CN116140346A - 用于原位玻璃固化快速电启动的材料及其铺设、应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于原位玻璃固化快速电启动的材料及其铺设方法，该材料配方由鳞片状石墨粉和含氧化硼、氧化硅、氧化锂等的低熔点玻璃粉材料组成；该材料由下往上铺设三层，最底层为特定配方的低熔点玻璃粉，中间层为低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物，最上层为鳞片状石墨粉。本发明主要用于较大区域的原位玻璃固化的快速启动，解决了大体积、高质量的工程尺度的快速启动问题，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明为用于原位玻璃固化快速电启动的材料及其铺设、应用方法，属于电熔玻璃领域，涉及一种由鳞片状石墨、含氧化硼、氧化硅、氧化锂等的低熔点玻璃粉材料，采用多层铺设的方式使工程尺度的原位电熔固化快速启动，主要用于原位玻璃固化的电加热启动。
背景技术
原位玻璃固化技术具有无需对污染土壤或有害废物进行挖掘、可同时处理多种类型污染物（重金属、放射性核素、有机物等）、获得的固化体物理化学稳定等优点，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启动剂（导电剂和助熔剂）、玻璃成型剂，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。
启动电阻是原位玻璃固化的一个重要参数，只有电阻在一定范围内，电极对间的砂土才能形成导电通路，通过调节两级电压使电流逐步增大，热量累积熔化砂土，进一步降低两极间电阻，如此循环往复，才能使熔化区域逐步扩展。启动电阻过高或过低，在有限功率和电压限值内，都会导致累计热量不足以熔化下层污染物，使得启动时间过长或无法启动。
由于土壤常温时处于绝缘状态，高温熔融状态时才为导体。因此采用原位玻璃固化技术处理污染土壤时，必须在土壤表层铺设一种能够在常温下导电的材料（导电剂）和在低温可以熔化增大电导率的材料（助熔剂）。利用导电剂导电并产生焦耳热熔化助熔剂，电导率变大后增大土壤的导通性并熔融表层土壤，表层土壤熔融导电后逐渐熔化下层土壤。但单层导电剂和助熔剂铺设，存在启动电阻过低或过高的问题，导致固化启动功率长时间不能达到设定值。
对工程尺度的较大污染区域的玻璃固化，表层启动剂应该满足能导通、快速启动、施工方便、成本低廉的要求。在对启动材料基本配方、铺设方式的研究基础上，创新了启动材料的配比和铺设方式，解决了工程尺度原位玻璃固化快速启动的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于原位玻璃固化快速电启动的材料及其铺设方法，即用于工程尺度的原位玻璃固化快速电启动的启动剂材料配方和工程铺设方法，主要用于较大区域的原位玻璃固化的快速启动。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于工程尺度的原位玻璃固化快速电启动的启动剂材料及其铺设方法，该启动剂材料配方由鳞片状石墨粉和含氧化硼、氧化硅、氧化锂等的低熔点玻璃粉材料组成；分为三层，最底层为特定配方的低熔点玻璃粉，中间层为低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物，最上层为鳞片状石墨粉。
所述鳞片状石墨粉为工业级原料，80-120目，起到常温导电作用，为导电剂。
所述特定配方的低熔点玻璃粉为锂硼硅玻璃粉，主要成分按质量百分比为25%SiO2，30%B2O3，10%Li2O，10%Al2O3，25%RO，R=Zn、Mg、Na，即RO为ZnO或/和MgO或/和Na2O，其熔点400℃，600目，起到低温熔融、降低电阻的作用，为助熔剂。
所述低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物，按照质量比由1份低熔点玻璃粉和1份鳞片石墨均匀混合。
该启动剂材料的铺设方法为：采用三层铺设方式，由下往上铺设三层材料，三层材料的质量比例由下至上为：底层低熔点玻璃粉5份；中间低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物10份；顶层鳞片状石墨粉1-2份；在1.3m×1.3m的熔池内，电极间距为0.5m×0.5m；首先将10kg的低熔点玻璃粉铺在待固化的土壤表面，铺成1.0m×1.0m的正方形，表面抹平，接着，将20kg的低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉按照质量比1:1充分混合，在熔池中心铺成0.8m×0.8m的正方形，将表面铺平并压实，最后，将2kg的鳞片状石墨粉在熔池中心铺成0.6m×0.6m的正方形，并在电极回路上增加导电材料铺设。
该启动剂材料的应用方法为：给电极施加交流电，交流电总功率200千瓦，电极间初始电阻为100Ω左右，近乎为开路状态，电流很低，在0.01-1A之间，接近于零（相较于最终通过电极的400A电流）；约45min后，电极间电阻下降到2Ω以下，电流从接近于0迅速升高到200A以上，最终可平稳升高到400A，电极间完全导通，固化反应持续约9h，得到的固化体质量超过1000kg。
