[发明专利]高钙粉煤灰固封材料及其制备方法

说明书

本申请是申请号为201010163512.1的申请的分案申请。

原申请的申请日为2010年04月28日；申请号为201010163512.1；发明创造名称为：高钙粉煤灰固封材料及其制备方法。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及利用工业废弃物高钙粉煤灰，并用复合化学外加剂激发所制得的一种低碳排放的环保型固封材料及其制备方法。

背景技术

水泥是一种传统的胶凝材料，可以用作核污染以及重金属危险废弃物的安全处置材料，即固封材料。水泥为人类经济发展与社会进步做出巨大贡献的同时由于其高资源、高能源消耗、高碳排放以及造成的其他严重环境污染，越来越不符合当前可持续发展战略的要求。各国纷纷出台相应的措施限制水泥工业规模的发展，竞相赋予水泥技术以更高的科技含量，使它为人类造福的同时不至于给环境造成严重的负担。同时，各国也相继发展新型的绿色胶凝材料，以取代这种传统的固封材料。

地聚合物是以硅铝质材料为原料通过矿物聚缩反应而生成的一种低能耗、长寿命、无CO₂排放的高性能无机聚合物。地聚合物相对于普通硅酸盐水泥具有较高的早期强度和优良的耐久性能，因此，常被认为是一种优于水泥的可用于危险废弃物安全处置的固封材料。随着人类对环境保护意识的加强和研究工作的进展，制备地聚合物的原材料也已从天然矿物原料拓宽为可利用工业固体废弃物。

粉煤灰是火力发电厂排放出来的一种以硅铝为主要成分的工业副产品，普通粉煤灰是烟煤作为动力燃料而排放出来的氧化钙含量很低的低钙粉煤灰，而高钙粉煤灰则是褐煤、亚烟煤或次烟煤作为动力燃料而排放出来的，其（SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃）的质量百分含量≥50%，CaO的质量百分含量≥10%。随着电力工业的飞速发展，粉煤灰尤其是高钙粉煤灰堆积形成新的污染源，亟需加以处置利用。另外，为实现能源的清洁燃烧，各国各火力电厂均将安装烟气脱硫净化工艺，脱硫石膏是这一工艺的副产物，其化学成分主要是二水硫酸钙。而污泥是一种主要的城市废弃物，随着人们环境意识的加强和水质量指标的日趋严格，水和污水处理过程所产生的污泥已成为水污染治理工艺不可避免的特殊废弃物。我国城市污水处理厂每年排放的污泥量巨大，尤其是在我国大城市，污泥出路问题已经十分突出。这些污泥目前只能占地填埋或单独焚烧处理，尚无合理的处理办法。

发明内容

本发明以高钙粉煤灰为主要原材料，以钠水玻璃和氢氧化钠所制得的溶液为复合化学外加剂，还可加入热处理脱硫石膏或热活化污泥，制备新型固封材料，在一定范围内能部分取代或优于水泥。

高钙粉煤灰因其含有较高的硅铝质成分，可用于研制高钙粉煤灰地聚合物。而脱硫石膏其经低温煅烧后失水变成硬石膏，在脱硫石膏和高钙粉煤灰为主的体系中除自身凝结产生强度外，还起到硫酸盐激发剂的作用，有一定的激发效果，脱硫石膏含有少量未反应的CaCO₃和部分可溶盐，如钾、钠盐，这些杂质的存在都可以加速水化，激发活性。风干污泥经热活化处理后其主要物相组成为CaO、MgO和SiO₂，当热活化污泥掺入到高钙粉煤灰中，其含有的硅铝质矿物成分，可以用其作为地聚合物材料的硅铝源先驱相，而大量钙质成分以及碱性物质K₂O和Na₂O，可以作为地聚合反应的碱性激发剂，为地聚合反应提供更高的碱性环境，增大热活化污泥－高钙粉煤灰地聚合物反应体系的碱度，有利于高钙粉煤灰硅铝相的解聚以及解聚的硅铝配合物的溶出和扩散，加速地聚合物凝胶的形成。

该发明利用的是工业废弃物，首先给废弃物的利用提供了途径，也降低了成本，减少了资源消耗，且其具有免烧和无熟料的特点，节约了能源消耗，符合节能减排的要求；同时这种新型固封材料只有少量的温室气体的排放，是一种低碳排放的环保型的胶凝材料；加之，它在一定程度上可以取代水泥，可以减少水泥的生产，也就是减少了水泥生产过程中的高资源、能源消耗，高碳排放，也减少了其对环境造成的巨大压力。另外，本发明是一种固封材料，可以以废治废，符合我国国情的要求，符合当前社会发展的趋势，具有良好的经济效益与社会效益。

本发明的技术方案如下：