时，浸出铅离子浓度为0mg/L，远远低于国家规范GB5085.3-2007规定的固体浸出铅离子标准值5.0mg/L，但该种配合比下，14d膨胀率为0.159％，高于0.1％的国家标准。当掺入50％粉煤灰改性后，环保混凝土样品满足膨胀率的要求，同时铅析出量仅有3.2mg/L。随着粉煤灰掺量的增加，虽然碱激发环保混凝土材料膨胀率得到了较好的控制，但铅析出量超过了标准值5.0mg/L。而当环保混凝土中仅添加粉煤灰时，胶凝效果差，试样无法硬化。
由此可知，在用废弃CRT玻璃全替代标准砂的情况下，通过添加粉煤灰可有效抑制碱激发环保混凝土材料的膨胀率，同时大大降低废弃CRT玻璃的铅析出量。考虑到环保混凝土的膨胀率、抗压强度等综合性能的影响，其中最佳配合比为实施例3样品的配比，铅的析出含量仅为3.2mg/L。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种环保混凝土，其特征在于，所述环保混凝土包括原料组分：废弃CRT玻璃、矿渣粉、粉煤灰、碱激发剂和水；其中，
所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与所述废弃CRT玻璃的质量比为1：（1.8~2.5）；
所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与所述碱激发剂的质量比为1：（0.08~0.15）；
所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与水的质量比为1：（0.4~0.6）；
所述矿渣粉和所述粉煤灰的质量比为（1~2.5）：1；
其中，所述粉煤灰的粒径为0.2~200μm。
2.如权利要求1所述的环保混凝土，其特征在于，所述矿渣粉和所述粉煤灰的质量比为（2~2.5）：1；
和/或，所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与废弃CRT玻璃的质量比为1：（2~2.2）；
和/或，所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与水的质量比为1：（0.5~0.6）；
和/或，所述矿渣粉和所述粉煤灰的总量与所述碱激发剂的质量比为1：（0.10~0.12）。
3.如权利要求1或2所述的环保混凝土，其特征在于，所述矿渣粉的粒径大小为0.5~70μm；
和/或，所述废弃CRT玻璃的粒径为0.15~5.0mm。
4.如权利要求3所述的环保混凝土，其特征在于，所述碱激发剂选自：NaOH、KOH中的至少一种。
5.如权利要求1或4所述的环保混凝土，其特征在于，所述环保混凝土成型后，28天膨胀率低于0.15%，28天抗压强度高于18.4Mpa，铅析出率低于3.2 mg/L。
6.一种废弃CRT玻璃的资源化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取废弃CRT玻璃，对所述废弃CRT玻璃进行破碎处理，得到废弃CRT玻璃骨料；
将所述废弃CRT玻璃骨料与矿渣和粉煤灰混合后，与碱激发剂的溶液进行混合处理，入模成型，得到如权利要求1~5任一项所述的环保混凝土。
7.如权利要求6所述的资源化处理方法，其特征在于，对所述废弃CRT玻璃进行破碎处理的步骤包括：将所述废弃CRT玻璃破碎成粒径为0.15~5.0mm的废弃CRT玻璃骨料。
8.如权利要求7所述的资源化处理方法，其特征在于，所述混合处理的时长为1~5min。
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