铬渣-粉煤灰基地质聚合物的制备及其性能研究.pdf

第 卷 第 期 年 月绵阳师范学院学报(自然科学版)().收稿日期:基金项目:绵阳师范学院研究生创新实践项目()第一作者简介:张鹏()男四川南充人硕士研究生研究方向:固体废弃物资源化利用研究 通信作者简介:尹春林()男四川安县人高级工程师硕士研究方向:铬盐生产及工业废弃物资源化利用 铬渣粉煤灰基地质聚合物的制备及其性能研究张鹏马露张运菊唐杰袁小超尹春林陈万萍(.绵阳师范学院资源环境工程学院四川绵阳.四川银河化学股份有限公司四川绵阳)摘 要:用铬渣、粉煤灰为主要材料制备了地质聚合物 探究水玻璃模数、用水量、不同硅铝比、高低硅铝含量、焙烧原料对地质聚合物 和 强度性能的影响利用扫描电镜()对其结构进行分析 结果表明:温度 、湿度、养护 最佳 总硅铝比.、硅铝比硅铝比原料焙烧 总铬浸出浓度为./达到要求 关键词:地质聚合物 铬渣 粉煤灰 水玻璃中图分类号:.文献标志码:文章编号:():././.(.):.()./.:引言铬盐生产中会产生大量铬渣每生产.铬盐产品(以红矾钠记)约产生.铬渣铬渣属固体危废其主要成分有、等 根据/铬渣污染治理环境保护技术规范固体废物排放标准为 /.危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别标准为./因此需对铬渣进行解毒操作使其变为一般固体废弃物 铬渣解毒分为湿法解毒和回转窑干法解毒 湿法解毒是将铬渣进行球磨至细小颗粒经酸溶液浸泡将 转移至溶液中该方法还原 不彻底处理效果不稳定 回转窑干法解毒是利用碳的不充分燃烧产生的 对 进行还原工业上还原 常采用该方法 粉煤灰是煤燃烧后产生的固体废弃物全国的粉煤灰堆存量现已达到 亿吨 粉煤灰中含有大量的、等是制备地质聚合物优质原料 世纪 年代 等使用粉煤灰成功制备了地质聚合物认为其力学性能强度与含钙量有关系 研究了粉煤灰基地质聚合物的蠕变特性发现蠕变特性约为普通水泥的一半 沙健芳等研究表明粉煤灰掺量为 时抗压度达.抗折度较低 李建平等使用钢渣和粉煤灰制备聚合物胶凝材料 抗压度在 以上 陈忠清等研究粉煤灰基地聚物加固土的强度及抗冻实验发现 抗压强度最高可为.最高抵御抗冻实验为 次 毛明杰发现地聚物抗渗透性随着/比的增加先上升后下降 研究表明地质聚合物具有强度高、制备工艺简单、节能和耐高温等优点是环境胶凝材料本研究采用固体废物铬渣、粉煤灰为原料硅酸钠为激发剂制备地质聚合物 分析不同水玻璃模数、不同硅铝比高低硅铝占比、焙烧原料对地质聚合物强度的影响并测试强度最优组试样的总铬浸出浓度 实验结果证明了工业废渣有再塑性及产业化制备建筑材料的可能性是工业废弃物铬渣、粉煤灰再利用的有益探索可为废弃物资源化利用提供技术参考 实验.原材料及仪器设备铬渣、粉煤灰、硅酸钠、硅石、氢氧化钠均由四川某化工厂提供 铬渣属无钙矿渣粉煤灰属无钙粉煤灰铬渣及粉煤灰平均粒径为.含量如表 所示 仪器设备:胶砂试模、行星式搅拌机、型国标养护箱、震实台、型抗折机、型抗压机、型紫外分光光度计.试验方法.试样准备 先使用干法解毒铬渣再对铬渣进行磁选、细磨至 目 粉煤灰及硅石使用球磨机细磨使用 目筛网对其进行筛选 对部分粉煤灰、硅石进行焙烧 温度控制在 .原料配比 实验先进行预实验探究需水量及水玻璃的相关参数 并设置低硅铝含量 系列和高硅铝含量 系列分别探究高低硅铝含量及不同硅铝比对地质聚合物物理化学特性的影响设置 系列探究原料焙烧后对地质聚合物性能的影响 绵阳师范学院学报(自然科学版)需水量与碱激发剂用量如表 原料配方如表 所示 表 高低硅铝含量及硅铝比的原料配方设计.类别组别硅铝比铬渣/()粉煤灰/()硅石/()/()低硅铝含量.高硅铝含量.原料焙烧.