一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固定中和渣里砷的方法

1.本发明提供一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固定中和渣里砷的方法，属于砷污染治理技术领域。


背景技术：

2.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。赤泥又称红泥，它是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，大量的赤泥堆积占用了大量的土地资源。
3.中和渣在国内大部分工厂用堆存法处置，但这样不仅占用大量土地，处理成本也非常高，若转运至第三方处理，费用非常之昂贵。所以，中和渣资源化处理才是科学的发展方向。
4.处理中和渣现有的技术方法：一是通过真空焙烧、氧化焙烧、还原焙烧等火法处理，回收中和渣里面的有价金属；二是通过碱浸、酸浸等湿法处理回收中和渣里面的的有价金属；三是替代传统地聚物材料在建筑领域或作为辅剂进行直接利用。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。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术中中和渣处理的问题，提出了一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固定中和渣里砷的方法，赤泥提供硅铝酸盐且赤泥碱性高，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；脱硫石膏可以促进体系中钙矾石的产生，有利于固定重金属和凝胶的形成；本发明含重金属建筑固化物具有稳固的三维网状结构，很高的抗压强度和极低的砷浸出率。
6.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中和渣里重金属的目的，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。
7.一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
8.(1)将粉煤灰和赤泥分别经研磨、过筛和干燥处理得到粉煤灰粉和赤泥粉；
9.(2)将粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到粉煤灰-赤泥混合物a；
10.(3)将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌溶解3～7h，静置5～10h得到碱激活剂；
11.(4)将含砷中和渣加入到粉煤灰-赤泥混合物a中得到混合物b，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料c；
12.(5)将浆料c注入模具中并在室温下密封静置30～33h，脱模后置于室温、湿度为80～90％条件下养护7d以上得到含砷固化物。
13.所述步骤(2)粉煤灰-赤泥混合物a中，粉煤灰粉占20～60wt％、赤泥粉占70～
30wt％，脱硫石膏占10～12％；
14.所述步骤(3)碱激活剂的波美度为19.3～26.6
°bé
,模数为1.2～3.2；
15.所述步骤(4)浆料的水灰比为0.4～0.7:1；
16.所述步骤(4)中和渣的加入量为混合物b质量的5～20％。
17.含砷固化物样品进行抗压强度和砷浓度测试：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 emission spectrometer(icp-oes)检测出浸出液中砷的浓度。
18.地聚物固定中和渣里砷的原理：粉煤灰-赤泥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，形成过程中脱硫石膏促进产生钙矾石，增加体系强度；中和渣中有害的砷元素能够稳定在三维网状结构和钙矾石中，降低砷的浸出率。
19.本发明的有益效果是：
20.(1)本发明利用固废粉煤灰和赤泥有效固砷，使粉煤灰-赤泥基地聚物在碱激活剂激发形成三维网状结构过程中，脱硫石膏促进产生钙矾石，并使中和渣中有害的砷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砷浸出率；
21.(2)本发明含砷固化物的抗压强度优异，7天抗压强度可达14.91mpa，28天抗压强度可达20.41mpa，可以作为建筑铺路材料投入使用。
附图说明
22.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；
23.图2为实施例1～4养护28天后样品的砷固定效率柱状图。
具体实施方式
24.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。
25.实施例1：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1所示；赤泥来自云南某地，成分组成如表2所示；
26.表1 粉煤灰成分组成(wt％)
[0027][0028]
表2 赤泥成分组成(wt％)
[0029][0030]
一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
[0031]
(1)将粉煤灰和赤泥分别用球磨机研磨6h，过180目筛，进行60℃干燥处理得到粉煤灰粉和赤泥粉；
[0032]
(2)将粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到粉煤灰-赤泥混合物a；其中粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为2:7:1；
[0033]
(3)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌3h，然后静置5h得到碱激活剂，其中碱激活剂的波美度为19.3
°bé
，模数为1.2；
[0034]
(4)将中和渣加入到粉煤灰-赤泥混合物a中得到混合物b，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中中和渣的加入量为混合物b质量的5％，浆料的水灰比为0.4:1；
[0035]
(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80％条件下养护7～28d得到含砷固化物a1；
[0036]
