利用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法
2023-07-09 13:41:21 3
專利名稱：利用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法
技術領域：
本發明涉及一種製備輕質牆體材料的方法，特別是涉及一種利用鉻渣經微波熱處理製造備輕質牆體材料的方法。
背景技術：
鉻渣是金屬鉻和鉻鹽生產 過程中產生的一種固體廢物，因其含有超量的水溶性Cr(VI)而具有強烈毒性，是國際公認的47種最危險的廢物之一。在我國含鉻廢物被列入《國家危險廢物名錄》。鉻渣中的有害成分主要是可溶性鉻酸鈉、酸溶性鉻酸鈣等六價鉻離子，六價鉻離子對人體健康的毒害很大。鉻渣中Cr (VI)會隨雨水浸滲對生態環境造成嚴重汙染。鉻渣汙染危害具有潛在性、隱蔽性和長期性，一旦造成水體、土壤等環境汙染，即使投入再大也難以恢復原貌。目前全國積存的鉻渣已超過250萬噸，而且每年還將以數十萬噸的速度遞增。國內外治理及綜合利用鉻渣的相關研究較多，主要有固化法、還原法、絡合法及生物法等四大類。高溫固相還原法以炭粉、木屑、稻殼、煤矸石和冶金廢渣等為還原劑，利用其中含有的過量C與鉻渣進行高溫熔融反應，使鉻渣中的Cr (VI)還原成Cr (III)，最終以玻璃態或尖晶石形態存在。該方法解毒徹底、穩定，是鉻渣資源化處理的首選方法。但該方法鉻渣沒有得到綜合利用，生產效率較低，能耗較高。目前市場上大量使用的非燒結輕質牆體材料主要有混凝土空心砌塊和加氣混凝土砌塊，但是加氣混凝土的生產需要消耗水泥，耗能較大，並且加氣混凝土的吸水率較高，易產生裂紋，體積穩定性較差，普遍存在築牆體開裂，嚴寒氣候環境中發生凍害等問題，其使用受到限制，也影響到建築物的使用功能和外觀質量。申請號為201010592512. 3的專利申請文件公開一種釉面自保溫泡沫陶瓷複合牆體材料及其製備方法，該方法以鋼渣、粉煤灰、膨潤土為主要原料，製備時在模具底層鋪第一緻密層，再依次鋪保溫層、第二緻密層、釉料，然後加壓成形得到生坯；將生坯乾燥，裝入窯爐高溫燒成。利用陶瓷廢料破碎成顆粒，加入粘合劑和水，壓製成形，在1100-1150°C下經隧道窯燒成，燒成時間10-12小時。該專利申請利用鋼渣、粉煤灰、膨潤土等原料，不涉及鉻渣的利用問題，而且燒成時間較長，需消耗大量能源，生產成本較高，影響其推廣應用。
發明內容
本發明要解決的技術問題克服現有技術中鉻渣無害化處理不充分、工藝複雜、成本較高等問題，提供一種充分利用鉻渣資源、能耗低、效率高、節能環保的利用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法。本發明的技術方案
一種微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，包括以下步驟
1)將鉻渣、粉煤灰、鈉長石按55-65%、20-30%、15-25%的重量比分別計量，並粉碎；
2)將鉻渣、粉煤灰和鈉長石一同加入混料機中，混合均勻，得到配合料；
3)按鉻渣5-10%的重量比稱量還原劑，向還原劑中加水配成水溶液，加水量為還原劑重量的2-4倍；將該水溶液與所述配合料混合均勻得到混合料，然後將混合料壓製成磚坯； 4)將磚坯乾燥後送入工業微波爐，經微波高溫燒結，得到輕質牆體材料。所述還原劑為葡萄糖、蔗糖、草酸和檸檬酸中的一種或幾種的混合物。所述工業微波爐的功率為30-60KW，微波高溫燒結時的升溫速率為每分鐘5-15°C，升溫至900-1100°C，並在此溫度下保溫15_35min。所述粉碎的鉻渣、粉煤灰、鈉長石的粒度為O. 074-0. 3mm ;壓制磚坯時的壓力為5_20MPa。