实验方案()将水玻璃与 混合制成碱激发剂 ()将碱激发剂与水按表 加入 ()按表 的配比将原料均匀混合后进行搅拌 得到实验浆料 ()为避免误差将每组浆料倒入 组 的胶砂三联试模中一次成型 个实验试样测试 与 的试样强度并放置于实震台上震动 ()将实验组的胶砂三联试模放在烘箱、养护箱中养护固化后脱模养护时间为 ()对养护到一定龄期的试样进行抗折、抗压测试 结果与讨论.预实验实验发现在水灰比为.时浆体无法均匀混合在水灰比为.时浆体粘稠度较好 烘箱养护温度过高试样因失水过快导致聚合不彻底出现开裂、内部沙化、表面脱落等现象选择烘箱养护温度 时在湿度 的标准养护箱中养护 未出现上述情况 因此后续实验选择水灰比为.养护箱养护温度为 .水玻璃掺量与模数的影响.水玻璃掺量的影响 地质聚合物的碱激发剂种类不同实验效果也不一样说明矿渣制备地质聚合物对碱激发剂有选择作用 已有研究表明水玻璃作为激发剂效果最好 本研究选择水玻璃作为碱激发剂 实验中水玻璃掺量分别为.、.、.结果如图 所示 当水玻璃掺量增加 倍时试样 的强度与硬度同时增加当掺量为.时过多的水玻璃浆料流动性过大无法进行装模 所以实验选用水玻璃掺量为.水玻璃模数的影响 选择模数为.的水玻璃共进行 组实验测试试块 物理强度实验结果如图 所示 不同模数水玻璃对浆体流动性有一定的影响水玻璃模数小于.的浆体流动性大大量水玻璃流失硬化后的试样孔隙孔径大干扰强度测试 当水玻璃模数为.时强度最大 所以实验选择模数为.的水玻璃 张 鹏等 铬渣粉煤灰基地质聚合物的制备及其性能研究 图 水玻璃掺量对比图.图 不同模数 抗折、抗压度对比.高低硅铝含量、硅铝比及原料焙烧的影响.低硅铝含量的影响 实验 系列探究不同硅铝比中低硅铝含量对地质聚合物的影响其总硅铝含量在.硬化成型时间约为 实验结果见图 结果表明:试块 抗压度范围为.抗折度范围为.随着硅铝比的下降试样的抗折度和抗压度随之减少只添加铬渣的试样 铬渣占比为.试样无法成型原因为硅铝含量过低无法满足地质聚合物成型所需的硅铝含量 实验最佳组别为硅铝比.、铬渣添加量.的 号试样 对于低硅铝含量 系列硅铝占比越高试样抗压度和抗折度越大.高硅铝含量的影响 实验 系列探究不同硅铝比中高硅铝含量对地质聚合物的影响其总硅铝含量在.硬化成型时间约为 实验结果见图 随着硅铝比降低地质聚合物 抗压强度呈现先降低后上升的趋势不同硅铝比对试块的抗折度的影响不大 试块 抗压度范围为.抗折度范围为.无不成型试样 其中 系列中硅铝比为.的试样抗折度和抗压度最低 试样抗压度最高为.硅铝比越低强度最大 图 低硅铝总占比 抗折、抗压度对比图.图 高硅铝总占比 抗折、抗压度对比图.原料焙烧后的影响 在 系列基础上对原料进行 、焙烧得到焙烧后原料用于制备 系列 解毒后铬渣不可焙烧在该条件下()又被氧化成()该系列试绵阳师范学院学报(自然科学版)块常温中约 即可完成硬化成型 从图 看出不同硅铝比对试样的抗折度影响不大抗压度先升高后降低 抗压度范围为.抗折度范围为.将原料焙烧后抗压度与抗折度出现分歧硅铝比为.的 试样 抗压度最大到达了.硅铝比为.的 试样抗折度最大为.图 焙烧后原料 抗折、抗压度对比图.图 系列 与 试样强度对比图.养护 与 全系列试块强度对比 与 系列经过 的养护后抗压度均出现大幅度提升但抗折度变化不明显尤其是、试样抗压度出现了陡然上升出现该情况是因拆养护 试样、模具时出现黏模破坏了试样的结构影响了强度 后对、试样进行 浸出测试 号试样总铬浸出浓度为./号试样总铬浸出浓度为./均达到国家标准号试样抗压度最高固化总铬效果最好 原料焙烧 组别养护 后抗压度与抗折度无大变化实验结果见图、图、图 图 系列 与 试样强度对比图.图 系列 与 试样强度对比图.