CN101381194A - 一种环保型淤泥固化剂 - Google Patents

Abstract

一种环保型淤泥固化剂，它是由粉煤灰、硫酸钙、硫酸钠、碳酸钠、碳酸钾中的一种或二种与矿渣或矿渣组合物、氢氧化钾、氧化钙、硅酸钠、二氧化硅中的一种或二种与电石渣或石灰或石膏中的一种或二种与表面活性剂三乙醇胺或木质素磺酸钙或木质素磺酸钠中的一种或二种，按各自属性组成多种最佳复合配方，经优化复配，分别磨粉至勃氏比表面积300～900m²/kg混合制成，粒径0.00040mm～0.5mm。因利用了大量的工业废弃物，既节约了原材料，又解决了废弃物排放和环境污染问题，“以废治废”，对环境保护具有重要意义。其目的是提供一种对各种淤泥及土壤适应能力强、固化效果好、固化后的耐久性好、可利用工业废弃物的环保型淤泥固化剂，可广泛应用于填土工程、筑堤或堤防加固工程、道路工程等领域。

Description

一种环保型淤泥固化剂

技术领域

本发明属于市政和建筑工程范畴，涉及一种环保型淤泥固化剂，固化效果显著，适用范围广泛，制备方法简介，符合环保要求。

背景技术

我国在城市建设、水利工程、海洋工程中，每年都会产生大量的疏浚淤泥，如珠江三角洲地带每年产生的疏浚泥达到8000万m³左右。一方面，疏浚淤泥的就近弃埋会占用耕地，产生堆放污染物扩散、污染河流和海洋环境等问题；另一方面，城市的持续发展使土石方资源的需求量增加，开山采石、河床采砂、挖田采土的方法已对资源、环境、生态造成难以恢复的影响。

国内对疏浚淤泥的再生利用率很低，利用技术落后。大部分采用抛泥的方法，一般在特定的海域内设置倾倒区，将疏浚泥运输至此倾倒于海洋。据2000年海洋环境质量公报公布的数据，2000年倾倒与海洋的疏浚泥达到9518万m³(渤海1446万m³，黄海639万m³，东海4646万m³，南海2787万m³)，由此可见每年倾倒于海洋内的疏浚泥是非常可观的。只有很少部分在填方工程中加以利用。由于疏浚泥具有含水率高(80％以上，多为液限含水量的1.2～2.0倍)、强度低(静力触探值小于200kN/m²，无侧限抗压强度在50kN/m²以下)、粘粒含量高(多在20％以上)、腐殖质含量高等特点，填方所形成的地基无法直接利用，一般需要花费较大的费用进行地基处理。常用的是代表性的方法吹淤法，该方法先将淤泥倾倒于填方地点，然后打设袋装砂井、塑料排水板，通过预压的方式促进淤泥固结、提高淤泥强度。这种方法施工周期长、造价高，所以很难满足对大量淤泥的处理。

目前国外常用的废弃淤泥资源化方法有物理脱水、热处理方法和化学固化处理方法。

物理脱水是通过天然晾晒或机械脱水的方法将淤泥中多余的水分脱去，达到提高土体强度的目的。这种方法设备昂贵、处理效率低，而且脱水后的泥饼仍然含有较多的水分，在使用过程中仍然需要进行二次处理。

热处理方法是通过熔融和烧结的方法去除淤泥中过量的水分并将淤泥中的粘土矿物高温改性，可以将淤泥处理为陶粒或烧制砖瓦来使用。这种方法产生的产品可以具有比较高的附加值，但是由于处理量有限，不适合于大量疏浚泥的处理工程。

