一种铬渣固化胶凝聚合物制造技术

本发明专利技术涉及一种铬渣固化胶凝聚合物，地质聚合物颗粒之间通过缩聚反应，由-Si-O-Al-O-键互相连接形成的无机高分子胶凝体。此聚合物中包括通过地聚合反应形成的钠沸石等沸石相和通过水化反应生成的水化硅酸钙和铝酸钙等CSH矿物相。六价铬离子多数被固化在沸石相中，少数的六价铬离子被固化在CSH矿物相中，此胶凝聚合物实现了铬离子以非晶态形式被固封在地质聚合物固化体中。铬渣固化胶凝聚合物是以铬渣、高炉矿渣、粉煤灰为原料在以氢氧化钠和水玻璃组成的复合激发剂的作用下制备得到一种铬渣固化胶凝聚合物。该制作方法操作简单，制备的胶凝聚合物具有良好的力学性能，不仅能减少高炉矿渣和粉煤灰堆存产生的环境问题，还能有效阻止铬渣中铬离子的浸出行为。

【技术实现步骤摘要】
一种铬渣固化胶凝聚合物
本专利技术属于矿渣无害化处理领域，具体涉及一种铬渣固化胶凝聚合物。
技术介绍
随着我国工业化进程的加快，由于重金属的大规模使用，化工业、设备制造业和金属制品业等领域得到了蓬勃发展。其中，金属铬由于较好的经济成本和其特有的性质被广泛应用于众多行业。铬在自然环境中最常见的以三价和六价的形式存在，其中三价铬通常以Cr3+形式存在，而六价铬通常以及等离子形式存在。铬渣是化工及冶金部门生产金属铬和铬盐过程中产生的工业固体废弃物，是由铬铁矿加入纯碱、白云石和石灰石等在1100～1200℃高温下焙烧后，用水浸取出其中的可溶性盐后残余的固体废渣。铬渣中含有一定量的Cr6+，Cr6+是一种具有毒性大、溶解度高以及致癌性的离子，其毒性远远大于相对稳定的Cr3+，是铬渣中的主要毒性物质。Cr6+可以通过人体的呼吸道、消化道、皮肤和粘膜进入体内，积累在体内会引发细胞的突变与癌变。因此，铬渣的排放会对环境和人类造成巨大的潜在危害。铬渣的毒性来源主要为铬渣中的水溶态六价铬，所以目前对于铬渣的无害化处理主要是针对六价铬而言。由于铬渣的物相组成十分复杂，所以无害化处理难度较大。对于铬渣的处理，以往多集中在把有毒的六价铬还原为三价铬的研究上，也取得了一定的成果，例如用铬渣替代石灰石炼铁等，但是同大量堆积的铬渣相比用这种处理方法处理掉的铬渣就显得微不足道了。目前，固化/稳定化是处置重金属废物的主要方法之一。固化/稳定化是利用一定的固化剂把含重金属废物固封在固化体中，防止重金属溢出，从而可以避免重金属废物对环境造成污染。对于铬渣的处置，一般通过稳定铬渣中的重金属铬，防止二次污染的发生，从而达到资源化和无害化的目的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种铬渣固化胶凝聚合物，其是由-Si-O-Al-O-键互相连接形成的无机高分子胶凝体，此聚合物中包括通过地聚合反应形成的钠沸石等沸石相和通过水化反应生成的水化硅酸钙和铝酸钙等CSH矿物相，六价铬离子多数被固化在沸石相中，少数被固化在CSH矿物相中。利用高炉矿渣、粉煤灰和和铬渣，在复合激发剂作用下制备胶凝聚合物，从而实现对铬渣的固化。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种铬渣固化胶凝聚合物，其是由-Si-O-Al-O-键互相连接形成的无机高分子胶凝体，此无机高分子胶凝体包括沸石相和CSH矿物相，六价铬离子多数被固化在沸石相中，少数被固化在CSH矿物相中。所述沸石相为钠沸石相，所述CSH矿物相包括水化硅酸钙和铝酸钙。所述沸石相是通过地聚合反应形成，主要由Si、Al、Na3种元素组成，Si、Al、Na质量比为2.14:1:1.121，所述CSH矿物相是通过水化反应生成，主要由Ca、Si两种元素组成，Ca、Si质量比为1.11：1。所述沸石相还包括质量分数为0～2.36％的Ca元素，所述CSH矿物相还包括总质量分数范围为0～6.86％的Na和Al元素。所述铬渣固化胶凝聚合物，其是按照以下步骤制作：1)取铬渣干燥细化，取高炉矿渣和粉煤灰分别球磨改性并干燥；2)、按照质量计，分别取步骤1)细化后的铬渣35～55份、高炉矿渣18～28份、粉煤灰12～28份混合，再取复合激发剂8～12份，以复合激发剂与水的质量比1：0.25～0.30向复合激发剂加入水制成复合激发剂溶液，将上述四种成分混合均匀，再进行入模、固化、脱模及养护即得铬渣固化胶凝聚合物，所述复合激发剂为氢氧化钠粉末和水玻璃以质量比1:1.5～4混合制成。优选的，步骤1)高炉矿渣和粉煤灰分别球磨12小时，细化后铬渣、高炉矿渣和粉煤灰粒度为小于200目。优选的，所述水玻璃模数为2.5。优选的，所述复合激发剂为氢氧化钠粉末和水玻璃以质量比1:1.5混合制成。优选的，步骤2)中所述养护条件为温度25℃，相对湿度90％以上。本专利技术的有益效果在于：1、地质聚合物内部为紧密网状物，这是地质聚合物颗粒之间通过缩聚反应，-Si-O-Al-O-键互相连接形成的无机高分子胶凝体，纵横交错形成了网络结构，整个碱矿渣地质聚合物结构变得密实，这种致密的结构能保证地质聚合物宏观上具有良好的力学性能，抗压强度较高。