CN115124290A - 一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定废水中铜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用粉煤灰‑偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，属于工业废物重金属污染治理技术领域。本发明将粉煤灰和偏高岭土混合均匀得到粉煤灰‑偏高岭土混合物，将氢氧化钠溶解至硅酸钠溶液中，静置3~7h得到碱激活剂；将碱激活剂加入到粉煤灰‑偏高岭土混合物中，再加入工业铜超标废水，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20~30h，脱模后置于室温、湿度为80~95%条件下养护7~28d以上得到含铜固化物。本发明偏高岭土提供硅铝酸盐且偏高岭土碱性高，可以提供潜在碱激活，粉煤灰富含铝硅酸盐，具有火山灰活性，便于与碱激活剂反应激活，有利于固定重金属和凝胶的形成。
Description
技术领域
本发明提供一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定废水中铜的方法，属于工业废物重金属污染治理技术领域。
背景技术
粉煤灰又称飞灰，是由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒。根据我国用煤情况，粉煤灰的产量是巨大的，大量的粉煤灰不仅对大气造成污染，进入水体还会影响水的流动性，里面的化学物质对生物会造成危害。偏高岭土是一种无水铝硅酸盐，由高岭土在800℃时形成。偏高岭土的分子排列不规则，处于热力学介稳状态，具有一定的凝胶活性，具有阳离子交换能力和较好的吸附能力。此外，它的储量丰富，来源广泛，绿色，无污染。
含铜废水是冶金、电子等行业产生的废水，主要包括印制电路板蚀刻废水、电镀废水等。含铜废水中的铜含量很高。直接排放不仅污染环境，而且浪费资源。因此，对含铜废水进行处理迫在眉睫，通过技术手段固定铜，使其安全地存在自然界中。
铜矿、冶炼、电镀和电子行业每年排放大量含铜废水。重金属铜离子的排放对水体和土壤危害极大。铜是人体必需的微量元素之一，但如果铜在人体内超标，将对人体器官造成负担，尤其是肝脏和胆囊。
发明内容
本发明针对现有技术中固定工业铜超标废水中铜的问题，提出了一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，偏高岭土提供硅铝酸盐且偏高岭土碱性高，可以提供潜在碱激活，粉煤灰富含铝硅酸盐，具有火山灰活性，便于与碱激活剂反应激活；本发明含重金属固化物具有稳固的三维网状结构，很高的抗压强度和较低的铜浸出率。
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工业铜超标废水中重金属的目的，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，可以用于铺路材料。
一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，具体步骤如下：
（1）将粉煤灰和偏高岭土分别经研磨、过筛和干燥处理得到粉煤灰粉和偏高岭土粉；
（2）将粉煤灰粉和偏高岭土粉混合均匀得到粉煤灰-偏高岭土混合物A；
（3）将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌溶解2~5h，静置3~7h得到碱激活剂；
（4）将碱激活剂加入到粉煤灰-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入工业铜超标废水，混合均匀得到浆料C；
（5）将浆料C注入模具中并在室温下密封静置20~30 h，脱模后置于室温、湿度为80~95%条件下养护7 d以上得到含铜固化物。
步骤（1）中粉煤灰、偏高岭土研磨时间为6-9h，过180-200目筛。
步骤（2）中粉煤灰粉和偏高岭土粉的质量比为（4~7）:（6~3）。
步骤（3）中碱激活剂的模数为1.4~3.5。
步骤（4）中碱激活剂与粉煤灰-偏高岭土混合物A的质量比为0.3~0.5:1。
步骤（4）工业铜超标废水的加入量为混合物B质量的5~10%。
含铜固化物样品进行抗压强度和铜浓度测试：将养护至相应龄期的样品进行抗压强度测试，随后进行浸出测试，并用Inductively Coupled Plasma Optical EmissionSpectrometer(ICP-OES)检测出浸出液中铜的浓度。
地聚物固定工业铜超标废水中铜的原理：粉煤灰-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、C-A-S-H类似的三维网状结构，在反应的过程中生成钙矾石，工业铜超标废水中有害的铜元素能够稳定在三维网状结构和钙矾石中，降低铜的浸出率。
