一种基于煤基固废制备的重金属污染底泥高效固化材料的制作方法

本发明涉及煤基固废资源化利用以及重金属污染修复领域，具体是一种通过对煤矸石、粉煤灰等煤基固废进行筛分、破碎、粉磨、改性等一系列措施所生成的产品，该产品既可以固化重金属污染底泥，同时稳定化其重金属元素，使重金属污染底泥能够无害化和资源化。

背景技术：

煤基固废是指煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、煤化工废渣等煤炭开发利用过程中产生的固体废物。目前，国内对于煤基固废的利用率较低，大多堆积处理。堆积的煤基固废一方面占用大量的土地资源，另一方面煤基固废中含有丰富的金属、无机盐和硫化物，被雨水冲刷后会造成大量的污染。

底泥中含有大量重金属污染，无法用于农业生产，并且底泥在一定条件下，会将其吸附的污染物重新释放，造成二次污染。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种基于煤基固废制备的重金属污染底泥高效固化材料。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于煤基固废制备的重金属污染底泥高效固化材料，包括煤基固废粉末、氧化钙、复合激发剂和水，所述复合激发剂包括：水玻璃和氢氧化钾，所述水玻璃模数为1-1.05之间，所述水玻璃与氢氧化钾的质量比为4:1。

本发明还公开了一种基于煤基固废制备的重金属污染底泥高效固化材料固化底泥的方法，包括如下步骤：

s1.将煤矸石在600-900℃下煅烧1-3小时；

s2.将煅烧后的煤矸石冷却、破碎、磨粉至300目；

s3.配置复合激发剂；

s4.将底泥、煤矸石粉末、复合激发剂、氧化钙加水并混合均匀，然后注入模具成型。

作为改进，调节s4中所述水的添加量，使水的质量占总质量的46％。

作为改进，所述复合激发剂占总固体质量的40％。

本发明的优点在于：

1、经济效益：其原材料为固体废弃物，价格低廉，且来源广泛。

2、环保效益：既消耗了煤基固废，减少国家处理煤基固废的耗资同时降低占用的土地资源，环保效益明显。

3、实用性：既能固化重金属污染底泥，同时降低底泥中重金属活性，使固化后底泥无害化，并可资源化利用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限定本发明的保护范围。

实施例1

本实施例公开了一种基于煤基固废制备的重金属污染底泥高效固化材料，并用其固化底泥的方法。

固化材料包括：煤基固废粉末、氧化钙、复合激发剂和水。其中，复合激发剂为水玻璃和氢氧化钾，水玻璃的模数为1.03，水玻璃和氢氧化钾的质量为为4:1。

固化材料固化水泥的方法包括如下步骤：

s1.将煤矸石在800℃下煅烧2小时；

s2.将煅烧后的煤矸石冷却、破碎、磨粉至300目，得到煤矸石粉末；

s3.称取水玻璃172.8g和43.2g氢氧化钾，调配成复合激发剂；

s4.将含水量为50％的底泥400g，煤矸石粉末100g，氧化钙24g，复合激发剂216g，水260g混合并搅拌均匀，然后注入模具成型。

本发明主要原理为硅铝质材料的碱激发理论，煤基固废与其他硅铝质材料一样，具有潜在的活性，通过添加碱性激发剂可以将其活性充分激发形成地质聚合物，其原理主要分为以下4个阶段：

(1)铝硅酸盐矿物粉体原料在碱性溶液(以naoh，koh为例)中溶解；

(2)溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙扩散；

(3)凝胶相mn{-(sio2)z-alo2}n·wh2o的形成，导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用；

(4)凝胶相逐渐排除剩余的水分，固结硬化成地质聚合块体,并将其他组分包裹其中，使整体硬化。

地质聚合物的结构是由环状分子链构成的“类晶体”结构。环状分子之间结合形成密闭的空腔(笼状)，可以把金属离子和其他毒性物质分割包围在空腔内；同时骨架中的铝离子也能吸附金属离子；且金属离子也会参与地质聚合物结构的形成，因此可以更有效地固定体系中的金属离子。

实施例2

本实施例公开了一种基于煤基固废制备的重金属污染底泥高效固化材料，并用其固化底泥的方法。

固化材料包括：煤基固废粉末、氧化钙、复合激发剂和水。其中，复合激发剂为水玻璃和氢氧化钾，水玻璃的模数为1.03，水玻璃和氢氧化钾的质量为为4:1。

固化材料固化水泥的方法包括如下步骤：

s1.将煤矸石在800℃下煅烧2小时；

s2.将煅烧后的煤矸石冷却、破碎、磨粉至300目，得到煤矸石粉末；

s3.称取水玻璃172.8g和43.2g氢氧化钾，调配成复合激发剂；

s4.将含水量为60％的底泥500g，煤矸石粉末100g，氧化钙24g，复合激发剂216g，水160g混合并搅拌均匀，然后注入模具成型。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不等同于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，不脱离本发明的精神和范围下所做的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

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