CN113831070A - 一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明设计一种利用高炉矿渣‑偏高岭土基地聚物固砷的方法，属于固体废物重金属砷污染治理技术领域。本发明将高炉矿渣粉和偏高岭土粉混合均匀得到高炉矿渣‑偏高岭土混合物，将氢氧化钠溶解至硅酸钠溶液中，静置20～30h得到碱激活剂；将碱激活剂加入到高炉矿渣‑偏高岭土混合物中，再加入毒砂，混合均匀得到浆料；将浆料注入模具中并在室温下密封静置24～35h，脱模后置于室温、湿度为85～95％条件下养护7～28d以上得到含砷建筑材料。本发明高炉矿渣‑偏高岭土基地聚物在碱激活剂激发形成三维网状结构过程中，As元素嵌入硅铝键中，形成地聚物结构的一部分，使三维网状结构更稳固，在反应的过程中有钙矾石形成，增加地聚物强度，具有很高的抗压强度和极低的砷浸出率。
Description
技术领域
本发明提供一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，属于重金属砷污染治理技术领域。
背景技术
偏高岭土是以高岭土为原料，在适当的温度下(600～900℃)经脱水形成的无水硅酸铝。，是一种高活性人工火山灰材料。高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废渣，为易熔混合物。高炉矿渣中含有重金属等有害物质，直接处理会对环境造成危害，影响生态平衡。
毒砂在自然界存在不仅污染土壤、水资源，对动物的生命造成威胁，近年来国家对环境保护力度增强，对重金属治理加大力度，所以对毒砂的处理迫在眉睫。
现有的技术方法：一是运用氧化焙烧、还原焙烧和真空焙烧等火法工艺回收砷，浪费能源，成本高，对环境有污染；二是采用酸浸等方法，处理后废液仍有污染，成本高；三是用微生物法处理毒砂，这种方法还在开发阶段，难以大规模投入使用。综合这三点，目前的技术还是存在成本高，污染消除不彻底等现象。
发明内容
本发明针对现有技术中毒砂处理的问题，提出了一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，即利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物在碱激活剂激发形成三维网状结构过程中，As元素嵌入硅铝键中，形成地聚物结构的一部分，使三维网状结构更稳固，具有很高的抗压强度和极低的砷浸出率。
本发明制备工艺流程简单，操作流程方便，成本低，合理利用工业废料作为地聚物原料达到固定重金属砷的目的，固定效果能够满足国标浸出的标准，对环境无污染，其强度高，也可以用于建筑材料。
一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
(1)将高炉矿渣和偏高岭土分别经研磨、过筛和干燥处理得到高炉矿渣粉和偏高岭土粉；
(2)将高炉矿渣粉和偏高岭土粉混合均匀得到高炉矿渣-偏高岭土混合物A；
(3)配制硅酸钠溶液，将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌3～6h，然后静置20～30h得到碱激活剂；
(4)将毒砂加入到高炉矿渣-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置24～35h，脱模后置于室温、湿度为85～95％条件下养护7d以上得到含砷固体；
所述步骤(2)高炉矿渣粉和偏高岭土粉的质量比为3～6:1；
所述步骤(3)碱激活剂的波美度为22.1～28.7°Bé,模数为1.5～3；
所述步骤(4)浆料的水灰比为0.37～0.6；
所述步骤(4)毒砂的加入量为混合物B质量的5～20％。
含砷固体进行抗压强度和砷浓度测试:将养护至相应龄期的试块进行抗压强度测试，随后进行浸出测试，并用Inductively Coupled Plasma Optical EmissionSpectrometer(ICP-OES)检测出浸出液中砷的浓度。
地聚物固砷的原理：高炉矿渣-偏高岭土地聚物胶凝材料中含有大量的Ca、Al、Si和O元素，通过碱激活剂激发剂，形成Si-O-Si、O-Si-O、Al-O-Si类似的三维网状结构，在发生化学键合的过程中As元素嵌入硅铝键中，作为地聚物的一部分，使整体的结构更加稳定，提升三维网状结构的强度，降低砷的浸出率。
本发明的有益效果是：
(1)本发明有效利用固废高炉矿渣固砷，使高炉矿渣-偏高岭土基地聚物在碱激活剂激发形成三维网状结构过程中，As元素嵌入硅铝键中，形成地聚物结构的一部分，使三维网状结构更稳固，具有很高的抗压强度和极低的砷浸出率；
(2)本发明含砷固体的抗压强度优异，7天抗压强度可达85.43MPa，28天抗压强度可达98.63MPa，可以作为建筑材料投入使用。
附图说明
图1为实施例1～4养护7天和28天后含砷固体的抗压强度柱状图；
图2为实施例1～4养护7天后含砷固体的毒砂浸出效率柱状图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：本实施例所采用的高炉矿渣取自辽宁抚顺某家矿厂，成分组成如表1所示；偏高岭土来自湖南某地，成分组成如表2所示；