2、六价铬离子以非晶态形式存在于固化体中，即分别存在于沸石相和CSH矿物相中，由于铬离子参与了沸石相结构的形成，并且沸石相聚合物本身存在的大量空腔结构也具较强的吸附的能力，使大量铬离子固化在沸石相中不易溢出；CSH胶凝具有较高的表面能对金属离子有一定的吸附能力使较少的铬离子固化在CSH矿物相中。通过这两种无定型产物的物理固封、吸附机制和离子交换的协同作用实现了铬渣的固化量大一级铬离子浸出毒性较低的效果。3、铬离子参与了地质聚合物的反应过程，在反应中直接参与了平衡电荷，使Si-Al的结构发生重组，从而有效地被固定在固化体体系中。4、本专利技术在氢氧化钠和水玻璃复合激发剂的作用下，在胶凝聚合物固化过程中可一次性对铬渣中的六价铬进行固定，工艺过程简单，不会留下大量的残渣堆积。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为铬渣固化胶凝聚合物制备流程图；图2为未添加铬渣碱矿渣地质聚合物的XRD衍射图谱；图3为铬渣固化胶凝聚合物的XRD衍射图谱；图4为未添加铬渣碱矿渣地质聚合物破裂面的SEM-EDS图；图5为未添加铬渣碱矿渣地质聚合物的X射线能谱的微区元素A和B；图6为铬渣固化胶凝聚合物破裂面的SEM-EDS图；图7为铬渣固化胶凝聚合物固化体沸石相的EDS分析谱图；图8为铬渣固化胶凝聚合物CSH相的EDS分析谱图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。实施例1不同质量份对固化作用的影响将球磨12小时的高炉矿渣和粉煤灰干燥并细化，细化后铬渣、高炉矿渣和粉煤灰粒度为200目，将氢氧化钠和水玻璃按照质量比为1:1.5混合制成复合激发剂。按照质量份计(35份、28份、25份、12份)、(45份、27份、18份、10份)、(55份、25份、12份、8份)分别取上述细化后的铬渣、高炉矿渣、粉煤灰、复合激发剂，并以液固比0.27：1向复合激发剂加入水制备得到激发剂溶液，再将高炉矿渣、粉煤灰和铬渣混合均匀后加入激发剂溶液，进行搅拌均匀，再依次入模、固化、脱模并在温度25℃，相对湿度90％以上条件下进行养护28天，分别得到铬渣固化胶凝聚合物，制备步骤如图1。按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》分别对试件块进行抗压强度测定，按HJ/T299-2007《固体废物-浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》分别对试件块进行浸出毒性测定，六价铬浸出浓度按照GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》进行测定与判定，所测数据见表1。表1试件的单轴抗压强度和六价铬浸出毒性值实验编号质量份单轴抗压强度六价铬浸出毒性MPamg/L135份、28份、25份、12份32.450.014245份、27份、18份、10份26.720.054355份、25份、12份、8份22.370.085从表中可以发现，三组条件下，试件28天单轴抗压强度均大于20MPa，六价铬浸出毒性均低于GB5085.3-2007危险废物判别值5.0mg/L。实施例2复合激发剂中不同质量比对固化作用的影响将球磨1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铬渣固化胶凝聚合物，其特征在于，其是由‑Si‑O‑Al‑O‑键互相连接形成的无机高分子胶凝体，此无机高分子胶凝体包括沸石相和CSH矿物相，六价铬离子多数被固化在沸石相中，少数被固化在CSH矿物相中。

【技术特征摘要】
1.一种铬渣固化胶凝聚合物，其特征在于，其是由-Si-O-Al-O-键互相连接形成的无机高分子胶凝体，此无机高分子胶凝体包括沸石相和CSH矿物相，六价铬离子多数被固化在沸石相中，少数被固化在CSH矿物相中；所述沸石相为钠沸石相，所述CSH矿物相包括水化硅酸钙和铝酸钙；所述沸石相是通过地聚合反应形成，主要由Si、Al、Na3种元素组成，Si、Al、Na质量比为2.14:1:1.121，所述CSH矿物相是通过水化反应生成，主要由Ca、Si两种元素组成，Ca、Si质量比为1.11：1；所述沸石相还包括质量分数为0~2.36%的Ca元素，所述CSH矿物相还包括总质量分数范围为0~6.86%的Na和Al元素。2.根据权利要求1所述铬渣固化胶凝聚合物，其特征在于，其是按照以下步骤制作：1）取铬渣干燥细化，取高炉矿渣和粉煤灰分别球磨改性并干燥；2）、按照质量计，分别取步骤1）细化后的铬渣3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东伟，黄萧，黄涛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85