CN114249559A - 一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征是将锂渣‑粉煤灰‑硅灰‑矿渣微粉组成的粉状固废原料、煤矸石‑钢渣组成的固废骨料、氢氧化钠溶液‑钠基水玻璃‑偏铝酸钠溶液组成的复合激发剂溶液、高效减水剂、水经混合‑搅拌‑浇注‑振实‑养护工艺形成。本发明所制备的透水砖以工业固废作为主要原料，通过匹配复合激发剂和梯级养护条件，不仅提高了透水砖骨料间的粘结强度和透水率，而且能够生成具有重金属离子等污染物吸附能力的类沸石组分，从而提高了工业固废的资源化利用水平，对城市内涝及雨污净化同样具有良好的综合效益。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化利用及透水路面砖技术领域，具体涉及一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法。
背景技术
随着我国经济水平的提高及城镇化进程的加快，环境保护和资源节约问题已受到人们的普遍关注和讨论。目前，我国工业固废堆存总量超过600亿吨，占地超过200万公顷，这不仅给周边生态环境和人体健康带来众多安全隐患，同时工业固废中所含的有价组分也遭到严重浪费，亟需探讨一条实现大宗固废资源化利用的途径。
与此同时，近年来我国各大中城市内涝问题不断加剧，给人们的生活造成了严重影响。一方面是由于排水系统相对陈旧，无法及时疏通地下管网，实现雨污分流。另一方面，则是由于城市路面多为硬化致密的混凝土材料，雨水难以渗入地下，从而增大了地表径流，造成严重积水。此外，城市大气环境污染物较多，会在地表不断沉降，尤其对于以重工业发展为核心的部分城市，城市积水和地表径流会携带较多重金属、碳氢化合物等污染物，长期累积不仅会污染地下水源，而且对城市生态环境也造成了严重破坏。
透水砖是一种具有良好渗水性及保湿性的多孔路基材料，因此能较好地缓解城市内涝、热岛效应等问题，已在城市人行道、停车场和步行区等区域得到部分应用。目前，透水砖主要分为免烧胶凝砖和高温烧结砖。免烧胶凝砖多以水泥作为粘结材料，其特点是成本较低，工艺简单，但生产效率低，养护周期长，力学性能较差。此外，为了降低水泥生产过程较高的二氧化碳排放和能源需求，相关研究也报道了采用偏高岭土基地聚合物作为胶结材料，但由于偏高岭土仍需要高温煅烧，因此同样具有高能耗的特点。高温烧结砖是通过骨料间的局部高温熔融胶结形成，具有力学性能较高的特点，但其烧结过程需要消耗能量，同时会产生大量工业废气，因此不适用于大规模推广应用。
在低浓度重金属离子、成分复杂的城市地表污水处理方面，传统的化学沉淀法、膜分离法、吸附法等存在较多困难，且具有成本高、稳定性差、易产生二次污染等问题。因此，有必要开发一种低环境影响、低成本的城市地表污水处理及重金属吸附材料。目前，相关专利报道了具备过滤吸附功能的透水砖，即在降低地表径流的同时，对雨污中携带的重金属离子进行吸附和固化。然而，所制备的吸附型透水砖主要采用复掺沸石、生物炭、活性炭等吸附材料的形式，不仅成本相对较高，工艺复杂，同时由于吸附材料被包裹在胶凝体内部，导致其吸附效率受到严重影响。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，以缓解城市雨污导致的内涝和生态环境污染问题，实现工业固废的资源化利用。此外，通过优化配料设计以及精确的梯级养护制度，使透水砖中的胶凝产物原位转化生成大量类沸石结构物相，使其具备较好的重金属离子吸附和固化能力，有利于降低含重金属城市雨污对周边生态环境的影响。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：
一种具备吸附性能的全固废基透水砖，其特征在于：由粉状固废原料、固废骨料、复合激发剂溶液、高效减水剂以及适量水制备形成。
具体的，所述粉状固废原料中各组分及质量百分比为：锂渣15％-35％，粉煤灰50％-70％，矿渣微粉10-15％，硅灰5-10％。
优选的，锂渣粒径80μm以下含量为80.5％，无定型矿物含量不低于40％；
优选的，粉煤灰为F级粉煤灰；
优选的，矿渣微粉的比表面积为420m2/kg；
优选的，硅灰平均粒径为0.1-0.3μm，SiO2含量大于90％；
具体的，所述固废骨料中各组分及质量百分比为：煤矸石20-40％，钢渣60-80％。
优选的，钢渣经破碎筛分，粒径范围为5-10mm；
优选的，煤矸石的烧失量低于10％，料粒径范围为5-10mm；
具体的，所述粉状固废原料和固废骨料的质量比为1∶(2-4)。
具体的，所述复合激发剂溶液中各组分的质量百分比(以Na2O计)为：氢氧化钠溶液28-44％、改性水玻璃28-44％、偏铝酸钠溶液26-30％。
优选的，氢氧化钠溶液的浓度为8-14mol/L；
