CN101579683B - 一种磷石膏-淤泥联合固化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种磷石膏-淤泥联合固化处理方法，该方法可联合固化处理土木工程、水利工程中产生的淤泥和工业废料磷石膏。本发明的具体实施步骤：a.测定磷石膏的含水率，淤泥的含水率、粘粒含量；b.碎化磷石膏；c.混合磷石膏、淤泥；d.添加固化剂；e.闷料。固化处理后的磷石膏-淤泥混合团聚体可作土工填料，用于铺筑道路、填筑堤坝等；也可以作为固体废物堆放或直接填埋，节省大量的堆场选址费及防渗处理费，有巨大的经济效益和环境效益。

Description

一种磷石膏-淤泥联合固化处理方法

技术领域

本发明涉及的是一种磷石膏-淤泥联合固化处理方法，该方法可以将工业废料磷石膏和土木工程、水利工程中产生的淤泥混合固化处理成一般固体废物，处理后的固化物可作为工程填料使用，也可以直接填埋处理。属于工业废料处理和环保技术领域。

背景技术

一、磷石膏

磷石膏是磷铵厂和磷酸氢钙厂在生产磷肥、磷酸过程中所排出的废渣。磷石膏主要成分为二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)，其含量约为70％左右，除了硫酸钙外，磷石膏还含有未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁铝氧化物、酸不溶物、有机物等多种杂质。目前，世界磷石膏年排放量达2.8亿吨，我国也已超过5000万吨，占工业副产石膏的70％以上。磷石膏的产生量还将随着高浓度磷复肥产量的提高而大幅度增加。长期以来我国企业大多采用堆存法处理磷石膏，综合利用率不到10％。但是设置堆场，不仅占地多、投资大、堆渣费用高，而且对堆场的地质条件要求高；由于风蚀、雨蚀易造成对大气、水系及土壤的污染，特别是临近江、河、湖、海等环境敏感地区的企业，环保压力更大。因此，如何做好磷石膏的综合利用和无害化处理，已成为我国磷肥工业能否实现可持续发展的关键。

针对磷石膏的处理利用问题，我国有多所科研院所及厂矿企业对其进行了深入研究，主要成果归纳为两大类：一是化工类；利用磷石膏为原料，经过一系列反应及工艺，生产硫酸铵及氯化钙。二是建材类；利用磷石膏为原料，经过净化煅烧、活化、加压等工艺分别制成石膏板、砌块和水泥缓凝剂。但是这两大类磷石膏处理利用方法有多方面的制约，比如利用磷石膏制备硫酸铵及氯化钙，需要的设备多，一次性投资大，工艺较长；比如用净水洗涤磷石膏出去其中的可溶盐及磷酸等杂质后再加以利用，需要大量的净水，而且洗涤后的水容易造成二次污染；再比如利用磷石膏生产免烧砖及路基材料的防水性及稳定性都是亟待进行技术突破的问题。

二、淤泥

在土木工程、水利工程中会产生大量淤泥，尤其是江河湖泊的疏浚清淤过程中会产生大量高含水率的疏浚淤泥，这些淤泥含水率高，粘粒含量高，排水性差、强度极低，很多淤泥还含有大量有机质和有害重金属，是工程上难以直接利用的一种特殊土，如果不加以妥善处理则会占用大量的土地，并且淤泥中的污水容易渗入地下污染地下水源，同时还会造成一系列的社会问题。

对于规模庞大的淤泥常用的处理方法有抛泥处置、热处理和化学固化法三种。目前绝大部分疏浚淤泥采用抛泥处置，该方法占用大量的土地，还由于疏浚淤泥透水性差致使占用的土地很难在短时间内进行重复利用，从而在占用土地的同时增大了工程造价；热处理方法是通过加热、烧结的方法将疏浚淤泥转化为建筑材料的方法，该方法处理能力小、成本高，难于大规模推广应用；化学固化法，即向淤泥中添加水泥为主的固化材料，进行搅拌混合，从而改变淤泥的性质。由于淤泥中含水率往往较高，尤其是河道、湖泊疏浚淤泥的含水率普遍高于液限，需要的固化剂添加比较大，使这种处理方法成本较高，对于大规模的淤泥处理来说无疑会大量增加工程造价，而且淤泥含水率越高，往往达不到理想的固化效果。

发明内容

本发明旨在针对现有磷石膏、淤泥处理利用中存在的问题，以废治废，研制出一种磷石膏-淤泥联合固化处理方法。该方法是利用淤泥的裹挟作用，将松散粉砂状的磷石膏颗粒包裹团聚；利用磷石膏对淤泥的增加干料作用，使磷石膏、淤泥混合物含水率显著降低；再掺入一定比例的石灰作为碱性激发剂、粉煤灰作为活性物添加剂。磷石膏、淤泥混合物和固化剂会发生一系列物理反应、化学反应、物理化学反应。生石灰在混合物溶液中消化反应，部分溶解生成Ca²⁺、OH^-离子，将磷石膏中酸性物质中和、将磷石膏中氟化物转化为无害的氟化物；磷石膏的粒径特征以粉砂为主，一定程度上起到作为混合物的骨架结构的作用；强碱性溶液激发使部分淤泥粘土矿物中的活性物质和粉煤灰中的活性成份溶解，和Ca²⁺、OH^-发生水化反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙胶凝物质，强化了骨架结构的稳定性；部分活性产物和磷石膏反应生成钙矾石晶体，填充了混合物中的孔隙，起到了使固化物结构致密的作用。这些反应起到了消除磷石膏中有害物质，固化其中的重金属的效果；因此磷石膏-淤泥混合固化物可有效的固化其中的重金属，并具有较高的抗压强度和水稳性。

