一种自适应型重金属固化-阻断微颗粒及利用其制备的大掺量钢渣微粉水泥混凝土制造技术

本发明专利技术公开了一种自适应型重金属固化

【技术实现步骤摘要】
一种自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒及利用其制备的大掺量钢渣微粉水泥混凝土


[0001]本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒及利用其制备的大掺量钢渣微粉水泥混凝土
。

技术介绍

[0002]钢渣是在炼钢过程中产生的副产物，约占产钢总量的
15
‑
20
％，每年钢渣排放量巨大，但利用率很低，基本处于废弃堆积状态，是主要大宗固体废弃物之一
。
钢渣成分复杂，含有磷化物
、
活性金属氧化物以及重金属等杂质，就地堆放不但会占用大量土地，而且钢渣内部微量元素和碱性物质还会通雨水冲刷等方式渗透至周围水土之中，对周围环境造成危害；为提高钢渣利用率，减少钢渣对环境的危害，钢渣固体废弃物资源化利用成为了研究热点
。
[0003]目前，已有一定关于使用钢渣粉作为重金属固化剂的原材料之一的报道，可在环境溶液
pH
稳定的情况下，实现良好的应用效果
。
但研究已经发现，钢渣在
pH
值较低的情况下，
Cu、Mn、Zn、Cr
等重金元素的溶出量显著增加，并超过了
《
地表水环境质量标准
》
中Ⅲ类地表水规定的限值
。
因此，钢渣不经处理直接堆放或者作为混凝土原材料时，尤其是长时间在酸雨浸泡下时，必须遏制钢渣微粉混凝土浸泡液对周围水资源的污染
。CN 115353303 A
公开了一种针对重金属污染治理的工业固废水泥，包括高炉水淬渣
、
钢渣
、
脱硫石膏
、
水泥熟料等，将传统水泥中的主要成分作为该种固废水泥的辅料
。CN 108863267 A
公开了一种利用多晶硅废弃物制备重金属固化剂的方法，将活性助剂与钢渣
、
矿渣
、
沸石
、
熟料
、
改性石膏等物料混合后粉磨得到
。
上述方案所述重金属固化剂虽然具有一定的重金属固化能力，但在酸性介质的侵蚀下，由于固体废弃物含量较高，通常存在重金属再溶出等风险
。
此外，钢渣的活性相对较低，应用于混凝土时将在水化时形成大量的氢氧化钙，存在后期开裂的风险，从而导致内部重金属离子的进一步溶出
。
进一步探索可用于多种环境的自适应型重金属固化
‑
阻断材料具有重要的研究和应用意义
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于，针对现有钢渣资源化利用过程中存在的问题和不足，提供一种适用于高掺量钢渣微粉水泥混凝土的具有自适应性的重金属固化
‑
阻断微颗粒，可满足多场景服役的要求，即使混凝土出现轻微裂缝时，也不会增加重金属溶出的风险
。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒，其自内向外包括依次设置的重金属溶出阻断剂内芯
、
触发性囊壁和重金属固化剂壳层；其中，重金属溶出阻断剂内芯材料主要由硅酸盐和纳米级活性二氧化硅复合得到，触发性囊壁材料包括
pH
触发材料和热固化树脂；重金属固化剂壳层材料主要由改性高岭土类复合插层材料
、
钙硅比调控剂
、
硫酸盐复合得到
。
[0007]上述方案中，所述重金属固化
‑
阻断微颗粒的自适应性体现在：混凝土发生开裂或
体系碱环境发生改变导致孔溶液
pH
值降低时，会影响触发性囊壁材料的稳定性，导致其逐渐溶解释放内芯阻断剂材料，内部芯材将暴露在碱性环境中并快速水化生成凝胶等产物对混凝土裂缝进行修复，并进一步阻断钢渣中重金属的溶出
。
[0008]上述方案中，所述重金属溶出阻断剂内芯的直径为
60
‑
80
μ
m
，触发性囊壁的壁厚为3‑
10
μ
m
，重金属固化剂壳层的厚度为
20
‑
40
μ
m。
[0009]上述方案中，所述重金属溶出阻断剂内芯材料中，各组分及其所占质量百分比包括：纳米级活性二氧化硅
65
‑
75
％，硅酸盐
25
‑
35
％
。
[0010]上述方案中，所述的硅酸盐为固体硅酸钠或硅酸钾粉末，其平均粒径5‑
