[发明专利]用于重金属废弃物固封的无机聚合物材料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种用于重金属废弃物固封的无机硅铝质聚合物材料，具体的讲，用于存在重金属离子浸出危险的矿山尾矿、电镀污泥、垃圾焚烧飞灰、工业污水等废弃物的高效固化，目的是降低或避免重金属离子的污染。主要用于环保领域。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展，污染问题日趋严重，每年有巨大量的废水、废气、废渣排入大自然，造成了严重的环境污染，在各类废弃物中，含重金属的废弃物(如矿厂尾矿、电镀污泥、垃圾焚烧飞灰、工业污水等)占有很大的比重。仅以工业固体废弃物为例，《2006年中国环境状况公报》数据表明：我国2006年产生的工业固体废弃物为15.2亿吨，其中含重金属的危险废弃物高达1000多万吨。这些危险废弃物中若不经严格处理而任其随意排放，其包含重金属将通过扩散进入周边的土壤、地下水，进而污染水源和食物，严重危害人类的健康和其它生物体的生存。大量数据表明，全国有35个城市的地下水重金属严重超标，上千口井因重金属超过饮用水卫生标准而报废。目前，重金属废弃物的污染已经对人类生存环境构成了严重威胁。因此，采取有效的无害化处理措施、严格控制重金属和放射性元素对周围环境的污染，并对其进行有效利用、变废为宝已刻不容缓。

稳定固化技术是国际上处理有毒有害废物的主要方法之一，该技术的核心是将废物和胶凝材料混合，经化学反应后形成坚硬的固封体，从而达到降低废物中危险成分浸出的目的。该技术中胶凝材料的选用最为关键，选择一种来源广泛、制作加工方便、适应性广、长期稳定，并且固化效率高的胶凝材料对于该种技术的成功应用至关重要。目前国际上使用最为广泛、用量最多的胶凝材料是硅酸盐水泥，因硅酸盐水泥固化操作简单、价格合理，固化效率好，美国环保局将该技术称为处理有毒有害废物的最佳技术之一。然而，硅酸盐水泥处理后的固化体化学和物理稳定性较弱(正常情况下，其寿命一般仅为50年左右)，尤其在硫酸盐、氯盐、酸性等侵蚀环境下，硅酸盐水泥固化体快速失效，其固化的重金属亦随着释出；同时在长期使用中，其固化体中的重金属成分浸出率较高，容易造成严重的二次污染；另外，硅酸盐水泥对不同重金属的固化效率差异较大，如对Cs、Sr、Cu、Pb、Zn、As等重金属固化效果较低，具有明显的离子选择性，这些缺点极大限制了该技术在固化重金属废弃物重大工程上的广泛应用。因此，迫切需要研制开发出一种适用于多种放射性元素及重金属、并有更高固化效率，且能在严酷条件下几百年内长期稳定的胶凝材料。

经对现有的文献检索发现，美国Davidovits J.在《Journal of ThermalAnalysis》第35卷，1989，P 42-44撰文《Geopolymers and geopolymeric newmaterials》，该文在实验室内研制了一种地聚合物材料，硬化后分子结构为笼形构架，初步实验表明该无机聚合物材料对于低浓度范围内的重金属具有较好的固封效果，但此种材料使用的主要原材料为纯偏高岭土，合成温度在80-100℃范围，产品成本非常高，产品性能波动较大，质量不易得到保证；而且强度普遍较低，其物理封裹作用较差，仅靠笼形分子结构的化学结合重金属离子，导致其牢固结合重金属离子的数量受到很大限制，重金属离子数量超过一定的数值后，其固封效率显著下降。这些均给无机硅铝聚合物固封材料的商品化带来极大的困难。因此，研制并生产出低成本、高性能并适于规模化生产的无机硅铝聚合物固封材料，具有重要的现实意义和实际应用价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种用于重金属废弃物固封的无机聚合物材料，本发明的无机硅铝聚合物固封材料的合成勿需高温，常温放置即可固化，因此操作方便、工艺简单。

技术方案：本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，在原材料中通过引入一种来源丰富、价格低廉的工业废渣-矿渣，使得原材料中同时具有高钙(矿渣)和低钙(偏高岭土)两种关键组分，在常温条件下，通过碱性激发剂激发，高钙组分生成大量的具有良好物理封裹作用的C-S-H凝胶以及少量的具有可与重金属发生化学结合作用的类沸石产物；低钙组分在碱性激发剂作用下，生成可与重金属发生化学结合的笼形结构的地聚合产物。为了进一步节约成本，可以用粉煤灰、煤矸石、沸石、稻壳灰等低钙废渣部分或全部取代价格较贵的偏高岭土。