本發明的積極有益效果
(I)本發明以鉻渣、粉煤灰、鈉長石和還原劑為主要原料，採用還原固化法製備輕質牆體材料，在還原劑下通過微波熱處理將鉻渣中有毒的六價鉻轉化為毒性較小的三價鉻，經高溫熔融燒結製備出輕質牆體材料，對三價鉻進行進一步固化和封閉。本發明將鉻渣解毒、固化和輕質牆體材料的製備一步完成，工藝簡化，生產成本較低，得到的牆體材料呈玻璃體結構並且孔隙均勻，產品品質較好。參見產品的顯微結構圖2-圖5。本發明產品的技術指標密度80(Tl000 kg/m3，抗壓強度5 13 MPa ;導熱係數
O.Γθ. 2 ff/ (m*K)。(2)本發明中的還原劑在微波熱處理過程中在高溫下揮發，還原劑在還原鉻渣的同時，還起到造孔劑的作用；高溫燒成時在產品中形成微孔，因而得到的產品具有輕質多孔的特點。反應原理利用還原劑中的C和鉻渣中的CaCrO4在微波高溫燒結下發生反應，反應後鉻渣被還原解毒。主要反應式如下
3C(s) + 2CaCr04 (s) = 2CaO (s) + Cr2 O3 (s)+ 3C0 (g)①
3C0 (g) + 2CaCr04 (s) = 2CaO (s) + Cr2O3 (s)+ 3C02 (g) ②
C(s) + CO2 (g) = 2C0(g)③
反應中的C主要來自於還原劑如葡萄糖，葡萄糖的熔點為146°C，在熔融時即開始分解。隨著溫度升高，葡萄糖不斷地進行著碳化過程，生成的氣相小分子在碳化的同時逸出，在碳表面率先產生一層CO氣膜。由於葡萄糖是以水溶液的形式與鉻渣進行混合，還原劑與鉻渣混合的非常均勻，並與鉻渣結合緊密，這樣會加快碳表面生成CO的反應，有利於還原反應的進行。(3)本發明在生產輕質牆體材料的同時對鉻渣進行解毒和無害化處理，使鉻渣得到二次利用，可以變廢為寶，節能環保，大大減少了鉻渣對環境的汙染與危害，實現了對鉻渣的綜合利用。(4)本發明在高溫燒結過程中採用工業微波爐進行加熱，工業微波加熱可使材料自身整體同時升溫，微波加熱加熱速度快、無汙染、反應充分，原料通過微波高溫燒結後形成玻璃體，產品結構均勻；並且微波加熱過程能精確控制，還原效率高，縮短加熱時間，節約能源；在微波場中存在非熱效應，使還原反應容易進行，和其他加熱方法相比優勢明顯。(5)本發明中牆體材料坯體經過燒結後成為粗陶，其內部變為固熔體結構，沒有膠凝材料，該結構不會因其孔隙中自由水的遷移引起較大體積變形，能有效解決牆體開裂、嚴寒環境中發生凍害等問題，可延長牆體壽命，維護費用較低，安全可靠，外裝飾可多樣化；該結構不需要在主體牆材的內、外增加非承重的保溫隔熱等構造系統，在達到相同節能保溫和隔熱效果的前提下，具有較好的經濟效益。
圖1本發明的輕質牆體材料的工藝流程示意 圖2本發明的輕質牆體材料在35倍率下的SEM圖像；
圖3本發明的輕質牆體材料在200倍率下的SEM圖像；
圖4本發明的輕質牆體材料在2000倍率下的SEM圖像；
圖5本發明的輕質牆體材料在3000倍率下的SEM圖像。圖2 圖5中的標尺分別為500 μ m、100 μ m、10 μ m、5 μ m。
具體實施例方式實施例1 :一種用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，包括以下步驟
1)分別計量55Kg鉻渣、30Kg粉煤灰、15Kg鈉長石，粉碎，然後一同加入混料機中混合均勻，得到配合料；
2)按鉻渣5%的重量比稱量葡萄糖，向葡萄糖中加水配成水溶液，加水量為葡萄糖重量的4倍；將該水溶液加入到上述配合料中，在混料機中混合均勻得到混合料；
3)將混合料加入模具中，經震動液壓機在5MPa壓力下壓製成磚坯；
