CN102764634A - 用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方 - Google Patents

Abstract

一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂配方，它由以下组份配制而成：十二水硫酸铝铵，20-100目粉煤灰，20-100目木纤维，复合助滤剂配制后，再以泥浆的重量为基准，按0.1～1.2%的比例加入泥浆中，中等强度搅拌1~3分钟，即可对泥浆进行加压过滤。本发明提供的用于盾构工程泥浆的复合助滤剂配方，既降低了泥块体相的密实性，又为水提供了通道，达到助滤效果，对各种盾构工程泥浆的废浆均有较好助滤效果，能快速进行压滤。添加过复合助滤剂后的泥浆，15分钟内的出水量是原泥浆的出水量的2～3倍，最大出水量可达原泥浆出水量的4倍。

Description

用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方

技术领域

本发明涉及一种复合助滤剂的配方，尤其是一种用于快速处理高粘度盾构工程泥浆的复合助滤剂配方。 

背景技术

过滤是一种固液分离技术，为了加快过滤速度和提高产品质量，需要加入助滤剂。助滤剂，就是在被过滤的固液混合物中加入的一种辅助型物质，该物质能改变原来固液混合物中颗粒分布及滤饼的渗透性能，起到促进过滤作用。由于助滤剂的加入，形成的滤饼具有大量的细小微孔，可截留滤液中颗粒和胶状物质，不致阻塞过滤介质的通道。在滤液中混入一定量的非压缩性助滤剂，能增加空隙，减小滤饼的压缩率，使过滤周期缩短。某些具有表面活性的助滤剂，还能捕吸一些极细胶状固体微粒，提高过滤效果，高粘度大流量的液体过滤过程中助滤剂是不可缺少的。目前国内外许多工业过程都使用了助滤剂。如石油化工、盾构工程、冶金、药品分离、废水处理、化学品和盾构工程泥浆的处理等。

助滤剂的应用为工业生产提供了有效的、科学的技术路线。随着现代工业及环保事业的发展，盾构工程、钻井工程发展迅速，上述工程产生大量的细颗粒泥浆，带来了细颗粒泥浆脱水的难题。虽然有一部分工程泥浆处理时改变了原有的工艺设备，如使用加压过滤工艺，并且需要投入大量的资金购买、安装其他设备，但是，对于需要原地处理、快速处理、大量处理泥浆处理的工程来说，还是不经济和不适用的。合理选择、使用化学助滤剂可在不改变工艺设备的条件下，达到降低滤饼含水率，缩短过滤周期。

常用助滤剂的种类有硅藻土助滤剂、珍珠岩助滤剂、碳助滤剂、纤维助滤剂、石棉助滤剂等。传统的助滤剂虽然有较好的助滤效果，但随着工程泥浆的多样性增加，其应用领域越来越受到限制，究其原因，硅藻土助滤剂不能用于强碱性原液的过滤；珍珠岩助滤剂吸附能力较差，滤液中含杂质量较高且耐压性质较差，所以其应用受到了限制；碳助滤剂价格比较昂贵；其他助滤剂单独使用时，有助滤效果不理想、需要混配缺点。因此开发高效、廉价的助滤剂是目前一个重要的研究方向。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂配方，对各种盾构工程泥浆均有较好的助滤效果，压滤快速，压滤后滤饼含水率低，滤后水符合国家排放指标，经济、使用方便、环境友好，运输及储存方便。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：

十二水硫酸铝铵9～14 %；20-100目粉煤灰45～60 %； 20-100目木纤维26～46 %，

上述各组分的优选重量百分比为：

十二水硫酸铝铵14% %； 20-100目粉煤灰45% %；20-100目木纤维41%。

将上述重量百分比的十二水硫酸铝铵 、20-100目粉煤灰、20-100目木纤维混合复配成复合助滤剂，密闭放置15～30天，无结块现象，对实验效果没有明显影响。但如长时间（3个月以上）暴露在空气中，容易结块，实验效果也会明显下降。因此，试剂混配后，因注意密闭、防潮，并及时使用。

