专利名称：利用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备轻质墙体材料的方法，特别是涉及一种利用铬渣经微波热处理制造备轻质墙体材料的方法。
背景技术：
铬渣是金属铬和铬盐生产 过程中产生的一种固体废物，因其含有超量的水溶性Cr(VI)而具有强烈毒性，是国际公认的47种最危险的废物之一。在我国含铬废物被列入《国家危险废物名录》。铬渣中的有害成分主要是可溶性铬酸钠、酸溶性铬酸钙等六价铬离子，六价铬离子对人体健康的毒害很大。铬渣中Cr (VI)会随雨水浸渗对生态环境造成严重污染。铬渣污染危害具有潜在性、隐蔽性和长期性，一旦造成水体、土壤等环境污染，即使投入再大也难以恢复原貌。目前全国积存的铬渣已超过250万吨，而且每年还将以数十万吨的速度递增。国内外治理及综合利用铬渣的相关研究较多，主要有固化法、还原法、络合法及生物法等四大类。高温固相还原法以炭粉、木屑、稻壳、煤矸石和冶金废渣等为还原剂，利用其中含有的过量C与铬渣进行高温熔融反应，使铬渣中的Cr (VI)还原成Cr (III)，最终以玻璃态或尖晶石形态存在。该方法解毒彻底、稳定，是铬渣资源化处理的首选方法。但该方法铬渣没有得到综合利用，生产效率较低，能耗较高。目前市场上大量使用的非烧结轻质墙体材料主要有混凝土空心砌块和加气混凝土砌块，但是加气混凝土的生产需要消耗水泥，耗能较大，并且加气混凝土的吸水率较高，易产生裂纹，体积稳定性较差，普遍存在筑墙体开裂，严寒气候环境中发生冻害等问题，其使用受到限制，也影响到建筑物的使用功能和外观质量。申请号为201010592512. 3的专利申请文件公开一种釉面自保温泡沫陶瓷复合墙体材料及其制备方法，该方法以钢渣、粉煤灰、膨润土为主要原料，制备时在模具底层铺第一致密层，再依次铺保温层、第二致密层、釉料，然后加压成形得到生坯；将生坯干燥，装入窑炉高温烧成。利用陶瓷废料破碎成颗粒，加入粘合剂和水，压制成形，在1100-1150°C下经隧道窑烧成，烧成时间10-12小时。该专利申请利用钢渣、粉煤灰、膨润土等原料，不涉及铬渣的利用问题，而且烧成时间较长，需消耗大量能源，生产成本较高，影响其推广应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有技术中铬渣无害化处理不充分、工艺复杂、成本较高等问题，提供一种充分利用铬渣资源、能耗低、效率高、节能环保的利用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法。本发明的技术方案
一种微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，包括以下步骤
1)将铬渣、粉煤灰、钠长石按55-65%、20-30%、15-25%的重量比分别计量，并粉碎；
2)将铬渣、粉煤灰和钠长石一同加入混料机中，混合均匀，得到配合料；
3)按铬渣5-10%的重量比称量还原剂，向还原剂中加水配成水溶液，加水量为还原剂重量的2-4倍；将该水溶液与所述配合料混合均匀得到混合料，然后将混合料压制成砖坯； 4)将砖坯干燥后送入工业微波炉，经微波高温烧结，得到轻质墙体材料。所述还原剂为葡萄糖、蔗糖、草酸和柠檬酸中的一种或几种的混合物。所述工业微波炉的功率为30-60KW，微波高温烧结时的升温速率为每分钟5-15°C，升温至900-1100°C，并在此温度下保温15_35min。所述粉碎的铬渣、粉煤灰、钠长石的粒度为O. 074-0. 3mm ;压制砖坯时的压力为5_20MPa。
本发明的积极有益效果
(I)本发明以铬渣、粉煤灰、钠长石和还原剂为主要原料，采用还原固化法制备轻质墙体材料，在还原剂下通过微波热处理将铬渣中有毒的六价铬转化为毒性较小的三价铬，经高温熔融烧结制备出轻质墙体材料，对三价铬进行进一步固化和封闭。本发明将铬渣解毒、固化和轻质墙体材料的制备一步完成，工艺简化，生产成本较低，得到的墙体材料呈玻璃体结构并且孔隙均匀，产品品质较好。参见产品的显微结构图2-图5。本发明产品的技术指标密度80(Tl000 kg/m3，抗压强度5 13 MPa ;导热系数
O.Γθ. 2 ff/ (m*K)。(2)本发明中的还原剂在微波热处理过程中在高温下挥发，还原剂在还原铬渣的同时，还起到造孔剂的作用；高温烧成时在产品中形成微孔，因而得到的产品具有轻质多孔的特点。反应原理利用还原剂中的C和铬渣中的CaCrO4在微波高温烧结下发生反应，反应后铬渣被还原解毒。主要反应式如下
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
