[發(fā)明專利]高鈣粉煤灰固封材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210319629.3
• 申請(qǐng)日: 2010-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN102826815A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭曉潞;施惠生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/14
• 分類號(hào): C04B28/14;C04B18/08
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 吳林松

本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01010163512.1的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

原申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2010年04月28日；申請(qǐng)?zhí)枮?01010163512.1；發(fā)明創(chuàng)造名稱為：高鈣粉煤灰固封材料及其制備方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，涉及利用工業(yè)廢棄物高鈣粉煤灰，并用復(fù)合化學(xué)外加劑激發(fā)所制得的一種低碳排放的環(huán)保型固封材料及其制備方法。

背景技術(shù)

水泥是一種傳統(tǒng)的膠凝材料，可以用作核污染以及重金屬危險(xiǎn)廢棄物的安全處置材料，即固封材料。水泥為人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步做出巨大貢獻(xiàn)的同時(shí)由于其高資源、高能源消耗、高碳排放以及造成的其他嚴(yán)重環(huán)境污染，越來(lái)越不符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。各國(guó)紛紛出臺(tái)相應(yīng)的措施限制水泥工業(yè)規(guī)模的發(fā)展，競(jìng)相賦予水泥技術(shù)以更高的科技含量，使它為人類造福的同時(shí)不至于給環(huán)境造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，各國(guó)也相繼發(fā)展新型的綠色膠凝材料，以取代這種傳統(tǒng)的固封材料。

地聚合物是以硅鋁質(zhì)材料為原料通過(guò)礦物聚縮反應(yīng)而生成的一種低能耗、長(zhǎng)壽命、無(wú)CO₂排放的高性能無(wú)機(jī)聚合物。地聚合物相對(duì)于普通硅酸鹽水泥具有較高的早期強(qiáng)度和優(yōu)良的耐久性能，因此，常被認(rèn)為是一種優(yōu)于水泥的可用于危險(xiǎn)廢棄物安全處置的固封材料。隨著人類對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的加強(qiáng)和研究工作的進(jìn)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(yè)固體廢棄物。

粉煤灰是火力發(fā)電廠排放出來(lái)的一種以硅鋁為主要成分的工業(yè)副產(chǎn)品，普通粉煤灰是煙煤作為動(dòng)力燃料而排放出來(lái)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(dòng)力燃料而排放出來(lái)的，其（SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃）的質(zhì)量百分含量≥50%，CaO的質(zhì)量百分含量≥10%。隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)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(shí)現(xiàn)能源的清潔燃燒，各國(guó)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(chǎn)物，其化學(xué)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(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)和水質(zhì)量指標(biāo)的日趨嚴(yán)格，水和污水處理過(guò)程所產(chǎn)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(guó)城市污水處理廠每年排放的污泥量巨大，尤其是在我國(guó)大城市，污泥出路問題已經(jīng)十分突出。這些污泥目前只能占地填埋或單獨(dú)焚燒處理，尚無(wú)合理的處理辦法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)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(fù)合化學(xué)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(nèi)能部分取代或優(yōu)于水泥。

高鈣粉煤灰因其含有較高的硅鋁質(zhì)成分，可用于研制高鈣粉煤灰地聚合物。而脫硫石膏其經(jīng)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(jié)產(chǎn)生強(qiáng)度外，還起到硫酸鹽激發(fā)劑的作用，有一定的激發(fā)效果，脫硫石膏含有少量未反應(yīng)的CaCO₃和部分可溶鹽，如鉀、鈉鹽，這些雜質(zhì)的存在都可以加速水化，激發(fā)活性。風(fēng)干污泥經(jīng)熱活化處理后其主要物相組成為CaO、MgO和SiO₂，當(dāng)熱活化污泥摻入到高鈣粉煤灰中，其含有的硅鋁質(zhì)礦物成分，可以用其作為地聚合物材料的硅鋁源先驅(qū)相，而大量鈣質(zhì)成分以及堿性物質(zhì)K₂O和Na₂O，可以作為地聚合反應(yīng)的堿性激發(fā)劑，為地聚合反應(yīng)提供更高的堿性環(huán)境，增大熱活化污泥－高鈣粉煤灰地聚合物反應(yīng)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(kuò)散，加速地聚合物凝膠的形成。

該發(fā)明利用的是工業(yè)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(wú)熟料的特點(diǎn)，節(jié)約了能源消耗，符合節(jié)能減排的要求；同時(shí)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(huán)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(chǎn)，也就是減少了水泥生產(chǎn)過(guò)程中的高資源、能源消耗，高碳排放，也減少了其對(duì)環(huán)境造成的巨大壓力。另外，本發(fā)明是一種固封材料，可以以廢治廢，符合我國(guó)國(guó)情的要求，符合當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：