一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料及其制备方法，属于固体危险废弃物资源化、无害化处理技术领域。本发明专利技术将一定比例的盐湖工业副产物钙基固废(水氯钙石)、镁基固废(水氯镁石)、氧化镁和少量水泥(不超过10％)作激发剂协同激发铅锌渣制备高性能胶凝材料，通过调节胶凝材料的水灰比、养护时间、养护温度，得到性能优异的铅锌渣基生态胶凝材料，可用于重金属污染物的固化。与现有固化材料技术相比，本发明专利技术的方法过程简单、成本低廉，可以实现铅锌冶炼废渣的大规模资源化利用，并在一定程度上解决铅锌渣堆放过程中其中锌、铬、铜、铅、锰等重金属离子的浸出对土壤的污染问题，具有良好的环境和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料及其制备方法
本专利技术涉及固体危险废弃物资源化、无害化处理
，特别是涉及一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料及其制备方法。
技术介绍
铅锌矿资源主要分布在澳大利亚、中国、美国、加拿大、墨西哥、哈萨克斯坦、南非和瑞典等国家。近十几年，世界铅、锌精矿和铅、锌生产量的增量主要来自中国，中国已成为世界上铅锌生产大国。铅锌冶炼渣是铅锌冶炼过程中经过高温熔融状态下遇水急冷后生成的冶炼废渣，其工业物理形态成玻璃态，在一定的物理、化学条件下可激发出其潜在水化活性，外观呈现亮黑色的细颗粒，粒度大多在5mm以下。据统计，铅冶炼系统每生产万吨铅排放7100吨废渣，每生产万吨锌排放9600吨渣。由于铅、锌金属的生产会产生大量铅锌冶炼渣，大量的铅锌渣处于无序堆放状态，无法得到大规模的资源化利用，废渣的堆置不但占用场地，而且由于废渣中含有大量Cd、Cr、Cu、Pb和Zn等重金属和有毒元素，长期堆置不仅导致大量有价金属的流失，对土壤、地下水等生态环境造成潜在污染和危害，被认为是危险废物。又由于重金属在土壤中不为生物所分解，当超过一定限度时便对植物和土壤微生物产生毒害作用，其污染过程不可逆转，危害极大，极大危害到生态环境安全和人民健康。因此，铅锌冶炼废渣的资源化及无害化处理是铅锌行业未来可持续发展的必由之路。铅锌冶炼渣的资源化不但可以缓解环境压力，又可以有效地利用宝贵的金属资源，是铅锌冶炼行业可持续发展的重要途径。目前，铅锌渣的综合利用技术主要有材料回收、火法回收、湿法回收、固化/稳定化等。材料回收工艺消耗大量废渣，具有一定经济效益，但是没有充分回收和利用渣中的金属元素，存在安全隐患。湿法回收工艺中化学浸出速度快、对原料适应性大、投资低，生物浸出环境友好，但处理周期长，并且湿法回收过程会产生大量废液。火法回收可以实现冶炼废渣的无害化和减量化，但是能耗高，并且会产生一定废气和废渣。而固化/稳定技术结合了固化和稳定的优点，可以将流动性和毒性物质转化为流动性弱、毒性低或无毒的物质，并将其包裹在结构固化体中。因此，固化/稳定技术是目前世界上处理危险废物最有效的方法，该技术主要指的是胶凝材料通过物理包胶的作用固化污染物以防止污染物扩散，胶凝材料和污染物之间不会发生化学作用。与铅锌冶炼工业相同，在盐湖工业中也同样会产生大量的工业副产物，其中主要以钙基固废(水氯钙石)及镁基固废(水氯镁石)为主，对盐湖工业副产物进行资源化、无害化处理在固体废弃物处理中具有重要意义。全固废胶凝材料的强度以及无害化处理的程度，是全固废胶凝材料性能的重要体现，提供一种利用盐湖工业副产物激发铅锌渣胶结固化重金属的方法，使制备得到的胶凝材料实现无害化处理并具有优异的抗压强度，对于固体危险废弃物资源化、无害化处理具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用以废治废的方式实现对铅锌渣中重金属的有效固化，制备得到性能优良的铅锌渣基生态胶凝材料。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料，按质量份计，原料包括以下组分:铅锌渣1000份、钙基固废50-70份、镁基固废50-70份、氧化镁50-70份、硅酸盐水泥60-100份和水240份。进一步地，按质量份计,原料包括以下组分:铅锌渣1000份、钙基固废60份、镁基固废50份、氧化镁70份、硅酸盐水泥100份和水240份。进一步地，所述钙基固废为水氯钙石，所述镁基固废为水氯镁石。进一步地，所述铅锌渣中包含锌、铬、铜、铅或者锰中的任意一种或几种重金属。进一步地，所述钙基固废细度为350-400m2/kg；所述镁基固废细度为350-400m2/kg；所述硅酸盐水泥细度为330-380m2/kg。