反应中的C主要来自于还原剂如葡萄糖，葡萄糖的熔点为146°C，在熔融时即开始分解。随着温度升高，葡萄糖不断地进行着碳化过程，生成的气相小分子在碳化的同时逸出，在碳表面率先产生一层CO气膜。由于葡萄糖是以水溶液的形式与铬渣进行混合，还原剂与铬渣混合的非常均匀，并与铬渣结合紧密，这样会加快碳表面生成CO的反应，有利于还原反应的进行。(3)本发明在生产轻质墙体材料的同时对铬渣进行解毒和无害化处理，使铬渣得到二次利用，可以变废为宝，节能环保，大大减少了铬渣对环境的污染与危害，实现了对铬渣的综合利用。(4)本发明在高温烧结过程中采用工业微波炉进行加热，工业微波加热可使材料自身整体同时升温，微波加热加热速度快、无污染、反应充分，原料通过微波高温烧结后形成玻璃体，产品结构均匀；并且微波加热过程能精确控制，还原效率高，缩短加热时间，节约能源；在微波场中存在非热效应，使还原反应容易进行，和其他加热方法相比优势明显。(5)本发明中墙体材料坯体经过烧结后成为粗陶，其内部变为固熔体结构，没有胶凝材料，该结构不会因其孔隙中自由水的迁移引起较大体积变形，能有效解决墙体开裂、严寒环境中发生冻害等问题，可延长墙体寿命，维护费用较低，安全可靠，外装饰可多样化；该结构不需要在主体墙材的内、外增加非承重的保温隔热等构造系统，在达到相同节能保温和隔热效果的前提下，具有较好的经济效益。
图1本发明的轻质墙体材料的工艺流程示意 图2本发明的轻质墙体材料在35倍率下的SEM图像；
图3本发明的轻质墙体材料在200倍率下的SEM图像；
图4本发明的轻质墙体材料在2000倍率下的SEM图像；
图5本发明的轻质墙体材料在3000倍率下的SEM图像。图2 图5中的标尺分别为500 μ m、100 μ m、10 μ m、5 μ m。
具体实施例方式实施例1 :一种用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，包括以下步骤
1)分别计量55Kg铬渣、30Kg粉煤灰、15Kg钠长石，粉碎，然后一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；
2)按铬渣5%的重量比称量葡萄糖，向葡萄糖中加水配成水溶液，加水量为葡萄糖重量的4倍；将该水溶液加入到上述配合料中，在混料机中混合均匀得到混合料；
3)将混合料加入模具中，经震动液压机在5MPa压力下压制成砖坯；
4)将砖坯干燥后送入功率30KW的工业微波炉中，工业微波炉以每分钟15°C的升温速率升温至1100°C进行高温烧结，并在此温度下保温30min，即得到本发明的轻质墙体材料。产品技术指标密度820 kg/m3,抗压强度6. 5 MPa,导热系数O. 12 W/ (m-Κ)。实施例2 :—种用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，包括以下步骤
1)将60Kg铬渣、20Kg粉煤灰、20Kg钠长石粉碎，然后一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；
2)按铬渣8%的重量比称量蔗糖，向蔗糖中加水配成水溶液，加水量为蔗糖重量的3倍；将该水溶液加入到上述配合料中，在混料机中混合均匀得到混合料；
3)将混合料加入模具中，在15MPa震动液压机上压制成砖坯；
4)将砖坯干燥后送入功率为40KW的工业微波炉中，微波炉以每分钟10°C的速率升温至950°C，在此温度下保温35min进行高温烧结，即得到本发明的轻质墙体材料。产品的技术指标密度990kg/m3，抗压强度7. 6 MPa,导热系数O. 16 W/ (m-Κ)。实施例3 : —种用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，包括以下步骤
1)将60Kg铬渣、25Kg粉煤灰、15Kg钠长石粉碎成粒度为O.074-0. 3mm的颗粒料；将上述原料一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；
2)按铬渣7%的重量比称量柠檬酸，向柠檬酸中加水配成水溶液，加水量为柠檬酸重量的2倍；将该水溶液加入到上述配合料中，在混料机中混合均匀得到混合料；
3)将混合料加入模具中，在8MPa震动液压机上压制成轻质墙体材料坯体；
4)将坯体干燥后送入功率为60KW的工业微波炉进行高温烧结，工业微波炉以每分钟8°C的速率升温至1000°C，并在此温度下保持25min，即得到本发明的轻质墙体材料。产品的技术指标密度980 kg/m3,抗压强8. 2 MPa,导热系数O. 13 W/ (m-Κ)。实施例4 :一种用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，包括以下步骤1)将65Kg铬渣、20Kg粉煤灰、15Kg钠长石粉碎，一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；粉碎后铬渣、粉煤灰、钠长石的粒度为O. 074-0. 3mm ；
2)按铬渣10%的重量比称量草酸，向草酸中加水配成水溶液，加水量为草酸重量的2.5倍；将该水溶液加入到上述配合料中，在混料机中混合均匀得到混合料；
