Cr离子对硫铝酸盐水泥水化影响文献综述

 2023-08-26 19:26:53
  1. 文献综述(或调研报告):
引言

水泥固化重金属是成本最低,最实用的固废处理技术之一。但是固废中的重金属会对普通硅酸盐水泥产生不利影响。而硫铝酸盐水泥固化重金属主要以钙矾石形成过程中的化学吸附或离子替代为主。垃圾在经过水泥基材料固化处理以后,含有较高浓度的重金属离子,随着时间的延长,重金属离子的渗出对周围人类和自然环境有很大的伤害,所以需要对含有重金属水化产物做浸出实验,确定含有重金属的水泥基材料的稳定性。

因此,研究重金属对钙矾石形成的影响以及钙矾石对重金属的固化效果及稳定性,对硫铝酸盐水泥处理固体废弃物具有重要的意义。

硫铝酸盐水泥水化过程与产物

硫铝酸盐水泥熟料主要矿物为 ,水化活性较高,在水泥水化早期能生成较多的钙矾石和铝胶,增加水泥的早期强度。硫铝酸盐水泥水化的主要产物是钙矾石(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O),其也是普通硅酸盐水泥水化产物之一。在普通硅酸盐水泥中,C3A在石膏和氢氧化钙存在的情况下,会水化生产钙矾石;在硫铝酸盐水泥中,无水硫铝酸钙在石膏存在的情况下,通过水化也会形成钙矾石,此为硫铝酸盐水泥强度的主要来源。

钙矾石形成的来源很多,不过的一般的合成可以大体分为溶液反应法和水化法[1]。溶液反应法是使用加入了CaO或Ca(OH)2的蔗糖溶液为基底,与Na2O·Al2O3、Na2SO4或Al2(SO4)3进行溶液反应的制备方法,多在分析化学中使用。“水化法”即来源于硫铝酸盐水泥中主要的水化反应。

钙矾石的结构复杂,通常分为柱状结构和通道两部分。柱状结构是由Al(OH)6八面体和CaO8多面体共边交互链接形成,多面体中的O来自与Al(OH)6共享的4个O和与通道中H2O共享的4个O。通道中H2O分子的H形成柱状体的面。钙矾石的结构如图1.1所示[2]。这种特殊的结构使其成为硫铝酸盐水泥重金属固化和稳定化方面的主要来源。

图1.1 钙矾石的基本结构

硫铝酸盐水化产物的稳定性

钙矾石对重金属离子的固化建立在钙矾石稳定存在的基础上。钙矾石的稳定性包括温度稳定性、pH稳定性和碳化稳定性。

2.1 温度稳定性

一般认为钙矾石稳定存在的温度需要低于50℃,然而在实际试验中,在90~100℃以下也可以观察到钙矾石的存在[3]。研究表明,钙矾石的热分解产物是无定形的,是含有10~13个水分子的单硫相。若体系中硫酸盐浓度很高,单硫相反应被抑制,即使温度升高到一定程度,钙矾石仍是主要相[4]。且钙矾石热分解形成的硫酸盐在普通硅酸盐水泥体系中C3S存在时,也会有一部分吸附到C3S水化形成的C-S-H凝胶上,当体系温度冷却到室温时,绝大多数单硫相与溶液和C-S-H凝胶上吸附的硫酸盐反应重新生成钙矾石。

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