表1高炉矿渣成分组成(wt％)
表2偏高岭土成分组成(wt％)
一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
(1)将高炉矿渣和偏高岭土分别用球磨机研磨8h，过200目筛，进行100℃干燥处理得到高炉矿渣粉和偏高岭土粉；
(2)将高炉矿渣粉和偏高岭土粉混合均匀得到高炉矿渣-偏高岭土混合物A；
(3)将硅酸钠溶解到水中进行搅拌，待硅酸钠溶解后再将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌4h，搅拌结束后将溶液静24h得到碱激活剂；其中碱激活剂的波美度为22.1°Bé,模数为1.5；
(4)将毒砂加入到高炉矿渣-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中毒砂的加入量为混合物B质量的5％，浆料的水灰比为0.37；
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置24h，脱模后置于室温、湿度为90％条件下养护7～28d得到含砷固体A1；
性能测试:测试抗压强度使用以下方法：将达到养护规定时间的试样取出并放在抗压强度试验机上，以试件成型时的侧面为承压面，应将试件安放在试验机的下压板或垫板上，试件的中心应与试验机下压板中心对准，启动机器，在屏幕上读出抗压强度示数，每组样品测试3个平均值；
试验结果计算：
f＝F/A
f-立方体试件抗压强度(MPa)
F-试件破坏荷载(N)
A-试件承压面积(mm2)
立方体试样抗压强度计算应精确到0.1MPa；
毒性浸出测试依据美国环保局颁布的U.S.EPA《Method 1311ToxicityCharacterisitc Leaching Procedure》标准进行试验；
本实施例含砷固体的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为76.33MPa，28天抗压强度为81.1MPa，砷浸出浓度如图2所示为0.52mg/L。
实施例2：本实施例所采用的高炉矿渣取自辽宁抚顺某家矿厂，成分组成如表3所示；偏高岭土来自湖南某地，成分组成如表4所示；
表3高炉矿渣成分组成(wt％)
表4偏高岭土成分组成(wt％)
一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
(1)将高炉矿渣和偏高岭土分别用球磨机研磨10h，过200目筛，进行100℃干燥处理得到高炉矿渣粉和偏高岭土粉；
(2)将高炉矿渣粉和偏高岭土粉混合均匀得到高炉矿渣-偏高岭土混合物A；
(3)将硅酸钠溶解到水中进行搅拌，待硅酸钠溶解后再将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中，搅拌3h，搅拌结束后将溶液静置30h得到碱激活剂；其中碱激活剂的波美度为24.5°Bé,模数为2.0；
(4)将毒砂加入到高炉矿渣-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中毒砂的加入量为混合物B质量的10％，浆料的水灰比为0.42；
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置28h，脱模后置于室温、湿度为85％条件下养护7～28d得到含砷固体A2；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含砷固体的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为79.86MPa，28天抗压强度为89.4MPa，砷浸出浓度如图2所示为1.23mg/L。
实施例3：本实施例所采用的高炉矿渣取自辽宁抚顺某家矿厂，成分组成如表5所示；偏高岭土来自湖南某地，成分组成如表6所示；
表5高炉矿渣成分组成(wt％)
表6偏高岭土成分组成(wt％)
一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
(1)将高炉矿渣和偏高岭土分别用球磨机研磨12h，过200目筛，进行120℃干燥处理得到高炉矿渣粉和偏高岭土粉；
(2)将高炉矿渣粉和偏高岭土粉混合均匀得到高炉矿渣-偏高岭土混合物A；
(3)将硅酸钠溶解到水中进行搅拌，待硅酸钠溶解后再将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中，搅拌6h，搅拌结束后将溶液静置30h得到碱激活剂；其中碱激活剂的波美度为26.8°Bé,模数为2.5；
(4)将毒砂加入到高炉矿渣-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中毒砂的加入量为混合物B质量的15％，浆料的水灰比为0.53；
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置35h，脱模后置于室温、湿度为95％条件下养护7～28d以上得到含砷固体A3；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含砷固体的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为85.43MPa，28天抗压强度为98.83MPa；砷浸出浓度如图2所示为3.42mg/L。
