利用水热法模拟建材孔隙液中Na^+的固定化研究

GuangzhouChemicalIndustry

Vol郾46No郾11Jun郾2018

利用水热法模拟建材孔隙液中Na的固定化研究

钟摇晨

(广东省循环经济和资源综合利用协会,广东摇广州摇510095)

摘摇要:为提升赤泥等含Na+量高的工业固体废弃物制备建材的耐久性,利用水热法模拟建材生产工艺条件下液相中Na+转

+

移至固相的研究,分析建材孔隙液中Na+固定化于固相的产物。经SEM/EDS、XRD、FTIR分析,液相中Na+经水热反应固定于含有[AlSiO4]结构的钙霞石。经水热法模拟建材孔隙液中Na+的固定化途径探索,建材孔隙液中Na+可在建材生产工艺条件下形成含有[AlSiO4]结构的钙霞石,提升赤泥等含Na+量高的工业固体废弃物制备建材的耐久性。

关键词:水热法;可溶性Na;钙霞石中图分类号:TQ179摇摇摇

摇摇文献标志码:B文章编号:1001-9677(2018)11-0050-03

StudyonImmobilizationofNa+inPoreFluidofBuildingMaterials

byHydro-thermalMethod

ZHONGChen

(GuangdongAssociationofCircularEconomyandResourcesComprehensiveUtilization,

GuangdongGuangzhou510095,China)

Abstract:ToelevatethedurabilityofbuildingmaterialspreparedbyindustrialsolidwastewithhighNa+contentsuchasredmud,thewayonthetransferofNa+tosolidphaseinliquidphaseundertheprocessofbuildingmaterialproductionbyhydrothermalmethodwasstudied,andtheproductsofNa+fixedtosolidphaseintheporefluidofbuildingmaterialswereanalyzed郾ByanalysisofSEM/EDS,XRDandFTIR,Na+inliquidphasewasfixedonthecancrinitecontainingthe[AlSiO4]structurebyhydro-thermalreaction郾SimulationoftheimmobilizationofNa+intheporefluidofbuildingmaterialsbyhydro-thermalmethodwasexplored郾ThesolubleNa+intheporesolutionofbuildingmaterialscanbefixedonbycancriniteandexistedstablyintheblockofbuildingmaterials郾ThedurabilityofbuildingmaterialspreparedbyindustrialsolidwastewithhighNa+contentsuchasredmudcouldbepromotedbythestructureof[AlSiO4]incancrinite郾

Keywords:hydro-thermalmethod;solublesodium;cancrinite

利用赤泥等含Na+量高的工业固体废弃物制备建筑材料是一种有效且可大量应用赤泥等含Na+量高的工业固体废弃物的资源化利用方式,但是建筑材料原料中含Na+量过高对于建筑材料砌块的性能具有较大的危害。通常建筑材料砌块中的碱一部分存在于砌块的固相,另一部分则存在于砌块的液相。然而建筑材料砌块内固相中的碱是不参与碱-硅酸反应的无害碱,但液相中的碱会参与碱-硅酸反应导致建筑材料砌块中的水和硅酸钙破坏的有害碱。由于建筑材料砌块的强度主要由水和硅酸钙胶结其他固相物质而产生[1],若建材原料中含有较高含量的可溶性Na+会对建筑材料砌块中水和硅酸钙产生影响,初期使得建筑材料砌块表面发生“泛霜冶现象,最终使得建筑材料砌块强度丢失而影响使用[2]。避免发生泛霜的主要手段是控制建筑材料砌块中Na+的含量,降低建筑材料原料孔隙液中的Na+浓度或将孔隙液中Na+稳定存在于建筑材料砌块均为防止建筑材料发生碱-集料反应有效方式[3-4]。当利用赤泥等含Na+量高的工业固体废弃物制备建筑材料砌块时,采用水洗等方式直

作者简介:钟晨(1988-),男,主要从事固体废物资源化应用。

接降低Na+含量会导致建筑材料砌块的生产成本大幅增加,因而在为保障建筑材料资源化成本不大幅增加的及制备建筑材料砌块工艺不变的条件下,促进建筑材料原料中Na+含量从液相转入固相是控制资源化成本的有效方式。

为探索如何在建筑材料制备工艺不变的条件下将建筑材料原料中可溶性Na+固定化形成不溶性含Na物质,本研究利用水热法模拟某建筑材料厂对建材砌块的一般蒸压养护过程(1郾0MPa的饱和蒸汽压力养护12h),利用Al(OH)3、Na2SiO3