本发明配制好的复合助滤剂的使用方法如下：

将上述混配好的复合助滤剂加入絮凝后的泥浆中，复合助滤剂的重量百分比为待处理的絮凝后泥浆重量的0.1～1.2%，中等强度搅拌1～3分钟，即可对泥浆进行加压过滤。

十二水硫酸铝铵，化学式为NH₄Al(SO₄)₂·12H₂O，十二水硫酸铝铵中的三价铝离子具有强的离子极化能力，能作用于泥浆中的胶体粒子，对胶体粒子的双电层有强烈的压缩功能，并降低胶体粒子的ζ电位，使胶体粒子更容易团聚并在较短时间内释放出大量的水。

20-100目粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂、 MgO、K₂O、Na₂O、SO₃、MnO₂，此外还有P₂O₅等。

    粉煤灰即具备不规则多面体外形，又具备大小不一的粒度，为泥浆提供储存水的空间；泥浆被施压后，20-100目粉煤灰的多面体则相互契合，将储于其间的水挤出，其表面羟基为水的输运提供了较小的内摩擦力。

    植物纤维是一种自然界中重要的可再生原材料，是广泛分布在种子植物体内的一种厚壁组织，它的细胞细长，两端尖锐，具有较厚的次生壁，壁上常有单纹孔。其细胞壁都是由纤维素构成的，纤维素是由许多葡萄糖分子通过β-糖苷键连接而成的多糖，分子量约50000～2500000，相当于300～15000个葡萄糖基。

由于纤维素是由许多葡萄糖分子经糖苷键连接而成，所以其上有极其丰富的C-O键和O-H键，以其为助滤剂成份用于过滤时，植物纤维与颗粒之间形成搭桥作用，以它助滤的出水清洁度较高。同样，木纤维具有亲水表面，为水的长途输运提供通道。

粉煤灰和木纤维的搭配，则利用粉煤灰具有一定颗粒级配而没有取向性的特性，植物纤维具有长径之分而发生一定的以取向性的特性，两者搭配形成体相的、网络的亲水通道，达到助滤效果。

本发明提供的用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，有益效果如下：

1、由于采用十二水硫酸铝铵、粉煤灰和植物纤维的搭配，形成一定颗粒级配并且晶体化的无机盐，粉煤灰和植物纤维的表面的浸润性能好，水分子能顺畅通过而不会将其溶解，这些加入的晶体覆盖在钙盐的表面，充当的水通道；这些晶体化的钙盐属于单斜和斜方晶系，晶系的对称性低，晶面密合程度就不高，自然就会有很强的孔穴形成能力，使整个泥块体相布满孔穴，尤如筛网一般，为水提供通道。复合助滤剂的显微结构表明，不同直径的颗粒进行混配，既降低了泥块体相的密实性，又为水提供了通道，达到助滤效果，对各种盾构工程废浆均有较好的助滤效果，压滤可快速进行。添加复合助滤剂后的泥浆，15分钟内的出水量可达到原泥浆压滤时出水量的2倍，最大时可达4倍，尤其适用于工程现场泥浆（pH值8～12；比重：1.1～1.3吨；漏斗粘度16～200秒）。

2、复合助滤剂组成中，由于未加入任何重金属盐，压滤产生的水，经测量其重金属含量远低于国家一级排放标准，COD、总有机碳等指标低于国家一级污水排放标准，压滤后滤饼含水分低，滤饼和滤水均属于环境友好产物。

3、滤饼可用于建筑砌块的开发、道路底部填料的开发、矿井回填填料、农场底部填料开发等多种用途，成为可再生性资源。

4、配方的各组分均为市售价格较便宜的商品，且每吨泥浆所需复合助滤剂用量少，处理成本低，经计算，处理成本大约14.5元/吨泥浆，极大地降低了处理成本，有利于大规模推广应用。