实施例4：本实施例所采用的高炉矿渣取自辽宁抚顺某家矿厂，成分组成如表7所示；偏高岭土来自湖南某地，成分组成如表8所示；
表7高炉矿渣成分组成(wt％)
表8偏高岭土成分组成(wt％)
一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
(1)将高炉矿渣和偏高岭土分别用球磨机研磨10h，过200目筛进行110℃干燥处理得到高炉矿渣粉和偏高岭土粉；
(2)将高炉矿渣粉和偏高岭土粉混合均匀得到高炉矿渣-偏高岭土混合物A；
(3)将硅酸钠溶解到水中进行搅拌，待硅酸钠溶解后再将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中，搅拌5h，搅拌结束后将溶液静26h得到碱激活剂；其中碱激活剂的波美度为28.7°Bé,模数为3；
(4)将毒砂加入到高炉矿渣-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中毒砂的加入量为混合物B质量的20％，浆料的水灰比为0.60；
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置28h，脱模后置于室温、湿度为90％条件下养护7～28d以上得到含砷固体A4；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含砷固体的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为70.43MPa，28天抗压强度为80.56MPa；砷浸出浓度如图2所示为4.36mg/L。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
(1)将高炉矿渣和偏高岭土分别经研磨、过筛和干燥处理得到高炉矿渣粉和偏高岭土粉；
(2)将高炉矿渣粉和偏高岭土粉混合均匀得到高炉矿渣-偏高岭土混合物A；
(3)配制硅酸钠溶液，将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌3～6h，然后静置20～30h得到碱激活剂；
(4)将毒砂加入到高炉矿渣-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料C；
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置24～35h，脱模后置于室温、湿度为85～95％条件下养护7d以上得到含砷固体。
2.根据权利要求1所述利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，其特征在于：步骤(2)高炉矿渣粉和偏高岭土粉的质量比为3～6:1。
3.根据权利要求1所述利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，其特征在于：步骤(3)碱激活剂的波美度为22.1～28.7°Bé,模数为1.5～3。
4.根据权利要求1所述利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，其特征在于：步骤(4)浆料的水灰比为0.37～0.6。
5.根据权利要求1所述利用高炉矿渣-偏高岭土基地聚物固砷的方法，其特征在于：步骤(5)毒砂的加入量为混合物B质量的5～20％。
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Citations (4)
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| JP2016117050A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-30 | 学校法人早稲田大学 | 無機ポリマー質吸着剤及びその製造方法 |
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2016117050A (ja) * | 2014-12-17 | 2016-06-30 | 学校法人早稲田大学 | 無機ポリマー質吸着剤及びその製造方法 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 诸华军等: "矿渣掺量对偏高岭土碱激发过程和产物性能的影响", 《非金属矿》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115368067A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-22 | 深圳信息职业技术学院 | 一种地聚物基防裂型砂浆及其制备方法和应用 |
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