+

SiO2-3离子进行反应,探索建筑材料中可溶性Na的可能存在的

2+-+

和Ca(OH)2模拟孔隙液中可能存在AlO-2、Ca、OH、Na、

固定化途径,为研究利用赤泥等含Na+量高的工业固体废弃物制备建筑材料砌块的耐久性研究提供依据。

1摇实摇验

1郾1摇原料及器材

摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇

第46卷第11期

钟晨:利用水热法模拟建材孔隙液中Na+的固定化研究

摇51

1郾2摇实验方法

摇摇分析纯Na2SiO3·9H2O;分析纯Al(OH)3;分析纯Ca(OH)2;50mL水热反应釜;DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱。根据建筑材料砌块的一般蒸压养护条件(1郾0MPa的饱和蒸汽压力养护12h),故本实验在180益饱和蒸汽条件下反应12h进行模拟建筑材料砌块的养护过程,并以Al(OH)3、Na2SiO3和Ca(OH)2模拟建筑材料孔隙溶液中可能存在的可能存在

2郾3摇XRD分析

2+-+2-AlO-2、Ca、OH、Na、SiO3离子进行试验。首先按Al/Si=1

(摩尔比)的比例将0郾1mol/L的Al(OH)3溶液和0郾1mol/L的Na2SiO3溶液混合均匀制成30mL溶液装入50mL的水热反应釜,然后在该水热反应釜中加入5mL的Ca(OH)2的饱和溶液(209240A益室温条件应釜,型电热恒温鼓风干燥箱内反应),盖上水热反应釜并至于置于自然冷却至室温,对水热反应釜内物质进行过滤12h。12h180后取出水热反益的DHG-,用去离子水进行多次洗涤,然后将滤布上的固体在100益的条件下烘干1h。将烘干后的物质加入1L水中进行溶解实验,过滤留下不溶物质再次在100益条件下烘干,研磨烘干后物质分别进行XRD、SEM-EDS及FTIR测试分析。

0郾1mol同时设置一组对照实验/L的Al(OH):按Al/Si=1(摩尔比)的比例将3溶液和0郾1mol/L的Na2SiO3溶液混合均匀制成30mL溶液装入50mL的水热反应釜,然后在该水热反应釜中加入5mL的Ca(OH)2的饱和溶液(20益室温条件),盖上水热反应釜并至于置于常温(20益)条件下12h,然后过滤。用去离子水进行多次洗涤,然后将滤布上的固体在100益的条件下烘干1h。

2摇结果与讨论

2郾1摇过滤结果分析

置于180益烘箱中12h的水热反应釜内物质经过滤后残留了一些固体物质在滤布上残留,经去离子水多次洗涤后未溶解;而置于20益室温中12h的水热反应釜内物质经过滤后无固体物质在滤布残留。该过滤试验结果标明在180益条件下形成了某种不溶于水的固体物质,该物质在20益条件下无法形成。

2郾2摇SEM/EDS分析

图1摇合成产物粉末的SEM/EDS图Fig郾1摇SEM/EDSimagesofsynthetic

根据图1中对置于180益条件下12h的水热反应釜中合成产物进行SEM/EDS的分析结果,该物质含有钠、氧、铝、硅、钙等元素。该结果表明水热反应釜中形成了一种含有钠、氧+、铝Na、硅、钙等元素的固体物质,该物质中含有一部分NaCa2+SiO从2、OH3溶液中转移至固相。即在180益的饱和水蒸气中AlO--、Na+、SiO2-3离子可形成一种可将Na+

稳定于固相的

2、

物质。

Fig郾图2摇2摇XRD合成产物的patternsofXRDsynthetic

图为确定SEM/EDS分析结果中含钠、氧、铝、硅、钙等元素的物质组成,将置于180益,12h水热反应釜过滤烘干后的固体物质进行XRD分析,结果(图2)表明利用水热法模拟建材生产过程Ca2+、OH-、Na(180+、SiO益的饱和水蒸气养护2-12+

h)会促进AlO-2、

质是钙霞石[Na3离子可能形成将Na稳定于固相的物

条件下6Ca2郾[NaAlO-22、Ca2+、AlOH6Si-6、O24Na(CO+、3SiO)2·2H2-23离子O]无;法在形20成钙益室温

霞石

4摇6CaFTIR2Al6Si6分析

O24(CO3)2·2H2O]。

图Fig郾3摇3摇合成产物粉末的FTIRspectrumofFTIRsynthetic

光谱为确定置于180益,12h水热反应釜过滤烘干后的固体物质所含有的官能团,对固体物质进行FTIR光谱分析,其结果(图3)中合成产物在3487cm-1附近有一个吸收带,属于层间水分子的伸缩振动;在1632cm-1的吸收带为层间水分子的弯曲振动1415;在1064cm-1的吸收带为收带为cm-1CO2-的吸收带为CO2-3的对称伸缩振动CO2-3的非对称伸缩振动;在690cm-1

