磷酸镁水泥固化稳定化废弃物.docx

磷酸镁水泥固化/稳定化废弃物口磷酸镁水泥用于固化污染物整个过程没有热能消耗，在常温下固化反应，可用于易挥发的污染物：如汞、99得等，具有独特的优势。不需要大型的操作设备，相对来说操作过程比较经济。固化效果好，在含盐条件下（硝酸盐，氯化盐类），对于重金属污染和放射性的物质固化依然基本可以满足浸出标准要求。固化强度高，在满足浸出标准的前提下，可以资源化利用污染程度不高的飞灰等材料作为建筑材料。固化/稳定化技术（SolidifiCation-StabiliZatiOn,S/S）可以用于处理多种废弃物，特别适合处理重金属污染物和危险废弃物。美国环境保护局（EPA）已经确定固化/稳定化技术是处理资源保护和恢复法案（RCRA）上列出的57种危险废物的最有效的技术之一。目前常用的固化剂是水泥基质类和石灰基质类等物质。1997年，美国Argonne国家实验室的Singh等首先应用不同磷酸盐水泥（磷酸镁、磷酸钠镁、磷酸错）固化三种模拟低水平废弃物：包括飞灰，水泥渣和盐类，并在所有的模拟物中添加了重金属盐、有机污染物和放射性CsClo此后，以磷酸镁为主的磷酸盐水泥在固化/稳定化的研究应用逐渐增多。MPC属于化学键结合无机胶凝材料，在常温下基于酸碱反应形成，反应过程中放热，操作简单方便，最终的固化产物具有陶瓷制品的特性，良好的致密度，较高的力学性能。磷酸镁水泥的固化机理主要是污染元素先通过化学反应转化为相应的低溶解度磷酸盐，再进一步包裹进磷酸镁水泥基质。对于同种元素，其磷酸盐的溶度积一般都比相应的氢氧化物小，特别是，磷酸盐可以适应更宽的PH范围，因此结合固化后更稳定；最终形成的磷酸镁基质在周围环境中也稳定。其中镁磷酸钾的溶度积KS仅为2.4×10-11,进一步阻止形成固化块后污染物的浸出。针对不同污染物，可加入还原剂或氧化剂，调整污染元素的化合价态，使磷酸盐更稳定。相关实验的XRD分析表明经过浸出试验后，磷酸钾镁水泥趋于转化成更为稳定的磷镁石，满足规范要求。研究表明磷酸镁水泥可用于固化重金属如含有各种重金属离子的硝酸盐溶液，重金属铅、含Hg和HgeI2等，可用于土壤和飞灰中的重金属固化，在一定条件下可满足实际要求，是一种简单、经济的处理重金属污染的方法。除此之外，还可用于放射物质的固化。因此，磷酸镁水泥可用于修复重金属污染的土地，实验研究表明MPC在固化/稳化定重金属的同时，促进有机污染物的生物降解情况。在实验中，Kogbara等还发现Mg能刺激微生物的作用，如果Mg的掺入比例合适，重金属的稳定和有机物的生物降解可以同时作用，而且不会对固化土壤的强度产生不利影响。MPC在受污染土地修复中的应用有相当大的前途。当然，研究和利用磷酸镁水泥固化/稳定化还在处于起步阶段，现在用于实验室的模拟废弃物研究较多。相对于普通水泥，要进一步应用还需要降低原材料成本。2 .磷酸镁水泥生物混凝土科学家利用两种以水泥为原料的材料研发出一种新型的生物混凝土。一种材料是利用通用硅酸盐水泥研制的，PH值约为8；另一种材料是利用磷酸镁水泥研制的，无须进行任何处理以降低其PH值，因为这种材料是弱酸性的。磷酸镁水泥具有速干性，不会对环境构成任何危害。这种生物混凝土的新颖之处在于，它可以为微型藻类、菌类、地衣和苔葬等植物提供天然的生物屏障。在为新发明申请专利之后，科学家现在的目标是加速植物在这种生物混凝土当中的生长速度，将其生长期缩短至1年内，以便使建筑物的外墙能够随着季节更替呈现出不同的外貌。3 .磷酸镁水泥纤维改性用于路面修补3一般水泥混凝土路面由于交通通行量大，会出现较为普遍的破损现象，甚至影响道路的正常通行，特别是地方干线公路类似的问题非常严重。但从破损路面的清理、修补、养生到所需开放交通的强度，可能长达1个月左右，冬季时间将更长。