专利名称：：偏磷酸钠提高土壤聚合物固化性能的应用及土壤聚合物的制作方法
技术领域：
：本发明涉及偏磷酸钠在提高土壤聚合物固化性能中的应用，以及一种含有偏磷酸钠的土壤聚合物。(二)背景4支术土壤聚合物(Geopolymer)是一种新型碱激发胶凝材料，具有比普通水泥更为优异的力学性能和耐久性能，其耐久性可望达到千年以上。偏高呤土和飞灰混合体中含有大量A1203和Si02,在碱激发剂的作用下可反应生成土壤聚合物。土壤聚合物能耗低，不排放二氧化碳，是新型绿色胶凝材料。D.Hardjito和A.Palomo等学者认为土壤聚合物表现出优良的力学和耐久性能，是未来水泥的发展方向。近年来，随着我国经济迅猛发展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾的产量日趋上升。同时，垃圾热值的不断提高成为另一个主要特点。城市垃圾热值的提高为选择各种处理方式提供了更大的自由度，尤其是为焚烧处理提供了条件。目前，焚烧法在生活垃圾处理中所占的比例正日益增大，在经济发达地区已成为城市生活垃圾处理的主要选择之一。城市生活垃圾焚烧可使垃圾的体积减少90%,质量减少70%以上，但是垃圾焚烧后仍有大量的灰渣产生，其中飞灰约占焚烧垃圾总量的3%~5%，对于流化床焚烧炉，产生的飞灰量相对还要多一些。由于飞灰中除含有一定量的未燃尽可燃物外，还含有一定量的重金属等高毒性物质，因而垃圾焚烧飞灰被列为需要特殊管理的危险废物。随着焚烧处理技术的逐渐推广，由焚烧产生的需要特殊处理的飞灰对环境的压力越来越大。为减轻飞灰的毒性，减小其对环境的危害，许多研究工作者针对防止飞灰中重金属的污染作了大量的工作。目前飞灰主要处理方法有(1)固化/稳定化技术包括化学药剂稳定法、水泥固化和石灰固化；(2)用酸或其他溶剂提取法；(3)高温处理技术包括熔融技术、高温烧结和高温煅烧技术。其中水泥固化技术是最常用的危险废物固化技术。水泥固化的基本原理在于通过固化包容减少有害固化废物的渗出率，达到稳定化、无害化的目的。水泥固化具有工艺设备简单、操作方便、材料来源广、价格便宜、固化产生物强度高等优点，因此被世界许多国家采用。国外LombardiF等人对固化/稳定化技术进行了研究，发现传统的水泥固化技术有其很多不足之处。如增容比较大，一般为2.0-2.5,给后续的运输与处置带来困难；它们所形成的固化体空隙率较大，在环境介质的长期作用下，被固化的危险废物可能会被浸出，对环境造成二次污染。尤其浙江省酸雨较多，而水泥固化体抗酸、抗硫酸盐性能较差，这给固化体的资源化利用带来了不利因素；水泥固化体的耐久性欠佳，实践证明，水泥建筑物的耐久性远不如一些古罗马建筑。随着固化体浸出率法^L要求的日益严格，水泥固化优势将会减少。在这样的情况下，我们更应该重^f见飞灰的处理，系统地研究飞灰的处理方法，发掘出每种方法中的不足之处，寻找一条经济可行的固化/稳定化方法已成为其发展的重要趋势。土壤聚合物某些力学性能与陶瓷相当，有些耐腐蚀、耐高温等性能更超过金属与有机高分子材料,其固化重金属离子的效果更是远好于水泥固化。但其生产能耗只及陶瓷的1/20,钢的1/70,塑料的1/150，而且污染小。这是选取土聚物作为固化垃圾焚烧飞灰的原因。飞灰是危险废物，在固化过程中当然是掺量越大越好，然而试验发现当飞灰掺量大于55%时，出现搅拌机搅拌后浆砂的快凝问题，导致当浆砂完全嵌进模具时，水泥胶砂振实台振荡无法将模块里的气泡振出来，导致24h后拆模时模块下端有很多窟窿，表面有很多粉末，固化体成型差。
发明内容本发明目的要解决上述技术的缺点，提供一种能促进土聚物固化飞灰的緩凝剂——偏磷酸钠，提供了偏磷酸钠在提高土^裏聚合物固化性能中的应用，以及一种含有偏磷酸钠的土壤聚合物。本发明采用的技术方案是偏磷酸钠在提高土壤聚合物固化性能中的应用，所述应用为将偏磷酸钠与偏高岭土和飞灰混合后用于制备土壤聚合物。本发明引入偏磷酸钠作为緩凝剂以解决浆砂的快凝问题，使浆砂有充分的时间成型。具体的，所述偏磷酸钠用于促进土壤聚合物固化飞灰，延长混凝时间，具体为混凝土初凝和终凝时间。优选的，所述偏磷酸钠用量为偏高岭土和飞灰质量之和的15%。更为优选的，所述偏磷酸钠用量为偏高岭土和飞灰质量之和的2%。