张 鹏等 铬渣粉煤灰基地质聚合物的制备及其性能研究 .分析根据表 所示最佳组别的总硅铝占比在.之间 组别所用的铬渣与粉煤灰添加量最大 焙烧后的原料对试样的抗压度和抗折度提升不大高硅铝比对试样的抗压度有一定的提升 对表 中 组 龄期试样进行 形貌观察如图 所示 对比图(.、.)、图(.、.)、图(.、.)可看出 试样中存在少量未反应完全的硅石和粉煤灰断面出现大量有害孔隙和裂缝这是影响试样强度的直接因素 焙烧后的粉煤灰 试样产生的有害孔隙和裂缝相对较少仍有未反应完全的硅石说明生成了大量富硅相凝胶 试样反应完全该配比提高了聚合物凝胶的生成量使聚合物结构紧密只产生了少量的微小细缝 图 试样的 图.结论以铬渣、粉煤灰为原料水玻璃为碱激发剂制备地质聚合物研究了最佳水玻璃模数及掺量、不同硅铝比、高低硅铝占比、焙烧原料情形下制备的地质聚合物 与 的抗压、抗折强度 结果表明:()水灰比.、水玻璃模数为.、水玻璃掺量为.、养护温度 、湿度 制备的铬渣粉煤灰基地质聚合物性能最好()总硅铝占比.试样物理性能最好 低硅铝比 组别硅铝比为.的前期强度最高高硅铝比 组别最高抗压度为.平均抗压达到了.同时粉煤灰基地质聚合物抗折性存在普遍偏低的情况原料焙烧后对试样的物理强度影响不大 因此影响此类铬渣粉煤灰基地质聚合物强度顺序为总硅铝占比硅铝比原料焙烧()该实验使用了铬渣、粉煤灰工业废渣进行制备试样、总铬浸出浓度分别为./、./均达到国家标准 证明了工业废渣有再塑及产业化制建筑材料的可能性(下转第 页)绵阳师范学院学报(自然科学版)分解 设计需求并完成设计:将 分为局部、色彩、图形图像三个方面通过对以上描述的工业设备特点和心理学原则两个部分进行结合最终完成设计 在最后的测试实验中也可以看出采用本文所述的 设计方法在单元交互任务重平均响应时间为.在实际测量中可为良民更有经验的作业人员节省 的单锚段测量时间确实能有效提高作业人员进行高效率的的人机交互提高了设备的操作使用效率 参考文献:.用户体验要素.北京:机械工业出版社.唐纳德诺曼.设计心理学:日常的设计.北京:中信出版社.威廉姆斯.写给大家看的设计书.北京:人民邮电出版社.认知与设计:理解 设计准则.版北京:人民邮电出版社.(责任编辑:陈英)(上接第 页)参考文献:王缘王智秦洪一.湿法解毒铁铬渣作混凝土掺合料的性能研究.无机盐工业():.国家环境保护总局.铬渣污染治理环境保护技术规范(暂行):/.北京:中国环境科学出版社.国家环境保护总局.危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别:.北京:中国环境出版社.蒋子文全学军李纲等.铬渣资源化利用研究进展.无机盐工业():.李宇刘月明.我国冶金固废大宗利用技术的研究进展及趋势.工程科学学报():.杨昊.粉煤灰偏高岭土基地聚物超轻多孔材料的制备与性能.合肥:合肥工业大学.孙庆巍李昊宇朱海洋.基于响应面方法的粉煤灰地质聚合物混凝土制备.安全与环境学报():.孙庆巍马驰伟张旭冉.粉煤灰地聚物复合胶凝材料制备与性能研究.非金属矿():.:.():.:.():.沙建芳孙伟张云升.地聚合物粉煤灰复合材料的制备及力学性能.粉煤灰():.李建平袁桂芳王坤英等.地质聚合物的制备及其在尾矿免烧制品中的应用.矿产综合利用():.陈忠清朱泽威吕越.粉煤灰基地聚物加固土的强度及抗冻融性能试验研究.水文地质工程地质():.毛明杰李瑞文杨秋宁等.冻融作用下粉煤灰地聚物混凝土性能劣化研究.非金属矿():.倪文王恩周佳.地质聚合物:世纪的绿色胶凝材料.新材料产业():.郑戈弋周海林黄青叶等.燃煤渣花岗岩粉基地质聚合物的制备.有色金属(冶炼部分)():.(责任编辑:代三威)绵阳师范学院学报(自然科学版)