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；
[0037]
试验结果计算：
[0038]
f＝f/a
[0039]
f-立方体试件抗压强度(mpa)
[0040]
f-试件破坏荷载(n)
[0041]
a-试件承压面积(mm2)
[0042]
立方体试样抗压强度计算应精确到0.1mpa；
[0043]
毒性浸出测试依据美国环保局颁布的u.s.epa《method 1311 toxicity characterisitc leaching procedure》标准进行试验；
[0044]
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为12.61mpa，28天抗压强度为18.78mpa，砷固定效率如图2所示为90.4％。
[0045]
实施例2：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3所示；赤泥来自云南某地，成分组成如表4所示；
[0046]
表3 粉煤灰成分组成(wt％)
[0047][0048]
表4 赤泥成分组成(wt％)
[0049][0050]
一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
[0051]
(1)将粉煤灰和赤泥分别用球磨机研磨8h，过180目筛，进行60℃干燥处理得到粉煤灰粉和赤泥粉；
[0052]
(2)将粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到粉煤灰-赤泥混合物a；其中粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为3:6:1；
[0053]
(3)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌4h，然后静置7h得到碱激活剂，其中碱激活剂的波美度为20.5
°bé
,模数为1.6；
[0054]
(4)将中和渣加入到粉煤灰-赤泥混合物a中得到混合物b，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中中和渣的加入量为混合物b质量的10％，浆料的水灰比为0.5:1；
[0055]
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置31h，脱模后置于室温、湿度为85％条件下养护7～28d得到含砷固化物a2；
[0056]
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
[0057]
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为13.96mpa，28天抗压强度为19.57mpa，砷固定效率如图2所示为93.8％。
[0058]
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；赤泥来自云南某地，成分组成如表6所示；
[0059]
表5 粉煤灰成分组成(wt％)
[0060][0061]
表6 赤泥成分组成(wt％)
[0062][0063]
一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
[0064]
(1)将粉煤灰和赤泥分别用球磨机研磨10h，过180目筛，进行60℃干燥处理得到粉煤灰粉和赤泥粉；
[0065]
(2)将粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到粉煤灰-赤泥混合物a；其中粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为5:4:1；
[0066]
(3)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌5h，然后静置8h得到碱激活剂，其中碱激活剂的波美度为25.3
°bé
,模数为2.7；
[0067]
(4)将中和渣加入到粉煤灰-赤泥混合物a中得到混合物b，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中中和渣的加入量为混合物b质量的15％，浆料的水灰比为0.6:1；
[0068]
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置32h，脱模后置于室温、湿度为88％条件下养护7～28d以上得到含砷固化物a3；
[0069]
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
[0070]
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为14.91mpa，28天抗压强度为20.41mpa；砷固定效率如图2所示为98.3％。
[0071]
实施例4：本实施例所采用的粉煤灰取自辽宁抚顺某家矿厂，成分组成如表7所示；赤泥来自湖南某地，成分组成如表8所示；
[0072]
表7 粉煤灰成分组成(wt％)
[0073][0074]
表8 赤泥成分组成(wt％)
[0075][0076]
一种利用粉煤灰-赤泥基地聚物固砷的方法，具体步骤如下：
[0077]
(1)将粉煤灰和赤泥分别用球磨机研磨12h，过180目筛进行60℃干燥处理得到粉煤灰粉和赤泥粉；
[0078]
(2)将粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏混合均匀得到粉煤灰-赤泥混合物a；其中粉煤灰粉、赤泥粉和脱硫石膏的质量比为6:3:1；
[0079]
(3)配制氢氧化钙溶液，将氢氧化钠加入到氢氧化钙溶液中搅拌7h，然后静置10h得到碱激活剂，其中碱激活剂的波美度为26.6
°bé
,模数为3.2；
[0080]
(4)将中和渣加入到粉煤灰-赤泥混合物a中得到混合物b，再加入碱激活剂，混合均匀得到浆料；其中中和渣的加入量为混合物b质量的20％，浆料的水灰比为0.7:1；
[0081]
(5)将浆料注入模具中并在室温下密封静置33h，脱模后置于室温、湿度为90％条件下养护7～28d以上得到含砷固化物a4；
[0082]
性能测试和毒性浸出测试方法与实施例1相同；
[0083]
本实施例含砷固化物的抗压强度如图1所示，7天抗压强度为14.22mpa，28天抗压强度为19.12mpa；砷固定效率如图2所示为97.4％。
[0084]
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。