实验发现，当偏磷酸钠加入量为2%时，飞灰的掺量可提高至60°/。，得到的固化体抗压强度较强，浆砂的快凝问题可得到很好的解决。本发明还涉及一种含有偏磷酸钠的土壤聚合物，主要由偏高岭土、飞灰、水玻璃和偏磷酸钠制成，制备所述土壤聚合物的原料中Si02与A1203的物质的量之比为4.5~5.0:1;Na20与Si02的物质的量之比为0.10.5:1,偏磷酸钠质量用量为偏高岭土和飞灰质量之和的1~5%。由于土壤聚合物(土聚物)是一种由Si、O、Al等元素组成的化合物形成的网络状结构的物质，故通常以氧化物之间的关系(如A、B)来初步确定材料的配比组成。其中A是Si02与八1203的物质的量之比，B是Na20与Si02的物质的量之比。具体的，所述土壤聚合物由如下方法制备得到NaOH、水玻璃配成碱激活剂，将偏高岭土、偏磷酸钠和飞灰混合后于搅拌机中与碱激活剂和水混匀，得到所述土壤聚合物，所述土壤聚合物再经成摸、养护得到土壤聚合物固化体；制备所述土壤聚合物的原料中SiCb与Al203的物质的量之比为4.9:1;Na20与Si02的物质的量之比为0.3:1,偏磷酸钠质量用量为偏高岭土和飞灰质量之和的2%,所述NaOH、水玻璃、水的质量比为20.67:121.9:18。(偏高岭土的主要化学成分为A1203和Si02,飞灰主要成分为CaO、Si02和Al203,水玻璃表达式为Na20.3Si02。在上述氧化物比值关系确定之后，根据实际测得原料偏高岭土和飞灰含有上述氧化物的含量，即可确定高岭土、飞灰和水玻璃的用量)本发明的有益效果主要体现在以偏磷酸钠为緩凝剂添加入土壤聚合物中，提高飞灰的摻量，浆砂的快凝问题可得到很好的解决，而制成的固化体抗压强度也得到了增强，本发明含偏磷酸的土壤聚合物在飞灰高掺量条件下，仍然具有较好的抗压强度。具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此实施例1:不添加偏磷酸钠时飞灰掺量对土壤聚合物固化性能的影响按表l中配方组成，将NaOH、水玻璃配成碱激活剂，将偏高岭土(其中Al2Cb质量含量42.22%、Si02质量含量为54.96%)和飞灰(其中CaO质量含量为23.0%，Si02质量含量为18.0°/。、八1203质量含量为7.0%)混合后在NJ-160型泥沙浆搅拌机中与碱激活剂混合、加入水搅拌混匀，导入水泥胶砂试模中捣实制成模，24小时后拆模，放入恒温恒湿养护箱中，于(20±3)。C、相对湿度60%条件下养护7d后，分别进行抗压强度测试。表1中A为土壤聚合反应原料中SiC)2与Al20g的物质的量之比，B为Na20与Si02的物质的量之比。E广E4中飞灰掺量为50%,F广Fg中飞灰摻量为55%。固化体的抗压强度按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测定。采用WE-10A型万能实验机测试养护后的抗压强度，结果见表l。表l:土壤聚合物实验配方及实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例2:添加偏磷酸钠时飞灰掺量对土壤聚合物固化性能的影响按表2中配方组成，将NaOH、水玻璃配成减j敫活剂，将偏高岭土(其中Al203质量含量42.22%、Si02质量含量为54.96%)和飞灰(其中CaO质量含量为23.0%,8102质量含量为18.0%、^203质量含量为7.0%)、偏磷酸钠(偏磷酸钠质量用量为偏高岭土和飞灰质量之和的2%)混合后在NJ-160型泥沙浆搅拌机中与碱激活剂混合、加入水搅拌混匀，导入水泥胶砂试模中捣实制成模，24小时后拆模，放入恒温恒湿养护箱中，于(20±3)。C、相对湿度60%条件下养护7d后，分别进行抗压强度。表2中A为土壤聚合反应原料中Si02与A1203的物质的量之比，B为Na20与Si02的物质的量之比。G广G4中飞灰掺量为60%。固化体的抗压强度按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测定。采用WE-10A型万能实验机测试养护后的抗压强度，结果见表2。