固化方法是向淤泥中添加固化材料，通过搅拌混合、养护，使淤泥、水、固化材料之间发生一系列的水解和水化反应，在淤泥颗粒表面产生胶凝物质，使淤泥颗粒具备一定的水稳定性和强度稳定性。另外，具有胶凝性质的水化产物在淤泥颗粒之间形成了网状结构，即构成了骨架，结晶类的水化产物则填充网状结构的孔隙，待硬化后淤泥便具备了一定的结构强度。显然，化学固化处理不仅可以增大淤泥颗粒的粒径，还通过固化材料的水化作用有效降低淤泥的含水率，另外，包裹着淤泥颗粒的凝结硬化壳可有效降低其中污染物质的活性，从而起到一定的“减污”作用。同时固化处理机械原理简单，处理效率根据工程不同可以灵活的选用，可以用来处理各种性质的淤泥。而且在处理成本上，可以利用许多具有一定活性的工业废料作为固化材料，如废石膏、粉煤灰，从而大大降低了固化处理的成本。因此固化方法是解决大量产生淤泥处理问题较好方法。

这一方法已在日本、荷兰、新加坡被广泛使用。名古屋机场的填海工程就大量采用了固化处理法。日本东京也设有多处疏浚土处理中心，将疏浚淤泥通过固化处理后代替砂料等土石方材料进行出售，既保护了环境，又节约了大量的土石方资源。

因此采用固化方法将疏浚淤泥转化为再生土工材料，既能取得良好的技术经济效益，又能达到环境保护的目的，是国内值得大力开发推广的技术。从国外大量应用实例说明，这一技术必然成为疏浚淤泥处理的发展方向。

由于技术、经济方面的原因，目前采用固化材料多数采用水泥。水泥固化的最大优点是“价廉”，但是随着环保法规对废物浸出率的要求日益严格，水泥作固化剂时的用量也在不断加大，有时甚至达到1:10(废物:水泥)，“价廉”优势正在逐渐消失。找到一种或几种与水泥理化性质相似的工业废弃物代替水泥作固化剂，实现“以废治废”将具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种成本低、对各种淤泥及土壤适应能力强、固化效果好、固化后的耐久性好、可利用工业废弃物的环保型淤泥固化剂。

本发明的环保型淤泥固化剂，它是由粉煤灰、硫酸钙：CaSO₄、硫酸钠：Na₂SO₄、碳酸钠：Na₂CO₃、碳酸钾：K₂CO₃中的一种或二种与矿渣或矿渣组合物、氢氧化钾：KOH、氧化钙：CaO、硅酸钠：Na₂O·_nSiO₂、二氧化硅：SiO₂中的一种或二种与电石渣或石灰或石膏中的一种或二种与表面活性剂三乙醇胺或木质素磺酸钙或木质素磺酸钠中的一种或二种，按各自属性组成多种最佳复合配方，经优化复配，分别磨粉至勃氏比表面积300～900m²/kg混合制成。其技术配方中各组分的重量份组分为：

电石渣：1～30                 石灰：1～30

石膏：0.1～10                 粉煤灰：1～50

矿渣或矿渣组合物：1～85       硫酸钙：CaSO₄0.1～10

硫酸钠：Na₂SO₄0.1～10             碳酸钠：Na₂CO₃0.1～10

碳酸钾：K₂CO₃0.1～10              氢氧化钾：KOH0.1～10

氧化钙：CaO0.1～10                硅酸钠：Na₂O·_nSiO₂0.1～10

二氧化硅：SiO₂0.1～10             三乙醇胺：0.01～0.5

木质素磺酸钙：0.01～0.5             木质素磺酸钠：0.01～0.5

本发明的环保型淤泥固化剂为0.00040mm～0.5mm的固体颗粒状，使用时淤泥与固化剂的技术配比是按重量组分100:5～20，适合于大规模机械化施工作业。

本发明的环保型淤泥固化剂的优点和积极性效果在于：因包括电石渣、矿渣、粉煤灰、石膏等，既节约了原材料，又保护了自然环境，电石渣和化学激发剂可有效的破坏矿渣中的玻璃体，使玻璃体中的[SiO₄]^4-阴离子解聚，并形成低碱性的水化硅酸钙凝胶，同时电石渣以及化学激发剂溶解产生的离子有很强的扩散能力。因此，本发明的环保型淤泥固化剂成本低、对各种淤泥及土壤适应能力强、固化效果好、固化后的耐久性好，形成的固化土的微结构均匀。本发明的环保型淤泥固化型可广泛应用于填土工程、筑堤或堤防加固工程、道路工程等领域。