3)将混合料加入模具中，在20MPa震动液压机上压制成砖坯；
4)将砖坯干燥后送入工业微波炉进行高温烧结，工业微波炉以每分钟5°C的速率升温至1100°C，并在此温度下保温30min，即得到本发明的轻质墙体材料。产品技术指标密度880 kg/m3，抗压强度12. 9 MPa,导热系数O. 189 ff/(m*K)。实施例5 :—种用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，包括以下步骤
1)将55Kg铬渣、20Kg粉煤灰、25Kg钠长石粉碎成粒度为O.074-0. 3mm颗粒料，然后一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；
2)按铬渣5%的重量比分别称量蔗糖和柠檬酸，将蔗糖、柠檬酸混合，向其中加入二者总重2倍的水，得到蔗糖、柠檬酸的混合液；将该混合液和上述配合料混合，然后在混料机中混合均匀得到混合料；
3)将混合料加入模具中，在12MPa震动液压机上压制成砖坯；
4)将砖坯干燥后送入工业微波炉进行高温烧结，微波炉以每分钟12°C的速率升温至10500C，并在此温度下保温20min，得到本发明的轻质墙体材料。产品技术指标密度950 kg/m3，抗压强度10. 4 MPa,导热系数O. 152 ff/(m*K)。实施例6 :—种用微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，包括以下步骤
1)将55Kg铬渣、20Kg粉煤灰、25Kg钠长石粉碎，然后一同加入混料机中混合均匀，得到配合料；其中粉碎后铬渣、粉煤灰、钠长石的粒度为O. 074-0. 3mm ；
2)按上述铬渣重量4%、3%的比例分别称量葡萄糖和草酸；将葡萄糖和草酸混合，向其中加入二者总重3倍的水，溶解后得到葡萄糖、草酸的水溶液；将该水溶液和上述配合料在混料机中混合均匀，得到混合料；
3)将混合料加入模具中，在6MPa震动液压机上压制成砖坯；
4)将砖坯干燥后送入工业微波炉进行高温烧结，工业微波炉以每分钟12°C的速率升温至1050°C，并在此温度下保温20min，即得到本发明的轻质墙体材料。产品的技术指标密度960 kg/m3，抗压强度7.1MPa,导热系数O. 11 ff/(m*K)。
权利要求
1.一种微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，其特征是该方法包括以下步骤 1)将铬渣、粉煤灰、钠长石按55-65%、20-30%、15-25%的重量比分别计量，并粉碎； 2)将铬渣、粉煤灰和钠长石一同加入混料机中，混合均匀，得到配合料；3)按铬渣5-10%的重量比称量还原剂，向还原剂中加水配成水溶液，加水量为还原剂重量的2-4倍；将该水溶液与所述配合料混合均匀得到混合料，然后将混合料压制成砖坯； 4)将砖坯干燥后送入工业微波炉，经微波高温烧结，得到轻质墙体材料。
2.根据权利要求1所述微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，其特征是所述还原剂为葡萄糖、蔗糖、草酸和柠檬酸中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，其特征是所述工业微波炉的功率为30-60KW，微波高温烧结时的升温速率为每分钟5-15°C，升温至900-1100°C，并在此温度下保温15-35min。
4.根据权利要求1所述微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，其特征是所述粉碎的铬渣、粉煤灰、钠长石的粒度为O. 074-0. 3_。
5.根据权利要求1-4任一项所述微波热处理铬渣制备轻质墙体材料的方法，其特征是所述压制砖坯时的压力为5-20MPa。
全文摘要
本发明涉及一种利用铬渣经微波热处理制造轻质墙体材料的方法，将铬渣、粉煤灰、钠长石按55-65%、20-30%、15-25%的重量比分别计量，混合均匀，得到配合料；按铬渣5-10%的重量比称量还原剂，向还原剂中加入其重量2-4倍的水得到水溶液；将该水溶液和配合料混合得到混合料，将混合料压制成砖坯；砖坯经干燥后送入工业微波炉，经微波高温烧结得到轻质墙体材料。本发明利用还原剂在工业微波下将铬渣中六价铬转化为三价铬，再通过高温烧结形成玻璃态熔融体，进而制备出轻质墙体材料。该方法将铬渣解毒无害化处理的同时，对铬渣进行资源化综合利用，将铬渣变废为宝；采用工业微波加热，加热速度快、无污染，同时微波加热能精确控制，缩短热处理时间，节约能源，有利于环保。
文档编号C04B38/06GK103011890SQ201210589168
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者李保卫, 张雪峰, 贾晓林, 刘芳 申请人:内蒙古科技大学