5、由于各组分均为粉末固体，固相混合后所得的复合助滤剂也为粉末固体，所占体积小，化学性质稳定，密度仅为1.7～1.9×10³ Kg·m³，适于长期存放，运输及储存方便。

6、只需将各组分混配均匀后即可使用，配制操作程序简单，使用方便。

具体实施方式

实施例一

一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：

工业级十二水硫酸铝铵14%、20-100目粉煤灰45%、20-100目木纤维41%，混合均匀配制成复合助滤剂。

实验室泥浆配制：取回工地工程泥浆，不调节pH值，不添加其他化学成份；加入絮凝剂，取回工地工程泥浆，不调节pH值，不添加其他化学成份；用絮凝剂对泥浆进行絮凝，絮凝体形成后，分离出上层清液，得到絮凝泥浆。

实验：称取上述絮凝后的泥浆50.01克，添加配制的复合助滤剂0.60克，搅拌均匀后，在模拟工程设备压滤机上压滤，15分钟总出水量为30.69g。

进行对照实验：同样条件下称取上述絮凝后的泥浆50.01克，不添加复合助滤剂，在模拟工程设备压滤机上压滤，测得15分钟总出水量为9.68g。

实验结论：絮凝后的泥浆加入复合助滤剂的出水效果明显，加入复合助滤剂后的泥浆出水量是未加的3.17倍。

提取加入复合助滤剂后的泥浆滤液和未经过过滤的泥浆上层清液，经检测，关键环境指标数据如以下的表1所示。（由于所检测对象为工程泥浆，是由未被污染的泥土制成，制备过程中所用的添加剂也含非常见的重金属和放射性元素，也不含氰化物、挥发酚、矿物油等污染物，所以，对压滤水只检测了部分环境指标。）

 表1实施例一所测主要环境指标

（除pH值以外的其他指标的单位均为mg·L^-1）

从表1的各项检测结果可知，经本复合助滤剂化学助滤后的滤液符合污水排放标准，环境友好。

实施例二

一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：

工业级十二水硫酸铝铵12%、20-100目粉煤灰55%、20-100目木纤维33%，混合均匀配制成复合助滤剂。

实验室配制泥浆：取回工地工程泥浆，不调节pH值，不添加其他化学成份；用絮凝剂对泥浆进行絮凝，絮凝体形成后，分离出上层清液，得到絮凝泥浆。

充分搅拌。

实验：称取上述絮凝后的泥浆50.03克，添加配制的复合助滤剂0.41克，搅拌均匀后，在模拟工程设备压滤机上压滤，15分钟总出水量为21.87g。

进行对照实验：同样条件下称取上述絮凝后的泥浆50.03克，不添加复合助滤剂，在模拟工程设备压滤机上压滤，测得15分钟总出水量为9.72g。

实验结论：絮凝后的泥浆加入复合助滤剂的出水效果明显，加入复合助滤剂后的泥浆出水量是未加的2.25倍。

提取加入复合助滤剂后的泥浆滤液和未经过过滤的泥浆上层清液，经检测，环境关键指标数据如表2所示。

表2实施例二所测主要环境指标

（除pH值以外的其他指标的单位均为mg·L^-1）

 