优选的，改性前水玻璃模数为3.2，Na2O 8.2wt％，SiO226.0wt％。用氢氧化钠溶液改性后水玻璃模数为1.0-1.4；
优选的，偏铝酸钠溶液浓度为6-8mol/L；
具体的，所述复合激发剂溶液为粉状固废原料质量百分比(以Na2O计)的15％-18％。
具体的，所述高效减水剂包括聚羧酸减水剂、脂肪族类减水剂的一种或多种，掺量占粉状固废原料的质量百分比为0.1-0.5％。
一种具备吸附性能的全固废基透水砖的制备方法，包括以下步骤：
1)将片状氢氧化钠配制成溶液冷却后备用；用氢氧化钠将水玻璃改性至模数1.2，经24h均化、冷却后备用；将粉状偏铝酸钠配制成溶液备用。
2)将锂渣、粉煤灰、硅灰、矿渣微粉按配比设计混合并充分搅拌均匀，得到粉状固废原料。
3)将不同粒径范围的钢渣和煤矸石按配比进行混合，得到固废骨料。
4)向粉状固废原料中依次加入氢氧化钠溶液、改性水玻璃、偏铝酸钠溶液、高效减水剂及适量水，以200-300r/min的搅拌速度，快速搅拌2-3min形成具有良好流动性的均匀净浆。
5)将固废骨料快速加入到净浆中，同时加入适量水调节稠度，以200-300r/min的搅拌速度快速搅拌2-3min，充分包裹固废骨料。
6)将混合料浆快速浇注到1/2模具中，置于振动台上振动30s，再将混合浆料加满模具，继续振动30s，抹平后用保鲜膜密封。
7)将密封后的模具放入温度60-80℃，相对湿度50-90％的养护箱内养护24-36h，脱模并再次密封后，转移到室温条件下养护至7d，即得到具有吸附性能的全固废基透水砖。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)所制备透水砖的胶结材料和骨料均采用工业固体废弃物，不仅降低了透水砖的制备成本，节约了矿石资源，同时具有良好的社会效益和环境效益；
2)所制备的透水砖采用碱激发粉煤灰-锂渣-矿渣-硅灰为胶凝体系，具有粘结强度高、凝结速率快、抗侵蚀性强、透水率高等优异特点；
3)所制备的透水砖通过原位转化生成具有良好吸附性能的类沸石结晶矿物，具有高吸附、低成本的特点；同时，由于硅灰和油酸的使用优化了胶凝体的孔隙结构，从而进一步提高了透水砖对铅、铜、锌等重金属离子的吸附和固化能力。
附图说明
图1为本发明一种具备吸附性能的全固废基透水砖的制备流程图。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的实施例需按配比准确称量各种原料，称量误差小于1％。其中，锂渣粒径80μm以下含量80.5％，无定型矿物含量40％；粉煤灰为F级粉煤灰；矿渣微粉比表面积为420m2/kg；硅灰平均粒径为0.1-0.3μm。以下实施例中如无具体说明，所述的试剂或原料均为市售试剂或工业产品。
实施例1
一种具备吸附性能的全固废基透水砖，粉状固废原料和固废骨料的质量比为1∶2。其中，粉状固废原料包括锂渣15％，粉煤灰65％，矿渣微粉10％，硅灰10％；固废骨料包括煤矸石20％，钢渣80％，其粒径范围均为3-6mm。复合激发剂溶液的掺量为15％，包括12mol/L氢氧化钠溶液30％、1.2模数的改性水玻璃40％、6mol/L偏铝酸钠溶液30％。聚羧酸减水剂掺量为0.1％，水量为38％。
精确计量后，依次向粉状固废原料中加入复合激发剂溶液、高效减水剂及适量水，以200-300r/min的搅拌速度，快速搅拌3min形成均匀净浆；然后快速加入固废骨料及适量水，继续搅拌3min，并快速浇注到100*100*100mm3、150*150*550mm3、
不同模具中，经振实、抹平、密封后放置于温度60℃、相对湿度90％的养护箱内养护24h，脱模并再次密封后，转移到室温条件下养护至7d，然后进行性能测试。
实施例2
一种具备吸附性能的全固废基透水砖，粉状固废原料和固废骨料的质量比为1∶3。其中，粉状固废原料包括锂渣20％，粉煤灰55％，矿渣微粉15％，硅灰10％；固废骨料包括煤矸石30％，钢渣70％，其粒径范围均为5-8mm。复合激发剂溶液的掺量为18％，包括12mol/L氢氧化钠溶液36％、1.2模数的改性水玻璃36％、6mol/L偏铝酸钠溶液28％。聚羧酸减水剂掺量为0.3％，水量为32％。
精确计量后，依次向粉状固废原料中加入复合激发剂溶液、高效减水剂及适量水，以200-300r/min的搅拌速度，快速搅拌3min形成均匀净浆；然后快速加入固废骨料及适量水，继续搅拌3min，并快速浇注到100*100*100mm3、150*150*550mm3、
不同模具中，经振实、抹平、密封后放置于温度70℃、相对湿度85％的养护箱内养护24h，脱模并再次密封后，转移到室温条件下养护至7d，然后进行性能测试。
实施例3