本专利技术还提供一种上述胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将铅锌渣干燥、研磨，得到细化后的铅锌渣微粉；(2)将步骤(1)制得的铅锌渣微粉与钙基固废、镁基固废、氧化镁、硅酸盐水泥和水混合，搅拌5-7min制得胶凝材料浆体；(3)将制备得到的胶凝材料浆体置于模具中，在58-62℃下蒸汽养护22-24h，拆模后，常温养护28-32天，制备得到胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料。进一步地，步骤(1)中所述干燥的温度为100-110℃，所述干燥的时间为22-24h。进一步地，步骤(1)中所述铅锌渣微粉细度400-500m2/kg。本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术以废治废，采用多固废激发剂协同激发大掺量铅锌渣制备生态胶凝材料，通过胶凝材料水化过程中的无定形产物的物理固封和非晶态结晶相中化学结合的共同作用，实现对铅锌渣中重金属的有效固化。多固废激发剂中，钙基固废激发剂水氯钙石激发铅锌渣中玻璃体活性，并且附着在铅锌渣基体表面。与此同时，镁基固废激发剂水氯镁石不仅激发铅锌渣中玻璃体的活性，同时与含钙固废发生反应，在含钙固废表面产生纤维状结构，结构之间相互接连使得铅锌渣颗粒之间产生链接；具有胶凝活性的水泥加入，激发铅锌渣中玻璃体活性，同时由于自身胶凝作用，使得激发体系中铅锌渣颗粒之间连结更加紧密，从而使得铅锌渣胶凝材料整体结构致密，产生较好的强度性能，从而实现了铅锌渣中重金属的固化。本专利技术的方法只以大掺量铅锌渣和少量的钙基固废水氯钙石、镁基固废水氯镁石、氧化镁、水泥等激发剂为原料，得到了性能优良的铅锌渣基生态胶凝材料。本专利技术可以实现铅锌冶炼废渣的大规模资源化利用，有效解决铅锌渣中锌、铬、铜、铅、锰等重金属离子的浸出对土壤的污染问题，具有良好的环境和经济效益。本专利技术应用多固废协同激发大掺量铅锌渣制备的试件抗压强度可达到41.44MPa，同时,重金属浸出毒性满足GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》溶出标准。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的胶结固化重金属铅锌渣基生态胶凝材料的制备流程图；图2为实施例2中铅锌渣与制备得到的铅锌渣基生态胶凝材料的XRD衍射图谱；图3为实施例2中铅锌渣与制备得到的铅锌渣基生态胶凝材料的FTIR图谱；图4为实施例2铅锌渣基生态胶凝材料的TG分析图；图5为实施例2铅锌渣基生态胶凝材料的SEM图；图6为实施例2铅锌渣基生态胶凝材料X射线能谱的微区元素选点图，选点为a和b；图7为实施例2铅锌渣基生态胶凝材料a、b点EDS分析谱图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种胶结固化重金属污染物的铅锌渣基生态胶凝材料，其特征在于，按质量份计,原料包括以下组分:/n铅锌渣1000份、钙基固废50-70份、镁基固废50-70份、氧化镁50-70份、硅酸盐水泥60-100份和水240份。/n

【技术特征摘要】
1.一种胶结固化重金属污染物的铅锌渣基生态胶凝材料，其特征在于，按质量份计,原料包括以下组分:
铅锌渣1000份、钙基固废50-70份、镁基固废50-70份、氧化镁50-70份、硅酸盐水泥60-100份和水240份。


2.根据权利要求1所述的胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料，其特征在于，按质量份计,原料包括以下组分:
铅锌渣1000份、钙基固废60份、镁基固废50份、氧化镁70份、硅酸盐水泥100份和水240份。


3.根据权利要求2所述的胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料，其特征在于，所述钙基固废为水氯钙石，所述镁基固废为水氯镁石。


4.根据权利要求2所述的胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料，其特征在于，所述铅锌渣中包含锌、铬、铜、铅或者锰中的任意一种或几种重金属。


5.根据权利要求2所述的胶结固化重金属的铅锌渣基生态胶凝材料，其特征在于，所述钙基固废细度为350-400m2/kg；所述镁...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，赵忠忠，刘文欢，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61