[發明專利]高鈣粉煤灰固封材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010163512.1
• 申請日: 2010-04-28
• 公開（公告）號: CN101857386A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 郭曉潞;施惠生
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B7/26
• 分類號: C04B7/26;C04B28/26
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及利用工業廢棄物高鈣粉煤灰，并用復合化學外加劑激發所制得的一種低碳排放的環保型固封材料及其制備方法。

背景技術

水泥是一種傳統的膠凝材料，可以用作核污染以及重金屬危險廢棄物的安全處置材料，即固封材料。水泥為人類經濟發展與社會進步做出巨大貢獻的同時由于其高資源、高能源消耗、高碳排放以及造成的其他嚴重環境污染，越來越不符合當前可持續發展戰略的要求。各國紛紛出臺相應的措施限制水泥工業規模的發展，競相賦予水泥技術以更高的科技含量，使它為人類造福的同時不至于給環境造成嚴重的負擔。同時，各國也相繼發展新型的綠色膠凝材料，以取代這種傳統的固封材料。

地聚合物是以硅鋁質材料為原料通過礦物聚縮反應而生成的一種低能耗、長壽命、無CO₂排放的高性能無機聚合物。地聚合物相對于普通硅酸鹽水泥具有較高的早期強度和優良的耐久性能，因此，常被認為是一種優于水泥的可用于危險廢棄物安全處置的固封材料。隨著人類對環境保護意識的加強和研究工作的進展，制備地聚合物的原材料也已從天然礦物原料拓寬為可利用工業固體廢棄物。

粉煤灰是火力發電廠排放出來的一種以硅鋁為主要成分的工業副產品，普通粉煤灰是煙煤作為動力燃料而排放出來的氧化鈣含量很低的低鈣粉煤灰，而高鈣粉煤灰則是褐煤、亞煙煤或次煙煤作為動力燃料而排放出來的，其(SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃)的質量百分含量≥50％，CaO的質量百分含量≥10％。隨著電力工業的飛速發展，粉煤灰尤其是高鈣粉煤灰堆積形成新的污染源，亟需加以處置利用。另外，為實現能源的清潔燃燒，各國各火力電廠均將安裝煙氣脫硫凈化工藝，脫硫石膏是這一工藝的副產物，其化學成分主要是二水硫酸鈣。而污泥是一種主要的城市廢棄物，隨著人們環境意識的加強和水質量指標的日趨嚴格，水和污水處理過程所產生的污泥已成為水污染治理工藝不可避免的特殊廢棄物。我國城市污水處理廠每年排放的污泥量巨大，尤其是在我國大城市，污泥出路問題已經十分突出。這些污泥目前只能占地填埋或單獨焚燒處理，尚無合理的處理辦法。

發明內容

本發明以高鈣粉煤灰為主要原材料，以鈉水玻璃和氫氧化鈉所制得的溶液為復合化學外加劑，還可加入熱處理脫硫石膏或熱活化污泥，制備新型固封材料，在一定范圍內能部分取代或優于水泥。

高鈣粉煤灰因其含有較高的硅鋁質成分，可用于研制高鈣粉煤灰地聚合物。而脫硫石膏其經低溫煅燒后失水變成硬石膏，在脫硫石膏和高鈣粉煤灰為主的體系中除自身凝結產生強度外，還起到硫酸鹽激發劑的作用，有一定的激發效果，脫硫石膏含有少量未反應的CaCO₃和部分可溶鹽，如鉀、鈉鹽，這些雜質的存在都可以加速水化，激發活性。風干污泥經熱活化處理后其主要物相組成為CaO、MgO和SiO₂，當熱活化污泥摻入到高鈣粉煤灰中，其含有的硅鋁質礦物成分，可以用其作為地聚合物材料的硅鋁源先驅相，而大量鈣質成分以及堿性物質K₂O和Na₂O，可以作為地聚合反應的堿性激發劑，為地聚合反應提供更高的堿性環境，增大熱活化污泥—高鈣粉煤灰地聚合物反應體系的堿度，有利于高鈣粉煤灰硅鋁相的解聚以及解聚的硅鋁配合物的溶出和擴散，加速地聚合物凝膠的形成。

該發明利用的是工業廢棄物，首先給廢棄物的利用提供了途徑，也降低了成本，減少了資源消耗，且其具有免燒和無熟料的特點，節約了能源消耗，符合節能減排的要求；同時這種新型固封材料只有少量的溫室氣體的排放，是一種低碳排放的環保型的膠凝材料；加之，它在一定程度上可以取代水泥，可以減少水泥的生產，也就是減少了水泥生產過程中的高資源、能源消耗，高碳排放，也減少了其對環境造成的巨大壓力。另外，本發明是一種固封材料，可以以廢治廢，符合我國國情的要求，符合當前社會發展的趨勢，具有良好的經濟效益與社會效益。

本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種高鈣粉煤灰固封材料，該固封材料的原料包括高鈣粉煤灰和復合化學外加劑，其中：復合化學外加劑由氫氧化鈉和鈉水玻璃配制而成，模數M(SiO₂)/n(Na₂O)為1.5～2.0；該兩種原料之間的量比關系為：由復合化學外加劑引入的Na₂O的質量為高鈣粉煤灰質量的10％～15％。

上述固封材料的制備方法按以下步驟進行：