[发明专利]一种固化重金属的方法及其专用土壤聚合物复合水泥

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种用于重金属固化的土壤聚合物复合水泥制备方法。

背景技术

土壤聚合物是近年来国际上研究非常活跃的材料之一，是一种集早强、环保、耐久等优点于一体的新型无机新材料，在土木工程、航空工业、废物处理、耐火材料等诸多领域取得了广泛的应用。土壤聚合物不存在普通水泥那样的水化反应，是含有硅铝质原材料在强碱环境中的OH-作用下，桥氧结构断裂，迅速溶解出自由移动的硅、铝单体，这些单体局部取向，局部重构，发生缩聚反应，完成溶解-重构-缩聚等三阶段固化过程，整个系统硬化形成无定形网络状结构的物质。土壤聚合物终产物以离子键以及共价键为主，而传统水泥则以范德华键以及氢键为主。土壤聚合物产物中存在类沸石物质，没有氢氧化钙晶体存在，其主要力学指标优于普通水泥，可与陶瓷、铝、钢等金属材料相媲美，而且具有比普通水泥更为优越的耐久性和抗腐蚀性，同时具有原材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点。

土壤聚合物复合水泥是把土壤聚合物和普通水泥复合在一起，硬化后产生的复合体，以充分利用土壤聚合物的优良性能以及波特兰水泥的低成本优点。土壤聚合物复合水泥由硅酸盐水泥、矿渣、火山灰材料、激发剂制成制备，该水泥具有较好的力学指标、体积稳定性、抗氯离子侵蚀和抗硫酸盐侵蚀等性能。

我国每年产生大量的有害固体废弃物，其中的有害金属会逐渐浸出，对整个生态环境造成严重污染和破坏。处置有害金属废物较好的方法是进行固化处理，以达到无害化的目的。固化技术最近十年得到迅速发展，被用来处理电镀淤泥、铬渣等危险物，主要固化技术有：水泥固化、石灰固化等。水泥固化技术在应用过程中存在很多问题，比如：形成的沉淀产物在低pH值环境下会变得可溶；有机物的存在对水泥水化过程有干扰作用，固化过程变得困难；溶解性盐类的存在使固化体强度降低，导致蓬松及破坏；废物中的硫酸盐和水泥水化产物发生反应，导致固化体膨胀和破裂；固化体容易受到酸性介质侵蚀。土壤聚合物复合水泥独特耐久性能使得它成为处理有毒、有害废物的理想材料。

发明内容

针对现在技术的不足，本发明的目的在于：提出一种有效固化处理重金属的土壤聚合物复合水泥的制备方法。本发明使用普通硅酸盐水泥、硅粉、粉煤灰、磨细矿渣、偏高岭土、碱激发剂制备土壤聚合物复合水泥，并使用该水泥固化处理重金属。

本发明是一种土壤聚合物复合水泥，由下述质量百分比的原材料，混合后反应制得。

普通硅酸盐水泥40.0～77.0％

硅粉5.0～20.0％

粉煤灰10.0～30.0％

磨细矿渣0～10.0％

偏高岭土5.0～10.0％

碱激发剂1.0～5.0％

本发明制备的土壤聚合物复合水泥中加入适量的水后充分搅拌，在室温下最终可硬化成固体。

在本发明制备的土壤聚合物复合水泥对加入的铜、铅、镍、锌、镉等重金属具有较好的固化效果，固化率均在99.9％以上。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

一种有效固化处理重金属的土壤聚合物复合水泥混凝土的制备方法，特征在于硅酸盐水泥、硅粉、粉煤灰、磨细矿渣、偏高岭土、碱激发剂混合后制得。

本发明使用的普通硅酸盐水泥是指P·O42.5级水泥，硅粉中的SiO₂含量在90％以上，粉煤灰为I级或II级粉煤灰，28天活性指数在85％以上，磨细矿渣为I级或II级磨细矿渣，28天活性指数在105％以上，偏高岭土由高岭土在500～900℃下煅烧制得，28天活性指数在110％以上，碱激发剂为碱金属化合物。

实施例1：

普通硅酸盐水泥60.0％

硅粉15.0％

粉煤灰16.0％

磨细矿渣3.0％

偏高岭土5.0％

碱激发剂2.5％

取上述混合物440份，加入665份中砂，加入998份石和198份水，搅拌均匀，制成土壤聚合物复合水泥混凝土。土壤聚合物复合水泥混凝土28天抗压强度强度为56.8MPa，轴心抗压强度为35.8MPa，劈裂抗拉强度为2.44MPa，静力抗压弹模为3.23×10⁴MPa，抗拉强度为3.45MPa，抗拉弹模为3.01×10⁴MPa，极限拉伸值为122.22×10^-6。该土壤聚合物复合水泥混凝土和水胶比为0.45的普通混凝土具有相似的力学行为。

实施例2：