一種銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料及其用圖
【專利摘要】本發明公開了一種銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料及其用途，該材料的原料組成及重量份為銅渣300~700份、草酸或酸式草酸鹽100~200份、調凝材料6~14份；該材料具有凝固速度快、粘結力強、耐久性好等優越性能；在作為固化含砷廢渣的基體材料中能有效的固化/穩定化含砷廢渣，解決含砷廢渣引起的環境污染問題。
【專利說明】
一種銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料及其用途
技術領域
[0001]本發明涉及一種銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料及其用途，具體涉及一種利用銅冶煉過程排放的銅渣制備鐵系草酸鹽化學鍵合材料的方法及該材料在作為澆注材料或含砷廢渣固化方面的用途，屬固廢和砷污染治理技術領域。
【背景技術】
[0002]砷是一種類金屬元素。隨著有色金屬采、選、冶物流方向砷逐漸富集，形成各種含砷廢渣，在環境化學污染物中砷成為最常見、對公眾健康危害最嚴重的污染物之一。砷污染和砷毒害是世界性的污染問題。而中國正是受砷污染最為嚴重的國家之一，砷污染的實際危害程度比預想的還要大，固化/穩定化技術采用固化基材將含砷廢渣固定或包覆起來以降低其對環境的危害。目前，草酸鹽化學鍵合材料比較少見，使用草酸鹽化學鍵合材料固化含砷廢渣也鮮有報道。
[0003]在目前來說，草酸主要用作還原劑和漂白劑，用于生產抗菌素和冰片等藥物以及提煉稀有金屬的溶劑、染料還原劑、鞣革劑等;草酸還可用于鈷-鉬-鋁催化劑的生產、金屬和大理石的清洗及紡織品的漂白，用于金屬表面清洗和處理，稀土元素提取、紡織印染、皮革加工、催化劑制備等;塑料工業用于生產聚氯乙烯、氨基塑料、脲醛塑料、漆片等。染料工業用于制造鹽基品綠等。印染工業可代替乙酸，用作色素染料的顯色助染劑、漂白劑。還可用于醫藥工業、除銹。草酸銻可作媒染劑，草酸鐵銨是印制藍圖的藥劑。草酸鹽還可通過熱分解制備特殊的金屬氧化物，例如氧化亞鐵、介孔CeO2催化劑等;草酸鹽共沉淀法可以制備高性能材料。
[0004]研究較為成熟的化學鍵合材料是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類似陶瓷體的結構，具有高強、快凝、抗鹽抗凍性、耐磨性及酸腐蝕性等優良性能。
[0005]草酸鹽化學鍵合材料，是由金屬氧化物與草酸或酸式草酸鹽通過酸堿中和反應形成的膠凝材料，不但具有磷酸鹽膠凝材料的高強、快凝、抗鹽抗凍性、耐磨性及耐酸腐蝕性等優良性能，而且具備黏度高、黏結性好的特點。由于草酸根可與砷及其它粒子形成化合物，再由于材料的內部結構發展相對致密，對含砷廢渣浸出的機械阻滯能力較強，因此在治理含砷廢渣方面表現出潛在的利用價值。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料，其原料組成及重量份為銅渣300?700份、草酸或/和酸式草酸鹽100?200份、調凝材料6?14份;該材料利用富含氧化亞鐵的銅渣為原料，與草酸反應制備具有凝固速度快、黏結性好、高強、后期強度穩定等特性的銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料，相對于磷酸鹽化學鍵合材料，其原料中的草酸成本比磷酸鹽更低，膠凝材料黏結性更好的特點。
[0007]所述銅渣為銅冶煉廢渣(含鐵氧化物不低于40%)，是冶煉銅過程中排放的富含鐵氧化物的工業廢渣，含FeO的質量百分比高達40?50%，其主要礦物相為鐵橄欖石;銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%。
[0008]所述草酸或/和酸式草酸鹽作為化學激發劑。
[0009]所述酸式草酸鹽為草酸氫銨、草酸氫鈉、草酸氫鉀、草酸三氫鉀中的一種或任意比幾種。
[0010]所述的調凝材料為脫硫石膏。
[0011]本發明另一目的是將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料應用在替代水泥作為澆注材料中。
[0012]本發明另一目的是將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料應用在含砷廢渣固化中，使用時，按銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料與待固化含砷廢渣的質量比為1:0.1?I的比例，在銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料中添加待固化含砷廢渣，混勻，然后按銅渣基鐵系草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。
[0013]具體過程為先將銅渣烘干、破碎、粉磨至200目篩余量不大于10%，再稱取草酸或酸式草酸鹽、調凝材料，將以上幾種原料混合均勻后，直接將含砷廢渣加入到混合料中，充分攪拌后按計量加入水，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。
[0014]通過添加調凝材料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。
[0015]本發明制備銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的反應體系中的亞鐵離子、鈣離子和草酸根等可以和砷酸根離子反應，形成難溶的化合物，同時草酸鹽還與銅渣反應形成一定量的草酸亞鐵沉淀，砷酸根離子可以被草酸亞鐵吸附和包裹，可以與草酸根發生離子交換作用形成沉淀，進一步將砷酸根沉淀于晶格中，從而降低砷的毒性浸出。
[0016]本發明的優點和積極效果:
(1)本發明制備的銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料比磷酸鹽化學鍵合材料黏結性更好，草酸相比磷酸鹽更加經濟實惠；
(2)本發明采用的銅渣富含FeO，與草酸反應過程中會生成草酸亞鐵的水化產物，而草酸亞鐵對含砷廢渣具有吸附和包裹的性能，因此該草酸鹽化學鍵合材料在含砷廢渣治理上具有很廣泛的應用前景；
(3)本發明采用的主要原料為銅渣，大大降低了生產成本，另外，銅渣作為一種廢渣，本身就是廢棄物，只能簡單堆存，利用銅渣草酸鹽化學鍵合材料還可以有效地固化/穩定化含砷廢渣，既能實現固體廢渣的綜合利用，也能實現以廢治污。利用銅渣制備的基體材料固化/穩定化含砷廢渣的效果更好，這意味著不僅實現了固體廢渣的綜合利用，還實現了“利廢治污”環保理念；
(4)銅渣基草酸鹽化學鍵合材料是利用銅渣與草酸通過化學結合反應使該材料達到硬化，從而產生強度，拓展了工業廢渣在草酸鹽水泥工業中的綜合利用；與磷酸鹽化學鍵合材料相比，作為澆注材料使用，不僅具有凝固速度快、早強快硬、體積穩定性好、耐久性好等特性，而且具有更好的黏結性;此外，該澆注材料大量地利用了銅渣，降低材料的成本，實現了銅渣的綜合利用。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料XRD圖；
圖2是實施例1銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料SEM圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和實施例，對本發明作進一步的闡述，但本發明的技術內容不限于所述范圍。
[0019]實施例1:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣400g、草酸100g、脫硫石膏8 g，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于澆注材料使用，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與120g水在常溫下攪拌均勾后饒注成型，凝固時間為30 min，l天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7d、28d抗壓強度分別為19.2Mpa、32.4Mpa、42.1Mpa;對該材料進行XRD物相分析，結果見圖1，從圖中可以看出該材料含有草酸亞鐵、草酸鈣等礦物相;對該材料進行SEM形貌分析，結果見圖2，從圖中可以看到水化產物結晶度較高，晶型完整，材料結構較為致密。