4)將磚坯乾燥後送入功率30KW的工業微波爐中，工業微波爐以每分鐘15°C的升溫速率升溫至1100°C進行高溫燒結，並在此溫度下保溫30min，即得到本發明的輕質牆體材料。產品技術指標密度820 kg/m3,抗壓強度6. 5 MPa,導熱係數O. 12 W/ (m-Κ)。實施例2 :—種用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，包括以下步驟
1)將60Kg鉻渣、20Kg粉煤灰、20Kg鈉長石粉碎，然後一同加入混料機中混合均勻，得到配合料；
2)按鉻渣8%的重量比稱量蔗糖，向蔗糖中加水配成水溶液，加水量為蔗糖重量的3倍；將該水溶液加入到上述配合料中，在混料機中混合均勻得到混合料；
3)將混合料加入模具中，在15MPa震動液壓機上壓製成磚坯；
4)將磚坯乾燥後送入功率為40KW的工業微波爐中，微波爐以每分鐘10°C的速率升溫至950°C，在此溫度下保溫35min進行高溫燒結，即得到本發明的輕質牆體材料。產品的技術指標密度990kg/m3，抗壓強度7. 6 MPa,導熱係數O. 16 W/ (m-Κ)。實施例3 : —種用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，包括以下步驟
1)將60Kg鉻渣、25Kg粉煤灰、15Kg鈉長石粉碎成粒度為O.074-0. 3mm的顆粒料；將上述原料一同加入混料機中混合均勻，得到配合料；
2)按鉻渣7%的重量比稱量檸檬酸，向檸檬酸中加水配成水溶液，加水量為檸檬酸重量的2倍；將該水溶液加入到上述配合料中，在混料機中混合均勻得到混合料；
3)將混合料加入模具中，在8MPa震動液壓機上壓製成輕質牆體材料坯體；
4)將坯體乾燥後送入功率為60KW的工業微波爐進行高溫燒結，工業微波爐以每分鐘8°C的速率升溫至1000°C，並在此溫度下保持25min，即得到本發明的輕質牆體材料。產品的技術指標密度980 kg/m3,抗壓強8. 2 MPa,導熱係數O. 13 W/ (m-Κ)。實施例4 :一種用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，包括以下步驟1)將65Kg鉻渣、20Kg粉煤灰、15Kg鈉長石粉碎，一同加入混料機中混合均勻，得到配合料；粉碎後鉻渣、粉煤灰、鈉長石的粒度為O. 074-0. 3mm ；
2)按鉻渣10%的重量比稱量草酸，向草酸中加水配成水溶液，加水量為草酸重量的2.5倍；將該水溶液加入到上述配合料中，在混料機中混合均勻得到混合料；
3)將混合料加入模具中，在20MPa震動液壓機上壓製成磚坯；
4)將磚坯乾燥後送入工業微波爐進行高溫燒結，工業微波爐以每分鐘5°C的速率升溫至1100°C，並在此溫度下保溫30min，即得到本發明的輕質牆體材料。產品技術指標密度880 kg/m3，抗壓強度12. 9 MPa,導熱係數O. 189 ff/(m*K)。實施例5 :—種用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，包括以下步驟
1)將55Kg鉻渣、20Kg粉煤灰、25Kg鈉長石粉碎成粒度為O.074-0. 3mm顆粒料，然後一同加入混料機中混合均勻，得到配合料；
2)按鉻渣5%的重量比分別稱量蔗糖和檸檬酸，將蔗糖、檸檬酸混合，向其中加入二者總重2倍的水，得到蔗糖、檸檬酸的混合液；將該混合液和上述配合料混合，然後在混料機中混合均勻得到混合料；
3)將混合料加入模具中，在12MPa震動液壓機上壓製成磚坯；