有益效果与现有技术相比，本发明的创新技术特点在于：
（1）采用低目数鳞片状石墨粉，石墨粉颗粒大、表面粗糙，可降低石墨粉的电导率，避免电极间电阻过低导致的产热量太低无法熔化中间层混合物。
（2）采用按一定比例混合的低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉，混合物可达到既能导通、又可快速熔融的作用，连接导电剂和助熔剂。
（3）采用特定材料配比的低熔点玻璃粉，熔融所需焦耳热较少，可在较短时间内实现熔融、由绝缘体变为良导体，电极间电阻快速降低并稳定，直接铺设在污染土壤上，可大幅降低土壤电阻，实现快速启动的目的。
（4）采用低熔点玻璃粉、低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物、鳞片状石墨粉由下而上的三层铺设的方法，顶层鳞片状石墨导电、底层低熔点玻璃粉快速熔融助熔，中层混合物即可导电又能熔融、起到连接作用，阶梯式依次降低材料电阻，系统电压和功率递进调节，确保装置运行安全稳定，实现了工程尺度的原位玻璃固化的快速启动，并且施工方便、成本低廉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。以下结合具体实施例来进一步阐述本发明，下面实施案例仅用于举例说明本发明有关特性，而本发明的保护范围不受所举实施例的限制，所列材料与前面所述材料的要求一致。
本发明的构建及应用实施例：
本发明的具体构建方法：在1.3m×1.3m的熔池内，电极间距为0.5m×0.5m。首先将10kg的低熔点玻璃粉铺在待固化的土壤表面，铺成1.0m×1.0m的正方形，表面抹平。接着，将20kg的低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉按照质量比1:1充分混合，在熔池中心铺成0.8m×0.8m的正方形，将表面铺平并压实。最后，将2kg的鳞片状石墨粉在熔池中心铺成0.6m×0.6m的正方形，并在电极回路上增加导电材料铺设。
本发明的具体应用方法：给电极施加交流电，交流电总功率200千瓦，电极间初始电阻为100Ω左右，近乎为开路状态，电流很低，在0.01-1A之间，接近于零（相较于最终通过电极的400A电流）；约45min后，电极间电阻下降到2Ω以下，电流从接近于0迅速升高到200A以上，最终可平稳升高到400A，电极间完全导通，固化反应持续约9h，得到的固化体质量超过1000kg。
因此，综上所述，本发明用于原位玻璃固化快速电启动的材料及其铺设、应用方法，解决了大体积、高质量的工程尺度的快速启动问题，具有较好的应用前景。
Claims (6)
1.一种用于原位玻璃固化快速电启动的材料，该材料配方由鳞片状石墨粉和含氧化硼、氧化硅、氧化锂的低熔点玻璃粉材料组成；分为三层，最底层为特定配方的低熔点玻璃粉，中间层为低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物，最上层为鳞片状石墨粉。
2.根据权利要求1所述的用于原位玻璃固化快速电启动的材料，其特征是：所述鳞片状石墨粉为工业级原料，80-120目，起到常温导电作用，为导电剂。
3.根据权利要求1所述的用于原位玻璃固化快速电启动的材料，其特征是：所述特定配方的低熔点玻璃粉为锂硼硅玻璃粉，主要成分按质量百分比为25%SiO2，30%B2O3，10%Li2O，10%Al2O3，25%RO，R=Zn、Mg、Na，即RO为ZnO或/和MgO或/和Na2O，其熔点400℃，600目，起到低温熔融、降低电阻的作用，为助熔剂。
4.根据权利要求1所述的用于原位玻璃固化快速电启动的材料，其特征是：所述低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物，按照质量比由1份低熔点玻璃粉和1份鳞片石墨均匀混合。
5.一种如权利要求1所述的用于原位玻璃固化快速电启动的材料的铺设方法，其特征在于：采用三层铺设方式，由下往上铺设三层材料，三层材料的质量比例由下至上为：底层低熔点玻璃粉5份；中间低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉混合物10份；顶层鳞片状石墨粉1-2份；在1.3m×1.3m的熔池内，电极间距为0.5m×0.5m；首先将10kg的低熔点玻璃粉铺在待固化的土壤表面，铺成1.0m×1.0m的正方形，表面抹平，接着，将20kg的低熔点玻璃粉和鳞片状石墨粉按照质量比1:1充分混合，在熔池中心铺成0.8m×0.8m的正方形，将表面铺平并压实，最后，将2kg的鳞片状石墨粉在熔池中心铺成0.6m×0.6m的正方形，并在电极回路上增加导电材料铺设。
6.一种如权利要求5所述的用于原位玻璃固化快速电启动的材料的应用方法，其特征在于：给电极施加交流电，交流电总功率200千瓦，电极间初始电阻为100Ω，近乎为开路状态，电流很低，在0.01-1A之间，接近于零；45min后，电极间电阻下降到2Ω以下，电流从接近于0迅速升高到200A以上，最终可平稳升高到400A，电极间完全导通，固化反应持续9h，得到的固化体质量超过1000kg。
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