本发明的有益效果是：
（1）本发明利用固废粉煤灰和偏高岭土有效固铜，使粉煤灰-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，反应过程中产生钙矾石，并使工业铜超标废水中有害的铜元素能够稳定在三维网状结构和钙矾石中，形成地聚物结构的主体部分，使三维网状结构更稳固，具有很高的抗压强度和极低的铜浸出率。
（2）本发明含铜固化物的抗压强度优异，7天抗压强度可达11.44MPa，28天抗压强度可达22.58MPa，可以作为建筑铺路材料投入使用。
附图说明
图1为实施例1~4养护7天和28天后样品的抗压强度柱状图；
图2为实施例1~4养护28天后样品的铜固定效率柱状图。
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：本实施例所采用的粉煤灰取自辽宁沈阳某矿厂，成分组成如表1所示；偏高岭土来自河北石家庄某地，成分组成如表2所示；工业铜超标废水来自唐山某电镀厂。
表1粉煤灰成分组成(wt%)
表2偏高岭土成分组成(wt%)
一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，具体步骤如下：
（1）将粉煤灰和偏高岭土分别用球磨机研磨6h，过180目筛，进行60°C干燥处理得到粉煤灰粉和偏高岭土粉；
（2）将粉煤灰粉和偏高岭土粉混合均匀得到粉煤灰-偏高岭土混合物A；其中粉煤灰粉和偏高岭土粉的质量比为4:6；
（3）配制碱激活剂，将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌2h，然后静置3h得到碱激活剂，模数为1.4；
（4）将碱激活剂加入到粉煤灰-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入工业铜超标废水，混合均匀得到浆料；其中工业铜超标废水的加入量为混合物B质量的5%，碱激活剂与粉煤灰-偏高岭土混合物A的质量比为0.3:1；
（5）将浆料注入模具中并在室温下密封静置20h，脱模后置于室温、湿度为80%条件下养护7~28d得到含铜固化物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 1311 ToxicityCharacterisitc Leaching Procedure》标准进行试验；
本实施例含铜固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为5.37MPa，28天抗压强度为15.32MPa，铜固定效率如图2所示为99.25%，固定效率达到了危险废物浸出标准规定数值。
实施例2：本实施例所采用的粉煤灰取自辽宁沈阳某矿厂，成分组成如表3所示；偏高岭土来自河北石家庄某地，成分组成如表4所示；工业铜超标废水来自唐山某电镀厂。
一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，具体步骤如下：
（1）将粉煤灰和偏高岭土分别用球磨机研磨7h，过190目筛，进行60°C干燥处理得到粉煤灰粉和偏高岭土粉；
（2）将粉煤灰粉、偏高岭土粉和脱硫石膏混合均匀得到粉煤灰-偏高岭土混合物A；其中粉煤灰粉和偏高岭土粉的质量比为5:5；
（3）配制碱激活剂，将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌3h，然后静置4h得到碱激活剂，模数为1.9；
（4）将碱激活剂加入到粉煤灰-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入工业铜超标废水，混合均匀得到浆料；其中工业铜超标废水的加入量为混合物B质量的7%，碱激活剂与粉煤灰-偏高岭土混合物A的质量比为0.4:1；
（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85%条件下养护7~28d得到含铜固化物A2；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含铜固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为7.82MPa，28天抗压强度为17.96MPa，铜固定效率如图2所示为99.32%，固定效率达到了危险废物浸出标准规定数值。
实施例3：本实施例所采用的粉煤灰取自辽宁沈阳某家矿厂，成分组成如表5所示；偏高岭土来自河北石家庄某地，成分组成如表6所示；工业铜超标废水来自唐山某电镀厂。
一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，具体步骤如下：
（1）将粉煤灰和偏高岭土分别用球磨机研磨8h，过200目筛，进行60°C干燥处理得到粉煤灰粉和偏高岭土粉；
（2）将粉煤灰粉和偏高岭土粉混合均匀得到粉煤灰-偏高岭土混合物A；其中粉煤灰粉和偏高岭土粉的质量比为6:3；