4)將磚坯乾燥後送入工業微波爐進行高溫燒結，微波爐以每分鐘12°C的速率升溫至10500C，並在此溫度下保溫20min，得到本發明的輕質牆體材料。產品技術指標密度950 kg/m3，抗壓強度10. 4 MPa,導熱係數O. 152 ff/(m*K)。實施例6 :—種用微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，包括以下步驟
1)將55Kg鉻渣、20Kg粉煤灰、25Kg鈉長石粉碎，然後一同加入混料機中混合均勻，得到配合料；其中粉碎後鉻渣、粉煤灰、鈉長石的粒度為O. 074-0. 3mm ；
2)按上述鉻渣重量4%、3%的比例分別稱量葡萄糖和草酸；將葡萄糖和草酸混合，向其中加入二者總重3倍的水，溶解後得到葡萄糖、草酸的水溶液；將該水溶液和上述配合料在混料機中混合均勻，得到混合料；
3)將混合料加入模具中，在6MPa震動液壓機上壓製成磚坯；
4)將磚坯乾燥後送入工業微波爐進行高溫燒結，工業微波爐以每分鐘12°C的速率升溫至1050°C，並在此溫度下保溫20min，即得到本發明的輕質牆體材料。產品的技術指標密度960 kg/m3，抗壓強度7.1MPa,導熱係數O. 11 ff/(m*K)。
權利要求
1.一種微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，其特徵是該方法包括以下步驟 1)將鉻渣、粉煤灰、鈉長石按55-65%、20-30%、15-25%的重量比分別計量，並粉碎； 2)將鉻渣、粉煤灰和鈉長石一同加入混料機中，混合均勻，得到配合料；3)按鉻渣5-10%的重量比稱量還原劑，向還原劑中加水配成水溶液，加水量為還原劑重量的2-4倍；將該水溶液與所述配合料混合均勻得到混合料，然後將混合料壓製成磚坯； 4)將磚坯乾燥後送入工業微波爐，經微波高溫燒結，得到輕質牆體材料。
2.根據權利要求1所述微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，其特徵是所述還原劑為葡萄糖、蔗糖、草酸和檸檬酸中的一種或幾種的混合物。
3.根據權利要求1所述微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，其特徵是所述工業微波爐的功率為30-60KW，微波高溫燒結時的升溫速率為每分鐘5-15°C，升溫至900-1100°C，並在此溫度下保溫15-35min。
4.根據權利要求1所述微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，其特徵是所述粉碎的鉻渣、粉煤灰、鈉長石的粒度為O. 074-0. 3_。
5.根據權利要求1-4任一項所述微波熱處理鉻渣製備輕質牆體材料的方法，其特徵是所述壓制磚坯時的壓力為5-20MPa。
全文摘要
本發明涉及一種利用鉻渣經微波熱處理製造輕質牆體材料的方法，將鉻渣、粉煤灰、鈉長石按55-65%、20-30%、15-25%的重量比分別計量，混合均勻，得到配合料；按鉻渣5-10%的重量比稱量還原劑，向還原劑中加入其重量2-4倍的水得到水溶液；將該水溶液和配合料混合得到混合料，將混合料壓製成磚坯；磚坯經乾燥後送入工業微波爐，經微波高溫燒結得到輕質牆體材料。本發明利用還原劑在工業微波下將鉻渣中六價鉻轉化為三價鉻，再通過高溫燒結形成玻璃態熔融體，進而製備出輕質牆體材料。該方法將鉻渣解毒無害化處理的同時，對鉻渣進行資源化綜合利用，將鉻渣變廢為寶；採用工業微波加熱，加熱速度快、無汙染，同時微波加熱能精確控制，縮短熱處理時間，節約能源，有利於環保。
文檔編號C04B38/06GK103011890SQ201210589168
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者李保衛, 張雪峰, 賈曉林, 劉芳 申請人:內蒙古科技大學