专利名称：高炉矿渣细粉还原性与还原能力的快速评价方法
技术领域：
本发明涉及一种粒化高炉矿渣粉的还原性与还原能力的评价方法，属于硅酸盐技术领域。
背景技术：
粒化高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排放出的经水淬或其它快速冷却方法处理得到的废渣。目前我国高炉矿渣的年排放量在3000万吨左右，是冶金工业中数量最多的一种废渣，它已广泛应用于水泥、混凝土工业，既减少了自然资源与能源的消耗，又改善了水泥、混凝土的性能，目前大约90％的矿渣已被人们作为二次资源重新利用。随着人们对高炉矿渣性能研究的深入，人们还发现细磨高炉矿渣可以用来处理工业废水中的有害重金属组分。但从高炉矿渣的形成条件和化学性能来看，目前我们对高炉矿渣的认识和利用程度还是有限的。就控制与减少建筑材料或固体废弃物中六价铬离子的溶出问题，目前国外一般采用还原法、化学固化法和吸附法等，如添加硫酸亚铁(还原法，掺量为1％左右)和活性炭(吸附法)等，其现时效果很好，但存在着成本高、大体积材料中难以混匀和长期稳定性差等不足。高炉矿渣是在强烈还原气氛中形成的，具有一定的还原性能，它可以抑制六价铬离子的溶出，而人们对这方面的研究还是很少，迄今为止，尚未有一种合适的可快速测定矿渣细粉还原性与还原能力的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种评价高炉矿渣细粉还原性与还原能力的评价方法，以便于指导高炉矿渣细粉在环境保护领域的更好、更广泛的应用。
本发明通过测定高炉矿渣滤液的氧化还原电位来评定高炉矿渣细粉的还原性和采用硫酸铈(IV)-硫酸亚铁溶液试验方法来评价高炉矿渣细粉的还原能力。
本发明的具体内容如下1.高炉矿渣的还原性评价方法在100.0mL蒸馏水中加入50g高炉矿渣细粉，于振幅40mm、频率200rpm下水平振荡24小时后过滤，测定滤液的氧化还原电位ORP1和与滤液pH值相同的蒸馏水的氧化还原电位ORP2。蒸馏水pH值的调整，根据需要采用NaOH稀溶液或稀盐酸溶液。定义ΔORP＝ORP2-ORP1，若ΔORP大于某一规定值，则可认为该高炉矿渣细粉具有还原性。
2.高炉矿渣细粉的还原能力评价方法在40mL的0.1M硫酸铈(IV)水溶液中加入2.0g高炉矿渣细粉，水平振荡2小时，以0.025M邻菲啰啉离子溶液作氧化还原指示剂，用0.025M硫酸亚铁溶液滴定振荡液中残留的四价铈离子。根据硫酸亚铁溶液的消耗量，求出被高炉矿渣细粉所还原的硫酸铈(IV)的量。滴定反应式为(1)被还原的硫酸铈(IV)量越大，就说明矿渣细粉的还原能力越强，还原能力通常以氧气消耗量表示。
本发明的创新点在于从氧化还原的角度来分析研究高炉矿渣细粉的性能，提出了一种准确快速评价高炉矿渣细粉的还原性、还原能力的方法，且与实际试验结果有很好的对应性。这在污水处理、环境治理等工程中需要对高炉矿渣细粉的还原性和还原能力进行定量评价时具有较高的使用价值。
具体实施例方式
实施例1高炉矿渣还原性试验结果见表1所示高炉矿渣细粉S1和S2(勃氏比表面积分别为300m2/kg和600m2/kg左右)的ΔORP分别为111mV和101mV，高于本发明的规定值，因此可以认为这两种矿渣细粉都具有还原性。同时，S1和S2的氧气消耗量分别为0.24、0.30mol/g，说明细度较高的S2较S1具有更大的还原能力。
表1高炉矿渣细粉的ORP、还原能力及其振荡液的pH值
实施例2～7在六价铬离子浓度为0.00、0.10、0.20、0.50mg/L的水溶液中，按固液重量比0、2、4、6、15和20％投入高炉矿渣细粉S1和S2搅拌后过滤。高炉矿渣细粉掺量与滤液中残留六价铬离子浓度间的关系如表2所示。
表2表明，各水溶液中六价铬离子浓度，尽管初始浓度不同，但都随高炉矿渣细粉的掺加而减小。六价铬离子浓度的减少，应主要是矿渣粉所持有的还原能力将六价铬离子还原成低价铬离子所致。掺加S2时，溶液中六价铬离子的减少幅度较掺S1的大，说明矿渣粉S2较S1具有更高的还原能力，与实施例1之试验结果相符。
表2添加高炉矿渣细粉并搅拌20小时后溶液中残留六价铬离子浓度(mg/L)
(备注下限指仪器不能检测出)实施例8采用S1、S2、粉煤灰和普通硅酸盐水泥等制备泥浆型粉煤灰硬化体。硬化体的制作方法如下在粉煤灰中添加0、3％普通硅酸盐水泥和0、3、6％(质量百分比)的高炉矿渣细粉(S1或S2)，加入纯水或一定浓度的六价铬水溶液(0～0.50mg/L)后搅拌成浆，浇注成Φ5×10cm圆柱形粉煤灰浆试体。由不同龄期的粉煤灰泥浆硬化体的pH和氧化还原电位(ΔORP)测定结果可知，掺入矿渣细粉后，28天龄期各硬化体的振荡抽出液的ΔORP都大于规定值，说明矿渣细粉具有还原性，而且随矿渣细粉掺量和养护龄期的增加，ΔORP提高，并且硬化体中六价铬离子的溶出量减少，就抑制六价铬离子而言，S2较S1更为有效。
权利要求
1.一种高炉矿渣的还原性评价方法，其特征在于在100.0mL蒸馏水中加入50g高炉矿渣细粉，于振幅40mm、频率200rpm下水平振荡24小时后过滤，测定滤液的氧化还原电位ORP1和与滤液pH值相同的蒸馏水的氧化还原电位ORP2。蒸馏水pH值的调整，根据需要采用NaOH稀溶液或稀盐酸溶液。定义ΔORP＝ORP2-ORP1，若/ΔORP大于某一规定值，则可认为该高炉矿渣细粉具有还原性。
2.一种高炉矿渣细粉的还原能力评价方法，其特征在于在40mL的0.1M硫酸铈(IV)水溶液中加入2.0g高炉矿渣细粉，水平振荡2小时，以0.025M邻菲啰啉离子溶液作氧化还原指示剂，用0.025M硫酸亚铁溶液滴定振荡液中残留的四价铈离子。根据硫酸亚铁溶液的消耗量，求出被高炉矿渣细粉所还原的硫酸铈(IV)的量。
全文摘要
本发明涉及一种高炉矿渣细粉还原性与还原能力的评价方法，本发明采用硫酸铈(IV)－硫酸亚铁溶液定量评价高炉矿渣细粉的还原能力，根据0.025M的硫酸亚铁溶液的消耗量，求出被高炉矿渣细粉所还原的硫酸铈(IV)的量，被还原的硫酸铈(IV)量越大，就说明矿渣细粉的还原能力越强。采用该种试验方法的评价结果与实际试验结果具有很好的对应性。
文档编号G01N27/44GK1601270SQ200410051958
公开日2005年3月30日 申请日期2004年10月27日 优先权日2004年10月27日
发明者余其俊, 黄家琪, 赵三银, 韦江雄, 殷素红, 文梓芸 申请人:华南理工大学