本发明的环保型淤泥固化剂与525#普硅水泥式样抗压强度对比如下：

下面结合具体实施例对本发明的淤泥固化剂作进一步详细说明。

具体实施方式

本发明所述的矿渣或矿渣组合物中的水分含量应小于4％，可采取预先烘干，颗粒直径一般为0.5～5mm。矿渣组合物为矿渣与铬铁渣、磷渣、硅锰渣、钢渣、沸腾炉渣及其它工业废渣的一种或多种复合。本发明所述的电石渣、生石灰、消石灰、石膏的水分含量应小于2％。

实施例1

将电石渣、矿渣、粉煤灰、氢氧化钾分别磨粉至勃氏比表面积400m²/kg，按重量份为：电石渣20份，矿渣49份，粉煤灰30份，氢氧化钾1份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代石灰作为淤泥固化材料。其中所述电石渣可用等重量份的生石灰或消石灰或石膏或它们的任意组合物替代，所述矿渣可用等重量份的铬铁渣或磷渣或硅锰渣或钢渣或它们的任意组合物替代。

实施例2

将电石渣、矿渣和沸腾炉渣、硫酸钙分别磨粉至勃氏比表面积400m²/kg，按重量份为：电石渣10份，矿渣50份，沸腾炉渣39份，硫酸钙1份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例3

将电石渣、矿渣和粉煤灰、碳酸钾、木质素磺酸钠分别磨粉之勃氏比较面积400m²/kg，按重量份为：电石渣15.5份，矿渣66份，粉煤灰15份，碳酸钾3份，木质素磺酸钠0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例4

将电石渣、矿渣和粉煤灰、碳酸钾、硫酸钙、硅酸钠、木质素磺酸钠分别磨粉至勃氏比表面积800m²/kg，按重量份为：电石渣13份，矿渣55份，粉煤灰20份，碳酸钾9份，硫酸钙1份，硅酸钠1.5份，木质素磺酸钠0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例5

将矿渣和粉煤灰、石膏、二氧化硅、硅酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠分别磨粉至勃氏比表面积800m²/kg，按重量份为：矿渣50份，粉煤灰35份，石膏8份，二氧化硅5份，硅酸钠1.5份，木质素磺酸钙0.3份，木质素磺酸钠0.2份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例6

将石灰、矿渣和粉煤灰、硫酸钠、三乙醇胺分别磨粉至勃氏比表面积800m²/kg，按重量份为：石灰10份，矿渣78份，粉煤灰11.5份，三乙醇胺0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例7

将电石渣、矿渣、氢氧化钾、碳酸钠、木质素磺酸钙分别磨粉至勃氏比表面积400m²/kg，按重量份为：电石渣14份，矿渣82份，氢氧化钾1份，碳酸钠2.5份，木质素磺酸钙0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例8

将石膏、氧化钙、矿渣和粉煤灰、二氧化硅、碳酸钠、木质素磺酸钠分别磨粉至勃氏比表面积800m²/kg，按重量份为：石膏6份，氧化钙10份，矿渣45份，粉煤灰25.5份，二氧化硅5份，碳酸钠8份，木质素磺酸钠0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例9

将电石渣、矿渣和粉煤灰、硫酸钾、硅酸钠、三乙醇胺分别磨粉至勃氏比表面积600m²/kg，按重量份为：电石渣8份，矿渣48份，粉煤灰36份，硫酸钾2份，硅酸钠5.5份，三乙醇胺0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

实施例10

将电石渣、氧化钙、石灰、石膏、矿渣和粉煤灰、沸腾炉渣、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钙、木质素磺酸钠分别磨粉至勃氏比表面积300m²/kg，按重量份为：电石渣20份，氧化钙10份，石灰10份，石膏10份，矿渣35份，粉煤灰10份，沸腾炉渣1份，氢氧化钾1份，碳酸钠1份，硫酸钠1份，硫酸钙0.5份，木质素磺酸钠0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代石灰作为淤泥固化材料。