 从上表的各项检测结果可知，经本复合助滤剂化学助滤的滤液符合废水排放标准，环境友好。

实施例三

一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：

十二水硫酸铝铵9%；20-100目粉煤灰54%； 20-100目木纤维37%，混合均匀配制成复合助滤剂。

实验室配制泥浆：取回工地工程泥浆，不调节pH值，不添加其他化学成份；用复合絮凝剂对泥浆进行絮凝，絮凝体形成后，分离出上层清液，得到絮凝泥浆。

实验：称取上述絮凝泥浆50.01克，添加配制的复合助滤剂0.50克，搅拌均匀后，在模拟工程设备压滤机上压滤，15分钟总出水量为18.89g。

进行对照实验：同样条件下称取上述絮凝后的泥浆50.02克，不添加复合助滤剂，在模拟工程设备压滤机上压滤，测得15分钟总出水量为9.41g。

实验结论：絮凝后的泥浆加入复合助滤剂的出水效果明显，加入复合助滤剂后的泥浆出水量是未加的2.01倍。

提取加入复合助滤剂后的泥浆滤液和未经过过滤的泥浆上层清液，经检测，环境关键指标数据如表3。

表3 实施例三所测主要环境指标

（除pH值以外的其他指标的单位均为mg·L^-1）

 

 表3的各项检测结果表明，经本复合助滤剂化学助滤的滤液符合污水排放标准，对环境友好。

 

实施例四

一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：

十二水硫酸铝铵14%；20-100目粉煤灰60%； 20-100目木纤维26%，混合均匀配制成复合助滤剂。

实验室配制泥浆：取回工地工程泥浆，不调节pH值，不添加其他化学成份；用复合絮凝剂对泥浆进行絮凝，絮凝体形成后，分离出上层清液，得到絮凝泥浆。

实验：称取上述絮凝泥浆50.04克，添加配制的复合助滤剂0.05克，搅拌均匀后，在模拟工程设备压滤机上压滤，15分钟总出水量为12.65g。

进行对照实验：同样条件下称取上述絮凝后的泥浆50.02克，不添加复合助滤剂，在模拟工程设备压滤机上压滤，测得15分钟总出水量为9.60g。

实验结论：絮凝后的泥浆加入复合助滤剂的出水效果明显，加入复合助滤剂后的泥浆出水量是未加的1.32倍。

提取加入复合助滤剂后的泥浆滤液和未经过过滤的泥浆上层清液，经检测，环境关键指标数据如表4。

表4 实施例四所测主要环境指标

（除pH值以外的其他指标的单位均为mg·L^-1）

 表4的各项检测结果表明，经本复合助滤剂化学助滤的滤液符合污水排放标准，对环境友好。

 

实施例五

一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，它由以下组份（重量百分数）配制而成：

十二水硫酸铝铵9%；20-100目粉煤灰45%； 20-100目木纤维46%，混合均匀配制成复合助滤剂。

实验室配制泥浆：取回工地工程泥浆，不调节pH值，不添加其他化学成份；用复合絮凝剂对泥浆进行絮凝，絮凝体形成后，分离出上层清液，得到絮凝泥浆。

实验：称取上述絮凝泥浆50.03克，添加配制的复合助滤剂0.21克，搅拌均匀后，在模拟工程设备压滤机上压滤，15分钟总出水量为15.83g。

进行对照实验：同样条件下称取上述絮凝后的泥浆50.03克，不添加复合助滤剂，在模拟工程设备压滤机上压滤，测得15分钟总出水量为9.50g。

实验结论：絮凝后的泥浆加入复合助滤剂的出水效果明显，加入复合助滤剂后的泥浆出水量是未加的1.67倍。

提取加入复合助滤剂后的泥浆滤液和未经过过滤的泥浆上层清液，经检测，环境关键指标数据如表3。

表5 实施例五所测主要环境指标

（除pH值以外的其他指标的单位均为mg·L^-1）

 

 表5的各项检测结果表明，经本复合助滤剂化学助滤的滤液符合污水排放标准，对环境友好。

Claims (2)

1. 一种用于盾构工程泥浆的复合助滤剂配方，其特征在于它由以下组份（重量百分数）配制而成：

十二水硫酸铝铵9～14 %；20-100目粉煤灰45～60 %； 20-100目木纤维26～46 %。

2.根据权利要求1所述的用于盾构工程泥浆的复合助滤剂的配方，其特征在于各组分的重量百分数为：

十二水硫酸铝铵14%；20-100目粉煤灰45%； 20-100目木纤维41%。