（3）配制碱激活剂，将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌4h，然后静置6h得到碱激活剂，模数为2.8；
（4）将碱激活剂加入到粉煤灰-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入工业铜超标废水，混合均匀得到浆料；其中工业铜超标废水的加入量为混合物B质量的9%，碱激活剂与粉煤灰-偏高岭土混合物A的质量比为0.4:1；
（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以上得到含铜固化物A3；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含铜固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为11.44MPa，28天抗压强度为22.58MPa；铜固定效率如图2所示为99.82%，固定效率达到了危险废物浸出标准规定数值。
实施例4：本实施例所采用的粉煤灰取自辽宁沈阳某矿厂，成分组成如表7所示；偏高岭土来自河北石家庄某地，成分组成如表8所示；工业铜超标废水来自唐山某电镀厂。
一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，具体步骤如下：
（1）将粉煤灰和偏高岭土分别用球磨机研磨9h，过200目筛进行60°C干燥处理得到粉煤灰粉和偏高岭土粉；
（2）将粉煤灰粉和偏高岭土粉混合均匀得到粉煤灰-偏高岭土混合物A；其中粉煤灰粉和偏高岭土粉的质量比为7:3；
（3）配制碱激活剂，将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌5h，然后静置7h得到碱激活剂，模数为3.5；
（4）将碱激活剂加入到粉煤灰-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入工业铜超标废水，混合均匀得到浆料；其中工业铜超标废水的加入量为混合物B质量的10%，碱激活剂与粉煤灰-偏高岭土混合物A的质量比为0.5:1；
（5）将浆料注入模具中并在室温下密封静置30h，脱模后置于室温、湿度为95%条件下养护7~28d以上得到含铜固化物A4；
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
本实施例含铜固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为9.26MPa，28天抗压强度为18.37MPa；铜固定效率如图2所示为99.38%，固定效率达到了危险废物浸出标准规定数值。
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 (6)
1.一种利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定废水中铜的方法，具体步骤如下：
（1）将粉煤灰和偏高岭土分别经研磨、过筛和干燥处理后得到粉煤灰粉和偏高岭土粉；
（2）将粉煤灰粉和偏高岭土粉混合均匀得到粉煤灰-偏高岭土混合物A；
（3）将氢氧化钠加入到硅酸钠溶液中搅拌溶解2~5h，静置3~7h得到碱激活剂；
（4）将碱激活剂加入到粉煤灰-偏高岭土混合物A中得到混合物B，再加入工业铜超标废水，混合均匀得到浆料C；
（5）将浆料C注入模具中并在室温下密封静置20~30 h，脱模后置于室温、湿度为80~95%条件下养护7 d以上得到含铜固化物。
2.根据权利要求1所述的利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，其特征在于：步骤（1）中粉煤灰和偏高岭土研磨时间为6-9h，过180-200目筛。
3.根据权利要求1所述的利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，其特征在于：步骤（2）中粉煤灰粉和偏高岭土粉的质量比为（4~7）:（6~3）。
4.根据权利要求1所述利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，其特征在于：步骤（3）碱激活剂的模数为1.4~3.5。
5.根据权利要求1所述利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，其特征在于：步骤（4）中碱激活剂与粉煤灰-偏高岭土混合物A的质量比为0.3~0.5:1。
6.根据权利要求1所述利用粉煤灰-偏高岭土基地聚物固定工业铜超标废水中铜的方法，其特征在于：步骤（4）工业铜超标废水的加入量为混合物B质量的5~10%。
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