[0020]實施例2:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣300g、草酸100g、脫硫石膏6 g，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于澆注材料使用，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與120g水在常溫下攪拌均勾后饒注成型，凝固時間為26min，I天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7d、28d抗壓強度分別為16.5Mpa、21.4Mpa、31.5Mpa0
[0021]實施例3:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣6008、草酸15(^、脫硫石膏12g，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于澆注材料使用，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與120g水在常溫下攪拌均勾后饒注成型，凝固時間為36 min，l天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7d、28d抗壓強度分別為18.7Mpa、24.9Mpa、37.3 Mpa。
[0022]實施例4:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣400g、草酸50g、草酸氫鈉50g、脫硫石膏Sg，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于澆注材料使用，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與120g水在常溫下攪拌均勾后饒注成型，凝固時間為50 min，l天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7d、28d抗壓強度分別為18.7Mpa、29.9Mpa、36.2 Mpa。
[0023]實施例5:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣400g、草酸三氫鉀100g、脫硫石膏Sg，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于澆注材料使用，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與120g水在常溫下攪拌均勾后饒注成型，凝固時間為58 min，l天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7d、28d抗壓強度分別為17.6Mpa、28.8Mpa、38.2 Mpa。
[0024]實施例6:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣400 g、草酸100g、脫硫石膏Sg，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于固化/穩定化含砷廢渣，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與66.6g含砷廢渣混勻后，加130g水在常溫下攪拌均勻澆注成型，凝固時間為26min，I天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7(1、28(1抗壓強度分別為18.51^&、25.41^&、33.21^&;毒性浸出實驗，3(1時48浸出濃度為
0.098mg/L，28d 時 As 浸出濃度為0.038mg/L。
[0025]實施例7:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣600g、草酸50g、草酸氫鈉150g、脫硫石膏12g，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于固化/穩定化含砷廢渣，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與258g含砷廢渣混勻后，加140g水在常溫下攪拌均勻澆注成型，凝固時間為20min，l天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7d、28(1抗壓強度分別為21.31?&、28.41?&、36.81?&;毒性浸出實驗，3(1時48浸出濃度為
0.892mg/L，28d 時 As 浸出濃度為0.522mg/L。
[0026]實施例8:本銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料的原料組成為銅渣350g、草酸氫銨150g、脫硫石膏1g，銅渣粉磨至粒度要求200目篩余量不大于10%;
將上述銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料用于固化/穩定化含砷廢渣，將銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料600 g與600g含砷廢渣混勻后，加180g水在常溫下攪拌均勻澆注成型，凝固時間為35min，I天后脫模，在自然環境中養護3d、7d、28d時測試其力學性能，其中3d、7d、28(1抗壓強度分別為12.21?&、15.61?&、16.91?&;毒性浸出實驗，3(1時48浸出濃度為
1.782mg/L，28d時As浸出濃度為1.122mg/L。
【主權項】
1.一種銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料，其特征在于:原料組成及重量份為銅渣300?700份、草酸或/和酸式草酸鹽100?200份、調凝材料6?14份。2.根據權利要求1所述的銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料，其特征在于:銅渣粉磨至粒度200目篩余量不大于10%。3.根據權利要求1所述的銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料，其特征在于:酸式草酸鹽為草酸氫銨、草酸氫鈉、草酸氫鉀、草酸三氫鉀中的一種或任意比幾種。4.根據權利要求1所述的銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料，其特征在于:調凝材料為脫硫石膏。5.權利要求1-4中任一項所述的銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料在作為澆注材料中的應用。6.權利要求1-4中任一項所述的銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料在含砷廢渣固化中的應用，其特征在于:按銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料與待固化含砷廢渣的質量比為1:0.1?I的比例，在銅渣基鐵系草酸鹽化學鍵合材料中添加待固化含砷廢渣，混勻，然后按銅渣基鐵系草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。7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于:養護方式為自然養護或蒸汽養護。
【文檔編號】C04B12/00GK106007430SQ201610310463
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】周新濤, 何歡, 史桂杰, 張明琴, 汪霞, 羅中秋
【申請人】昆明理工大學