[發明專利]一種鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料及其用途

在審

• 申請號: 201610002005.7
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105645797A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 周新濤;郝旭濤;羅中秋;劉守慶
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C04B12/02
• 分類號: C04B12/02;C04B28/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料及其用途，具體涉及一種利用 鉻鐵合金冶煉廢渣制備鈣系磷酸鹽化學鍵合材料的方法及該材料在作為澆注材料或重金 屬固化方面的用途，屬固廢和重金屬污染治理技術領域。

背景技術

重金屬(如含鎘、鉛、汞、銅、鉻)已經成為對環境污染最嚴重和人類最大的危害之 一，重金屬污染可以采用多種不同的技術進行處理，而固化/穩定化技術是國際上處理有毒 污染物的主要方法之一，固化/穩定化技術采用固化基材將重金屬廢物固定或包覆起來以 降低其對環境的危害。目前，磷酸鹽化學鍵合材料為最常見的重金屬固化基材。

磷酸鹽化學鍵合材料，由金屬氧化物與酸式磷酸鹽通過酸堿中和反應形成以磷酸 鹽為黏結相的無機膠凝材料，研究較為成熟的是鎂系磷酸鹽化學鍵合材料，通常由磷酸及 磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀等一種或兩種以上的酸式磷酸鹽、氧化鎂粉、緩凝劑及摻合料等制 備而成，在水相介質下可以快速發生反應形成具有類似陶瓷體結構，具有高強、快凝、抗鹽 抗凍性、耐磨性及而酸腐蝕性等優良性能。磷酸鹽化學鍵合材料最大的優點是體系內的磷 酸鹽可作為穩定劑與很多重金屬反應形成穩定的重金屬磷酸鹽，再由于材料的內部結構發 展相對致密，對重金屬浸出的機械阻滯能力較強，因此在治理重金屬方面表現出潛在的利 用價值。

鎂系磷酸鹽化學鍵合材料的主要原料為氧化鎂，而氧化鎂成本較高，另外為了減 慢凝固速度，通常采用1700℃重燒氧化鎂來控制氧化鎂的反應活性，能耗非常高。磷酸鎂水 泥的制備成本嚴重制約了此類膠凝材料的推廣應用。如果能夠找到一種價格低廉的富含金 屬氧化物的原料替代氧化鎂，降低此類材料的制備成本，實現工業固體廢棄物資源化，同時 在重金屬污染治理方面提供了新思路，具有一定的環境效益和社會效益，此類技術的開發， 將很大程度地拓寬磷酸鹽體系膠凝材料的市場及應用前景。

發明內容

本發明的目的是提供一種鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料，其原料組成及重量 份為鉻鐵合金冶煉廢渣400~600份、酸式磷酸鹽100份、調凝材料4~12份、其它工業廢渣10~ 30份；該材料利用富含鈣氧化物的鉻鐵合金冶煉廢渣為原料，與酸式磷酸鹽反應制備具有 凝固速度適中、高強、后期強度穩定等特性的鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料，相對于鎂 系磷酸鹽化學鍵合材料，其原料成本大大降低，施工操作性更強。

所述的鉻鐵合金冶煉廢渣(含鈣氧化物不低于40%)，是冶煉鉻鐵合金過程中排放 的富含鈣鋁氧化物的工業廢渣，含質量百分比40~50%的CaO，其主要礦物相為鎂薔薇輝石、 鈣鋁黃長石；鉻鐵合金冶煉廢渣粉磨至粒度小于80μm。

所述的酸式磷酸鹽為磷酸二氫鉀、磷酸二氫銨或磷酸二氫鈉中的一種或幾種的任 意比混合物。

所述的調凝材料為硼酸或硼砂中的一種或兩種的任意比混合物。

所述的其它工業廢渣為粉煤灰或礦渣等富鋁、鈣質工業廢渣(鋁氧化物和鈣氧化 物總含量不低于20%)，是用來改善澆注過程中材料的可塑性以及起到一定的緩凝作用；其 它工業廢渣粉磨至粒度小于80μm。

本發明另一目的是將上述鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料應用在替代水泥作為澆 注材料中。

本發明另一目的是將上述鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料應用在重金屬固化 中，使用時，按鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料與待固化重金屬的質量比為1:0.05~0.2 的比例，在鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料中添加重金屬或含重金屬廢渣，混勻，然后按 鉻鐵渣基鈣系磷酸鹽化學鍵合材料與水的質量比為1:0.2~0.4的比例，在混合物中添加水， 常溫下攪拌混勻后澆注成型、脫模后養護。

具體過程為先將鉻鐵合金冶煉廢渣及其它工業廢渣烘干、破碎、粉磨至小于80μm， 再稱取酸式磷酸鹽、調凝材料，將以上幾種原料混合均勻后，直接將重金屬或含重金屬的廢 渣加入到混合料中，充分混合后按計量加入水，在膠砂攪拌機中攪拌均勻后澆注成型，完全 凝固后脫模，養護至一定齡期即可。

通過添加調凝材料和其它工業廢渣的量來調節其凝固速度，適宜的凝結時間既可 滿足施工要求，也能保證材料的早期強度，對其后期強度無顯著影響。