;在

的吸

伸缩振动;3的面内弯曲振动;1096cm-1

的吸收峰为反对称Si-O-Si

968cm-1的吸收峰为对称(Ms)伸缩振动;573cm-1和459cm-1处的吸收峰则分别是由Si-O的弯曲振动和Al-O的伸缩振动引起。762cm-1处的吸收峰是由Si-O面体与外部连接的四面体的对称伸缩振动吸收峰4或Al-O4内部四FTIR护12光谱分析结果h)会促进AlO,-2在建材生产过程。根据以上2+-(180+益2-的饱和水蒸气养

]、结构Ca,、而OH[AlSiO、Na4]、结构具备将SiO3离子形成的钙霞

石含有类似[AlSiO4Na+固化于固相的能力[5]2郾5摇讨摇论

。

(下转第76页)

摇76广摇州摇化摇工2018年6月

3摇结摇论

利用气相色谱法,采用程序升温,快速检测艾叶中桉油精含量,色谱条件为:HP-5毛细管柱(30m伊0郾32mm,0郾25滋m);氢火焰离子化检测器(FID)温度为250益;进样口温度:240益;程序升温:柱温起始温度为50益,以5益/min升至75益,保持6min,再以20益/min升至200益,保持3min。本方法单个样品检测仅需20min,精密度、重复性好,准确度高,供试品溶液在48h内基本稳定;平均加样回收率为96郾03%,RSD为1郾78%(n=6)。

艾叶是一种药食兼用、资源丰富、价廉易得的多功能植物药,艾叶中桉油精的含量测定是艾叶质量控制的重要标准之一。蕲艾及其在湖南的移栽品桉油精含量均比湖南本地艾叶高,验证了蕲艾药材的道地性。在同样栽培条件下,蕲艾在湖南的移栽品桉油精含量变化不大,但挥发油含量及其他化学成分的差异值得进一步研究。

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(上接第51页)

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根据水热法模拟建筑材料孔隙液中Na+的固定化试验结果表明,Al(OH)3溶液和Na2SiO3溶液在配置成溶液的过程中,具有活性Al3+、SiO2-3在液相中可能发生以下反应:

--

3摇结摇论

通过利用水热法模拟建筑材料砌块的蒸压养护过程(1郾0MPa的饱和蒸汽压力养护12h),Al(OH)3溶液和Na2SiO3溶液可与Ca(OH)2作用形成不溶性的白色固体。经SEM/ED、XRD及FITR分析,该不溶性白色固体含有[AlSiO4]结构而具有将液相中Na+可固定于固相的能力,最终形成钙霞石[Na6Ca2Al6Si6O24(CO3)2·2H2O]稳定存在于固相。结合建筑材料砌块的生产过程,通过不同种建筑材料原料配比使得建筑砌块坯孔隙液中可溶性Na+处于[SiO(OH)3]-和[Al(OH)4]-环境中,具有在蒸压养护过程(1郾0MPa的饱和蒸汽压力养护12h)可形成含有[AlSiO4]结构的钙霞石,降低建筑材料砌块中的可溶性Na+而延长建筑材料的使用寿命。

参考文献

具有固相物质,无法将溶液中Na+转移至固相中,因而12h后过滤无物质残留于滤纸上。当[SiO(OH)3]-和[Al(OH)4]-在180益的饱和蒸汽压下反应12h则会发生如下反应:

-+

6SiO2-寅3+6Al(OH)4+6Na+2NaX

Na8[AlSiO4]6X2·nH2O(s)+(6-n)H2O+12OH-(s)类似结构的物质,而该物质中含有的[AlSiO4]对Na+具有稳定化作用,进而形成液相中Na+转移至固相。

利用水热法模拟建筑材料孔隙液中Na+的固定化研究可推断在建筑材料砌块进行蒸压养护过程(1郾0MPa的饱和蒸汽压力养护12h)中,砌块内毛细孔内的孔隙液经过180益的饱和蒸

2+-+2-汽压作用促进AlO-2、Ca、OH、Na、SiO3形成具有

[AlSiO4]结构的钙霞石[Na6Ca2Al6Si6O24(CO3)2·2H2O]。由于毛细孔内钙霞石的形成降低了原本毛细孔内的可溶性Na+的含量,有效减少了建筑材料砌块中“有害碱冶的含量,使得建筑材料砌块不易发生泛霜现象,提升了建筑材料的耐久性,也同时提升了利用赤泥等含Na+量高的工业固体废弃物制备建筑材料砌块的利用可行性。

而[SiO(OH)3]-和[Al(OH)4]-在20益的常温下不能形成

以Si-O-Si以+3OH寅[SiO(OH)3]

以Si-O-Al以+7OH-寅[SiO(OH)3]-+[Al(OH)4]-

以上反应说明在液相中Na+可与[SiO(OH)3]-和[Al(OH)4]-在180益的饱和蒸汽压下反应12h形成Na8[AlSiO4]6X2·nH2O

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