本发明的具体实施步骤如下：

a.测定磷石膏的含水率，淤泥的含水率、粘粒含量；

b.碎化磷石膏：为防止反应不充分影响固化效果，将磷石膏中的块状聚合体碾压碎化，过5mm筛；

c.混合磷石膏、淤泥：将粉砂状磷石膏(碎化后)和淤泥按一定质量比混合搅拌均匀，要求磷石膏-淤泥混合物的含水率处于30～75％之间；

d.添加固化剂：再在磷石膏、淤泥混合物中添加生石灰和粉煤灰机械搅拌2～5min，添加比例控制在生石灰与磷石膏-淤泥混合物的质量比4～8％、粉煤灰与磷石膏-淤泥混合物的质量比为2～7％；

e.闷料：将混合物堆放闷料3～14天。

本发明有益效果：本发明的特点是以废治废，首先将淤泥和磷石膏两种待处理废物按一定比例混合，再添加少量的固化剂进行固化处理，实现了磷石膏的减害化处理，解决了淤泥含水率过大影响固化效果的问题，固化物有较高的抗压强度和水稳性。该法的处理成本低，施工工艺简便，适合大规模的处理；用本发明处理后的磷石膏-淤泥混合固化物是一种优质的工程填料，可分层碾压用于铺筑道路、填筑堤坝等；也作为固体废物堆放或直接填埋，节省大量的堆场选址费及防渗处理费，有巨大的经济效益和环境效益。

实例1

试验淤泥选用淮安市白马湖区的疏浚淤泥，其性能指标见表1，磷石膏取至江苏淮安某磷肥厂磷石膏堆场，磷石膏含水率29％。由于磷石膏在堆场中集中堆放，容易在自重压力下胶结形成团聚体，直径2～10cm左右。

表1淤泥的物理性质指标

岩土名称	含水量w(％)	重度γ(KN/m<sup>3</sup>)	液限w<sub>L</sub>(％)	塑限w<sub>p</sub>(％)	塑性指数Ip	比重Gs	粘粒含量(％)	有机质含量(％)
									淤泥质粘土	95.0	14.3	76.4	34.6	41.8	2.62	34.2	4.2

人工法将这些团聚体碾碎并过5mm的筛；将1m³淤泥(1460kg)和1300kg的磷石膏机械搅拌混合，磷石膏-淤泥混合物的含水率57％；再在磷石膏-淤泥混合物中添加7.2％(200kg)的生石灰，4.9％(135kg)的粉煤灰，机械搅拌4min，之后堆放闷料，闷料3天后，采用轻型击实仪进行击实试验获得击实干密度，采用静压法制φ5×10cm圆柱体试样，测得试样的无侧限抗压强度q_u＝234.4kPa，养护7天时试样的无侧限抗压强度q_u＝402.5kPa，养护28天时试样的无侧限抗压强度q_u＝1073.0kPa。

实例2

将1m³淤泥(1460kg)和1000kg的磷石膏机械搅拌混合，磷石膏-淤泥混合物的含水率60％；再在磷石膏-淤泥混合物中添加6％的生石灰147.6kg，6.4％的粉煤灰157.4kg，机械搅拌4min，之后堆放闷料，闷料3天后，采用轻型击实仪进行击实试验获得击实干密度，采用静压法制φ5×10cm圆柱体试样，测得试样的无侧限抗压强度q_u＝200.3kPa，养护7天时试样的无侧限抗压强度q_u＝396.8kPa，养护28天时试样的无侧限抗压强度q_u＝986.0kPa，满足作为填料的力学性能要求。

Claims (1)

1.一种磷石膏-淤泥联合固化处理方法，其具体操作步骤为：

a.测定磷石膏的含水率，淤泥的含水率、粘粒含量；

b.碎化磷石膏：将磷石膏中的块状聚合体碾压碎化，过5mm筛；

c.混合磷石膏、淤泥：将粉砂状磷石膏和淤泥按一定质量比例混合搅拌均匀，要求磷石膏-淤泥混合物的含水率处于30～75％之间；

d.添加固化剂：在磷石膏-淤泥混合物中添加生石灰和粉煤灰，机械搅拌2～5min，添加比例控制在生石灰与磷石膏-淤泥混合物的质量比4～8％、粉煤灰与磷石膏-淤泥混合物的质量比为2～7％；

e.闷料：将混合物堆放闷料3～14天。