[发明专利]一种碱激发矿渣-制革污泥固化剂及其配合比优化方法

说明书

本发明属于建筑材料技术领域，公开了一种基于RSM的碱激发矿渣‑制革污泥固化剂及其配合比优化方法，利用响应面法(RSM)建立回归模型，研究水胶比、碱激发剂模数、碱激发剂掺量对碱激发矿渣‑制革污泥固化胶凝材料早期强度和后期强度的影响；结合渴求函数对碱激发矿渣‑制革污泥固化胶凝材料配合比进行优化，并对优化结果进行试验验证；利用XRD、SEM‑EDS、NMR等测试方法对碱激发矿渣‑制革污泥固化胶凝材料进行理化表征。本发明的实验结果表明：通过RSM建立的回归模型具有较高的精确度和可信度；激胶比为21％，激发剂模数为1，水胶比为0.37为最佳配合比，28天抗压强度可达70MP。

技术领域

本发明属于建筑材料技术，尤其涉及一种基于RSM的碱激发矿渣-制革污泥固化剂材料及其配合比优化方法。

背景技术

目前，据统计，每生产1t牛皮大约产生60～80t污水和150kg污泥(水的质量分数在95％～98％)，制革生产过程中产生的固体废物和制革废水处理过程中所产生的污泥为制革污泥，制革污泥因其铬(Cr)离子含量高，通常被认为是危险废弃物。制革污泥中的铬主要来源是在用石灰(CaO)和絮凝剂沉积铬鞣废水时从铬鞣废水中分离出得到的(Kavourasetal,2015)。目前对于制革污泥的主要处理方法为焚烧和填埋，尽管焚烧被广泛使用(Alibardi和Cossu,2016；Zupancic和Jemec,2010)，它有一定的局限性。三价铬在高温下转变为六价铬，而六价铬具有剧毒，会随着食物链的富集作用使人产生重金属铬中毒。只有在重金属排放低于安全标准的情况下，填埋才是合适的方法；如果处理不当就会造成严重的环境污染以及二次污染。因此，重金属需要被固化(Cossu,2010)后才能再用于填埋。

固化法作为处理危险废物的有效方法(ShiandFernandez-Jimenez,2006)具有处理时间短、成本低、效果良好、适用范围广等优势，被美国环保总局评价为处理危险废物最有效的技术。目前，固化/稳定化技术中最常用的固化剂主要为水泥，然而水泥固化体由于自身耐酸性较差、渗透率高，重金属铬不能完全固封在固化体中，酸性环境中难以抑制六价铬的浸出，从而对环境造成危害。相比之下，地质聚合物是一种具有三维网状结构的无机胶凝材料，其工艺简单、对环境污染小、能耗低，同时具有强度高、耐腐蚀、低渗透等优点，在固化重金属离子方面具有优异的性能。此外，地质聚合物的原料来源广泛，大量的工业废渣(如粉煤灰、矿渣等)可用来制备地质聚合物。地质聚合物作为一种新型无机聚合物，具有笼状沸石结构。它们的基本结构是SiO₄四面体和AlO₄四面体(Davidovits,1991)。它们是固体硅酸铝盐与高浓度碱和硅酸盐反应的产物，为非晶或半晶材料(Guoetal,2017)。地聚合物具有高抗压强度和低渗透性，被认为是一种固化体系，可以固化各种危险废物(Jinetal,2016)。与普通硅酸盐水泥的生产相比，地聚合物的合成需要更低的能源，产生更少的二氧化碳排放(McLellanetal,2011)。关于利用地聚合物稳定重金属的前瞻性研究报道很多(El-Eswed等，2017；El-Eswed等人，2015)。一些学者特别关注工业原料的开发如底灰(BocaSantaetal,2016)和城市固体垃圾焚烧飞灰(Jinetal,2016)。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有的焚烧和填埋方式若处理不当易造成严重的环境污染以及二次污染，高温下还会产生六价铬使人中毒。

(2)现有的固化法中，水泥固化体由于自身耐酸性较差、渗透率高，重金属铬不能完全固封在固化体中，酸性环境中难以抑制六价铬的浸出，从而对环境造成危害。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于RSM的碱激发矿渣-制革污泥固化剂及其配合比优化方法。

本发明是这样实现的，一种碱激发矿渣-制革污泥固化剂材料(Tannery sludgesolidified product，TSSP)及其配合比优化方法，所述基于碱激发矿渣-制革污泥固化剂材料及其配合比优化方法包括：