磷酸镁水泥基材料是一种通过酸碱反应及物理作用而凝结硬化的新型胶凝材料，具有早期强度高、粘结性能好、耐磨性好、体积稳定性能好等优点，是一种具有广阔发展前景的水泥混凝土路面快速修补材料。但通过磷酸镁水泥前期在路面修补中的应用，发现在车辙反复冲击下，新旧界面处得磷酸镁水泥仍然容易被破坏。目前对磷酸镁水泥基材料的研究主要集中在水泥的制备、水化产物和机理等的研究，部分通过掺入纤维增强它的韧性和抗冲击性能的研究正在进行。相关研究在对磷酸镁水泥现有研究的基础上，讨论纤维种类、长径比等指标对磷酸镁水泥砂浆抗折、抗压强度、韧性及抗冲击性能的影响，并进行现场路面局部修补，期望能为磷酸镁水泥的进一步开发提供指导。研究结果表明，通过变换不同种纤维及掺量，纤维对磷酸镁水泥抗折强度、韧性和抗冲击性能具有显著的改善作用；从磷酸镁水泥的综合性能考虑，钢纤维和聚丙烯纤维体积掺量均不宜超过1.5%；在长径比相同的情况下，波浪型钢纤维对磷酸镁水泥砂浆抗折强度的提高作用最好；在掺量一定的情况下，微钢纤维对抗折、韧性及抗冲击性能改善作用最好。通过实验确定纤维的种类及掺量,确定一个可以更好的满足于实际修补工程的改性磷酸镁水泥具有一定的可行性和较好的实用价值。4 .海工磷酸镁水泥基材料传统海洋工程用建筑材料大多采用海工硅酸盐混凝土，但其凝结速度慢，抗海洋侵蚀性能差，强度受温湿度等外在条件影响大，很难满足海工建设日益多样化的需求。磷酸镁水泥（MPC）是一种快硬早强的新型胶凝材料，与普通硅酸盐水泥相比，该材料具有低温凝结快、粘结强度高、干缩小、耐磨性和抗冻性好等优点，基于该材料的诸多优异性能，为使该材料能较好地推广应用于海洋工程建设，相关实验因地制宜，选取海砂与海水制备了海工磷酸镁水泥基材料，止匕外，还重点研究了材料在海水中的耐久性问题。通过研究该材料在海洋气候环境下及海水中的长期强度发展规律、抗海水侵蚀性能及其微观作用机理，考察材料应用效果，并初步建立起材料微观组成结构与宏观特性的关系，以期为改善材料应用特性提供理论指导，从而得到有着较好应用前景的海工磷酸镁水泥基材料。实验结果表明：（1）采用海砂、海水制备的海工磷酸镁水泥基材料，自然养护下材料7d的抗压强度达到43MPa以上，9OOd抗压强度达到9OMPa左右，长期强度发展较好,说明以海水作为拌合水、以海砂作为主要原材料对MPC体系而言具有可行性。（2）海工磷酸镁水泥基材料抗海水侵蚀性能较好，材料在海水浸泡180d后，抗压强度仍保持在40MPa以上，材料的水化硬化在后期仍然有着较强的发展态势，与海水侵蚀作用此消彼长贯穿强度发展的整个过程；随着浸泡时间的延长，材料强度虽有所下降，但由于材料与海水的长期作用生成了一些新的物质，后期两种材料900d的抗压强度大幅度回升至34MPa以上，相比80Od的抗压强度增幅平均为42%,预示着材料具有较好的抗海水侵蚀性能及耐久性。（3）通过对材料微观结构及组成分析，发现材料的主要水化产物结构致密，结晶形态不明显，对于海水浸泡养护的材料，其孔洞和凹陷处大多有一些典型结晶形态的晶体析出，这种晶体的形成和材料与海水的相互作用有关，起初导致材料受侵蚀而强度下降，随着晶体日益增多，使材料孔隙率下降，材料强度随之升高，这正好与实验所得到的强度数据相照应。本研究初步建立起材料的微观组成结构与宏观力学性能的对应关系，为进一步提高材料应用特性打下理论基础。参考文献：苏瑛，甄树聪，杨建明，田宏岩，张吉吉，徐鹏.磷酸镁水泥固化/稳定化废弃物研究进展JSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION,2013,13:45-46.建材发展导向，3013,4:81-82.3苏柳铭，钱觉时.磷酸镁水泥纤维改性及其路面修补应用研究（重庆大学硕士学位论文）,重庆大学材料科学与工程学院,2012.蒋江波，薛明，汪宏涛，曹巨辉.海工磷酸镁水泥基材料强度特性及其微观机理分析J.材料导报B：研究篇.2013,27(3):115-118.