表2:土壤聚合物实验配方及实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表2可以看出，在试验范围内，固化体的抗压强度随着A值的增大而增大，当A等于5.7时，固化体的抗压强度达到42.44MPa，并且每个抗压强度都大于飞灰#^量50%时的值。比较上述结果得出，偏磷酸钠确实能延长混凝时间，促进土聚物固化飞灰，改善土聚物固化性能。实施例3:添加不同偏磷酸钠时飞灰掺量对土壤聚合物固化性能的影响按表3中配方组成，将NaOH、水玻璃配成石咸激活剂，将偏高岭土(其中八1203质量含量42.22%、Si02质量含量为54.96%)和飞灰(其中CaO质量含量为23.0。/0,Si02质量含量为18.0%、八1203质量含量为7.0%)、偏磷酸钠(表中偏磷酸钠质量用量为偏高岭土和飞灰质量之和的百分数)混合后在NJ-160型泥沙浆搅拌机中与碱激活剂混合、加入水搅拌混匀，导入水泥胶砂试模中捣实制成模，24小时后拆模，放入恒温恒湿养护箱中，于(20±3)。C、相对湿度60%条件下养护7d后，分别进行抗压强度。表3中A为土壤聚合反应原料中Si02与Al203的物质的量之比，B为Na20与Si02的物质的量之比。G广G4中飞灰掺量为60%。固化体的抗压强度按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》测定。采用WE-10A型万能实验机测试养护后的抗压强度，结果见表3。表3:土壤聚合物实验配方及实验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>在实验过程中发现，偏磷酸钠加入量过少时，固化反应凝固过快，试块不能成型。当偏磷酸钠加入量大于2%时，在实验范围内，随着偏磷酸钠添加量的增加，固化反应凝固时间增长。在实际应用中凝固时间较长会带来不便。而且，从实验结果看，随着偏磷酸钠的增多，固化体抗压强度并没有增大。所以从经济角度、实际操作及固化性能等方面综合考虑，认为2%是偏磷酸钠最佳添加量。权利要求1.偏磷酸钠在提高土壤聚合物固化性能中的应用，所述应用为将偏磷酸钠与偏高岭土和飞灰混合后用于制备土壤聚合物。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述偏磷酸钠用于促进土壤聚合物固化飞灰。3.如权利要求1所述的应用，其特征在于所述偏磷酸钠用于延长混凝时间。4.如权利要求13之一所述的应用，其特征在于所述偏磷酸钠用量为偏高岭土和飞灰质量之和的15%。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于所述偏磷酸钠用量为偏高岭土和飞灰质量之和的2%。6.—种土壤聚合物，主要由偏高呤土、飞灰、水玻璃和偏磷酸钠制成，其特征在于制备所述土壤聚合物的原料中SiCb与八1203的物质的量之比为4.55.0:1;Na20与Si02的物质的量之比为0.1~0.5:1,偏磷酸钠质量用量为偏高岭土和飞灰质量之和的1~5%。7.如权利要求6所述的土壤聚合物，其特征在于所述土壤聚合物由如下方法制备得到NaOH、水玻璃配成碱激活剂，将偏高岭土、偏磷酸钠和飞灰混合后于搅拌机中与碱激活剂和水混匀；制备所述土壤聚合物的原料中Si02与八1203的物质的量之比为4.9:1;Na20与Si02的物质的量之比为0.3:1,偏磷酸钠质量用量为偏高岭土和飞灰质量之和的2%,所述NaOH、水玻璃、水的质量比为20.67:121.9:18。全文摘要本发明提供了偏磷酸钠在提高土壤聚合物固化性能中的应用，所述应用为将偏磷酸钠与偏高岭土和飞灰混合后用于制备土壤聚合物。本发明引入偏磷酸钠作为缓凝剂以解决浆砂的快凝问题，使浆砂有充分的时间成型。本发明的有益效果主要体现在以偏磷酸钠为缓凝剂添加入土壤聚合物中，提高飞灰的掺量，浆砂的快凝问题可得到很好的解决，而制成的固化体抗压强度也得到了增强，本发明含偏磷酸的土壤聚合物在飞灰高掺量条件下，仍然具有较好的抗压强度。文档编号C04B22/16GK101445336SQ20081016384公开日2009年6月3日申请日期2008年12月25日优先权日2008年12月25日发明者金漫彤申请人:浙江工业大学