一种具备吸附性能的全固废基透水砖，粉状固废原料和固废骨料的质量比为1∶4。其中，粉状固废原料包括锂渣35％，粉煤灰50％，矿渣微粉10％，硅灰5％；固废骨料包括煤矸石40％，钢渣60％，其粒径范围均为6-10mm。复合激发剂溶液的掺量为16％，包括12mol/L氢氧化钠溶液40％、1.2模数的改性水玻璃30％、6mol/L偏铝酸钠溶液30％。聚羧酸减水剂掺量为0.5％，水量为36％。
精确计量后，依次向粉状固废原料中加入复合激发剂溶液、高效减水剂及适量水，以200-300r/min的搅拌速度，快速搅拌2min形成均匀净浆；然后快速加入固废骨料及适量水，继续搅拌3min，并快速浇注到100*100*100mm3、150*150*550mm3、
不同模具中，经振实、抹平、密封后放置于温度80℃、相对湿度65％的养护箱内养护24h，脱模并再次密封后，转移到室温条件下养护至7d，然后进行性能测试。
各实施例透水砖的综合性能根据行业相关标准进行测试，结果见表1-3。具体技术指标参考GB/T 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》。
表1力学性能测试
表2透水系数测试
表3重金属离子吸附效率
(注：离子吸附率＝[1-滤过后污水离子溶度/初始污水离子浓度]*100％)
以上实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将锂渣、粉煤灰、硅灰、矿渣微粉混合得到均匀的粉状固废原料，依次加入复合激发剂溶液、高效减水剂及适量水，搅拌形成具有良好流动性的均匀胶凝浆料，快速加入固废骨料并继续搅拌使其被胶凝胶体充分包裹，经浇注、振实、密封、梯级养护即得到具有吸附性能的全固废基透水砖。
2.根据权利要求1所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：梯级养护制度为预养护温度60-80℃、相对湿度50-90％、养护时间24-36h，脱模后室温条件下养护至7d。
3.根据权利要求1所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：粉状固废原料和固废骨料的质量比为1∶(2-4)。
4.根据权利要求3所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：粉状固废原料中各组分及质量百分比为15％-35％锂渣，50％-70％粉煤灰，10-15％矿渣微粉，5-10％硅灰。
5.根据权利要求3所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：固废骨料中各组分及质量百分比为20-40％煤矸石，60-80％钢渣。
6.根据权利要求3所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：固废骨料中煤矸石和钢渣经破碎筛分后得到，其粒径范围均为2.5-10mm。
7.根据权利要求1所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：复合激发剂溶液中各组分及质量百分比(以Na2O计)为28-44％氢氧化钠溶液、28-44％改性水玻璃、26-30％偏铝酸钠溶液。
8.根据权利要求7所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：复合激发剂溶液占粉状固废原料的质量百分比(以Na2O计)为15％-18％。
9.根据权利要求7所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：复合激发剂溶液的组成为氢氧化钠溶液的浓度为8-14mol/L，改性水玻璃模数为1.0-1.4，偏铝酸钠溶液浓度为6-8mol/L。
10.根据权利要求1所述的一种具备吸附性能的全固废基透水砖及其制备方法，其特征在于：高效减水剂包括聚羧酸减水剂、脂肪族类减水剂的一种或多种，掺量占粉状固废原料的质量百分比为0.1-0.5％。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115321935A (zh) * | 2022-09-09 | 2022-11-11 | 江西省建材科研设计院有限公司 | 一种锂渣基防堵塞生态透水砖及其制备方法 |
| CN115925343A (zh) * | 2023-01-04 | 2023-04-07 | 生物炭建材有限公司 | 一种长效稳定固化工业固废的免烧铺路砖及其制备方法 |
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2020
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