30
μ
m
，易溶，模数为
0.5
‑
3.0。
[0011]上述方案中，所述纳米级活性二氧化硅主要为硅灰
、
纯二氧化硅晶种中的一种或二者混合物，粒径为
50
‑
300nm。
[0012]上述方案中，所述
pH
触发材料和热固化树脂依次在重金属溶出阻断剂内芯表面设置
。
[0013]上述方案中，所述
pH
触发材料可选用乙基纤维素
EC、
聚乙烯吡咯烷酮
PVP
等中的一种以上
。
[0014]上述方案中，所述首先将
pH
触发材料设置在重金属溶出阻断剂内芯表面形成微胶囊，然后向微胶囊表面设置热固化树脂
。
[0015]上述方案中，所述
pH
触发材料与重金属溶出阻断剂内芯的质量比为
1:2.6
‑
3.2
；热固化树脂与
pH
触发材料与重金属溶出阻断剂内芯总质量
(
微胶囊的质量
)
的质量比为
1:2
‑
3。
[0016]上述方案中，所述热固化树脂可选用酚醛树脂
、
脲醛树脂
、
三聚氰胺
‑
甲醛树脂
、
环氧树脂
、
不饱和树脂
、
聚氨酯
、
聚酰亚胺等中的一种，树脂粘度为
10
‑
500mPa
·
s
，热固化温度为
80
‑
200℃
，固化时间
15
‑
30min。
[0017]上述方案中，所述乙基纤维素的分子量为
50,000
‑
100,000、
聚乙烯吡咯烷酮的分子量为
10,000
‑
80,000。
[0018]上述方案中，所述重金属固化剂壳层材料中，各组分及其所占质量百分比包括：改性高岭土类复合插层材料
47
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒，其特征在于，其自内向外包括依次设置的重金属溶出阻断剂内芯
、
触发性囊壁和重金属固化剂壳层；其中，重金属溶出阻断剂内芯材料主要由硅酸盐和纳米级活性二氧化硅复合得到，触发性囊壁材料包括
pH
触发材料和热固化树脂；重金属固化剂壳层材料主要由改性高岭土类复合插层材料
、
钙硅比调控剂
、
硫酸盐复合得到
。2.
根据权利要求1所述的自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒，其特征在于，所述重金属溶出阻断剂内芯的直径为
60
‑
80
μ
m
，触发性囊壁的壁厚为3‑
10
μ
m
，重金属固化剂壳层的厚度为
20
‑
40
μ
m。3.
根据权利要求1所述的自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒，其特征在于，所述重金属溶出阻断剂内芯材料中，各组分及其所占质量百分比包括：纳米级活性二氧化硅
65
‑
75
％，硅酸盐
25
‑
35
％
。4.
根据权利要求3所述的自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒，其特征在于，所述硅酸盐为固体硅酸钠或硅酸钾粉，其平均粒径5‑
30
μ
m
，模数为
0.5
‑
3.0
；所述纳米级活性二氧化硅主要为硅灰
、
纯二氧化硅晶种中的一种或二者混合物，粒径为
50
‑
300nm。5.
根据权利要求1所述的自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒，其特征在于，所述
pH
触发材料为乙基纤维素
、
聚乙烯吡咯烷酮中的一种以上；热固化树脂为酚醛树脂
、
脲醛树脂
、
三聚氰胺
‑
甲醛树脂
、
环氧树脂
、
不饱和树脂
、
聚氨酯
、
聚酰亚胺中的一种，粘度为
10
‑
500mPa
·
s
，热固化温度为
80
‑
200℃
，固化时间
15
‑
30min。6.
根据权利要求1所述的自适应型重金属固化
‑
阻断微颗粒，其特征在于，所述
pH
触发材料与重金属溶出阻断剂内芯的质量比为
1:2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文涛，李仕彬，王念，刘艳，
申请(专利权)人：宝武环科武汉金属资源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：