[發(fā)明專利]利用牡蠣殼和鉛鋅尾礦制備稀土型重金屬固化水泥熟料

有效

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• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104386931A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設計）人: 于巖;張復偉;李沖;許亞麗
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C04B7/24
• 分類號: C04B7/24;C04B7/42
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發(fā)明屬于環(huán)境及材料領域，具體涉及一種利用牡蠣殼和鉛鋅尾礦制備稀土型重金屬固化水泥熟料的方法。

背景技術

鉛鋅尾礦是鉛鋅礦選礦分選作業(yè)中產(chǎn)生的，約占鉛鋅礦產(chǎn)量的95%左右，大量的尾礦對方不僅要占用大量地土地，耗費大量地存放和管理費用，同時尾礦中的有毒有害物質(zhì)，特別是重金屬在風化和雨水淋溶之后，會發(fā)生遷移轉化，對周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不可修復的破壞作用。因此科學地回收利用尾礦資源，變廢為寶，做到環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的雙收成為一種最佳的選擇。而在我國沿海的牡蠣養(yǎng)殖場囤積了大量廢棄的牡蠣殼，其具有廣泛的可用性及低廉的成本，化學及微觀結構分析顯示，牡蠣殼的成分組成主要是碳酸鈣和少量雜質(zhì)，是很好的碳酸鈣來源。

目前，已經(jīng)有研究將鉛鋅尾礦應用于水泥熟料的生產(chǎn)，但在這些回收利用方法中并沒有對尾礦中的重金屬物質(zhì)進行特別的處理，只是簡單地將其作為一種原料來使用，這樣并不能很好地解決重金屬物質(zhì)遷移轉化進而對環(huán)境產(chǎn)生污染的問題。在三明大田所提取的樣品檢測結果顯示，其主要成分和生料所用的黏土質(zhì)原料接近，同時還含有一定量的鐵質(zhì)氧化物和微量元素，可以被用來全部代替黏土原料和鐵質(zhì)校正原料。

摻入了稀土元素的水泥熟料在1350℃以上燒成，能夠促進A礦的形成，增加硅酸鹽相含量，減少熟料中的游離氧化鈣，提高易燒性。同時能夠降低熟料中液相出現(xiàn)的溫度，增加液相量，促進A礦中Al₂O₃和Fe₂O₃固溶，提高A礦的水化活性。并且能夠增加晶格的缺陷，加劇晶格的不對稱要素，提高礦物的硬度，進而提高水泥熟料的質(zhì)量。

由于CeO₂和ZrO₂在高溫下能夠和一些重金屬反應，產(chǎn)生結構穩(wěn)定的固溶物，能夠有效地減少在燒制和使用的過程中的重金屬流失問題，在對原料和剛出廠的熟料中的Pb、Cd和Zn等重金屬離子進行對比檢測后，發(fā)現(xiàn)對Pb、Cd和Zn等重金屬的固化率分別達到了56%、68%和73%，較未添加CeO₂和ZrO₂之前，重金屬固化率有了大幅度的提高。

同時由于納米CeO₂中Ce³⁺和Ce⁴⁺間的可逆轉變過程伴隨著氧空穴的生成與消除，因而具有極好的儲氧和釋氧的能力，單純的CeO₂的結構穩(wěn)定性較差，而無法滿足在較低溫度下催化氧化的需求，但當摻雜有金屬離子的CeO₂和ZrO₂形成固溶體時，由于晶格畸形和表面缺陷，能夠引發(fā)CeO₂和ZrO₂在較低溫度下的催化性能，進而能夠對空氣中的CO、氮氧化物和苯類物質(zhì)等一些有機污染物產(chǎn)生催化分解作用，對空氣凈化產(chǎn)生積極的作用。通過這種重金屬固化技術，我們成功地制備出一種稀土型重金屬固化水泥熟料。

經(jīng)檢索，國內(nèi)外尚未有利用以鉛鋅尾礦和牡蠣殼為原料，以CeO₂和ZrO₂為固化劑，制備一種稀土型重金屬固化水泥熟料的方法，該項目屬于國內(nèi)外首家研究發(fā)明的技術。本發(fā)明所涉及的主要原材料（鉛鋅尾礦）在我國儲量豐富，所使用的制備方法簡單且易于操作，能夠回收利用鉛鋅尾礦和牡蠣殼的廢棄物，有效地解決尾礦重金屬污染的問題，經(jīng)濟效益顯和環(huán)境效益著，具有很好的推廣應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種利用牡蠣殼和鉛鋅尾礦制備稀土型重金屬固化水泥熟料的方法，制得的稀土型重金屬固化水泥熟料能夠降低燒結溫度，起到了節(jié)能的作用，同時能夠有效地固化鉛鋅尾礦中的重金屬離子，實現(xiàn)了廢物利用。其制備方法簡單，成本低廉，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，能夠被很好地投入規(guī)模化生產(chǎn)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種利用牡蠣殼和鉛鋅尾礦制備的稀土型重金屬固化水泥熟料包括以下原料：鉛鋅尾礦31~34wt%、牡蠣殼65.5~68.5wt%、固化劑0.5wt%。

所述的固化劑是CeO₂和ZrO₂，其中CeO₂60~70?wt%，ZrO₂30~40?wt%。

一種利用牡蠣殼和鉛鋅尾礦制備如上所述的稀土型重金屬固化水泥熟料的方法：將牡蠣殼球磨成粉，加入固化劑、鉛鋅尾礦和水進行拌合，混合均勻后，經(jīng)壓制成段、預熱和煅燒后，冷卻至室溫，即得稀土型重金屬固化水泥熟料。

具體步驟如下：