实施例11

将电石渣、氧化钙、石灰、石膏、矿渣和粉煤灰、沸腾炉渣、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钙、木质素磺酸钙分别磨粉至勃氏比表面积900m²/kg，按重量份为：电石渣10份，氧化钙10份，石灰10份，石膏10份，矿渣30份，粉煤灰10份，沸腾炉渣18份，氢氧化钾1份，碳酸钠0.2份，碳酸钾0.1份，硫酸钠0.1份，硫酸钙0.1份，木质素磺酸钙0.5份混合，即可得到本发明的淤泥固化剂，其可替代水泥作为淤泥固化材料。

本发明的环保型淤泥固化剂利用河道淤泥进行固化，就地取材，降低了工程造价；防渗效果好，固化土可承受一定的压力，具有一定的耐久性，经水浸泡不发生泥化。其利用了大量的工业废弃物，既节约了原材料，减少沙石用量，又解决了大量的工业废弃物排放和环境污染问题，“以废治废”，对生态环境的保护具有重要意义。其用量少，主要原材料均为无机物，无毒、无害、无污染，对动物和植物都是安全的，同时具有除臭去味、杀菌消毒、净化水质等多种优点。其成本低廉，原料供应充足且易于采购，生产工艺简便易行。本发明的环保型淤泥固化剂对各种淤泥及土壤适应能力强，能够有效固化河道淤泥、砂质土、粉土、粘土、工业尾矿等土壤，可广泛应用于填土工程、筑堤或堤防加固工程、道路工程等领域。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。本发明请求保护的内容都记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种环保型淤泥固化剂，其特征在于：它是由粉煤灰、硫酸钙：CaSO₄、硫酸钠：Na₂SO₄、碳酸钠：Na₂CO₃、碳酸钾：K₂CO₃中的一种或二种与矿渣或矿渣组合物、氢氧化钾：KOH、氧化钙：CaO、硅酸钠：Na₂O·_nSiO₂、二氧化硅：SiO₂中的一种或二种与电石渣或石灰或石膏中的一种或二种与表面活性剂三乙醇胺或木质素磺酸钙或木质素磺酸钠中的一种或二种，按各自属性组成多种最佳复合配方，经优化复配，分别磨粉至勃氏比表面积300～900m²/kg混合制成，其技术配方中各组分的重量份组分为：

电石渣：1～30                                     石灰：1～30

石膏：0.1～10                                     粉煤灰：1～50

矿渣或矿渣组合物：1～85                           硫酸钙：CaSO₄ 0.1～10

硫酸钠：Na₂SO₄ 0.1～10                            碳酸钠：Na₂CO₃ 0.1～10

碳酸钾：K₂CO₃ 0.1～10                             氢氧化钾：KOH 0.1～10

氧化钙：CaO 0.1～10                               硅酸钠：Na₂O·_nSiO₂ 0.1～10

二氧化硅：SiO₂ 0.1～10                            三乙醇胺：0.01～0.5

木质素磺酸钙：0.01～0.5                           木质素磺酸钠：0.01～0.5。

2.根据权利要求1所述的一种环保型淤泥固化剂，其特征在于：所述的环保型淤泥固化剂为0.00040mm～0.5mm的固体颗粒状，使用时淤泥与固化剂的技术配比是按重量组分100:5～20，适合于大规模机械化施工作业。

3.根据权利要求1所述的一种环保型淤泥固化剂，其特征在于：所述的矿渣组合物为矿渣与铬铁渣、磷渣、硅锰渣、钢渣、沸腾炉渣及其它工业废渣的一种或多种复合。

4.根据权利要求1所述的一种环保型淤泥固化剂，其特征在于：所述的电石渣可用等重量份的氧化钙或石灰或石膏或它们的任意组合物替代。