CN103319067B

CN103319067B - 一种环保型淤泥固化方法

Info

Publication number: CN103319067B
Application number: CN201310204944.6A
Authority: CN
Inventors: 储诚富; 华威; 洪书尧; 漆春; 孙渝波
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2033-05-28
Also published as: CN103319067A

Abstract

本发明公开了一种环保型淤泥固化方法，是将骨料和固化剂混合均匀得到混合料，将所述混合料与待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置1-3天固化；所述骨料为工业废料铁尾矿渣，所述固化剂为硅酸盐水泥和电石渣的混合物。本发明固化后的淤泥无侧限抗压强度显著提高，经测定：固化土7天无侧限抗压强度达到0.40-0.98MPa，28天无侧限抗压强度达到0.65-1.96MPa，90天无侧限抗压强度达到1.31-3.67MPa，相应CBR值58.1-136.5%；可用作道路、坝体、机场跑道、工程回填等填筑材料，具有巨大的经济效益和工程建设意义。

Description

一种环保型淤泥固化方法

一、技术领域

本发明涉及一种环保型淤泥固化方法，是对河道、湖泊及土木和水利工程中所产生的淤泥的固化处理方法。

二、背景技术

关于淤泥，在河道、湖泊的疏通以及在土木工程、水利工程中会产生大量高含水率的淤泥，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质，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水源，造成一系列社会问题。

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。目前绝大部分淤泥采用抛泥处置，该方法占用大量的土地，还由于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，从而在占用大量土地的同时增大了工程造价；热处理方法是通过加热、烧结的方法将淤泥转化为建筑材料，该方法处理能力小、成本高，难于大规模推广利用；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。这种方法对于含水率较高的淤泥来说，所添加的固化剂量比较大，成本也很高，且往往达不到理想的固化效果。因此，若能找到一种廉价的固化剂，能显著改良淤泥的性质，使淤泥得到合理的利用，这样既能解决工程建设用土和淤泥存放的难题，同时又能节约大量的土地。

关于电石渣，电石渣是电石水解获取乙炔气体后得到的以氢氧化钙为主要成分的工业废渣。一吨电石加水可生成300多千克的乙炔气体，同时生成10吨含固量约12%的电石渣浆，如何处置这大量的电石渣废料问题，一直以来都是令生产商头疼的问题。

电石渣中主要成分是氢氧化钙，同时还含有硫化物、磷化物等有毒有害物质。目前大部分厂商对电石渣的处置主要是送至低凹的山谷或海边，用于填沟填海。由于电石渣中含有硫化物、磷化物等有害物质，这种直接填埋的方法容易造成较严重的环境污染。另外，也有部分厂商利用电石渣来替代石灰石制水泥、生产生石灰用作电石原料及生产化工产品等，这种方法虽然能重新利用电石渣，但是由于工艺复杂，生产成本较高，只能处理少部分的电石渣重新利用问题，目前还难以大范围推广。

关于铁尾矿渣，铁尾矿渣是矿山企业在选矿完成后排放的废渣矿渣，多以泥浆形式外排，日积月累形成尾矿库。尾矿库占地面积大，而且极具安全隐患，另外在尾矿库中富含的选矿药剂尾矿的水渗透到地下，对环境、地下水也会造成极大的污染。据统计，2000年以前，我国矿山产出的尾矿总量为50.26亿吨，其中，铁矿尾矿量为26.14亿吨，主要有色金属的尾矿量为21.09亿吨，黄金尾矿量为2.72亿吨，其他0.31亿吨。2000年我国矿山年排放尾矿达到6亿吨，按此推算，现有尾矿的总量80亿吨左右。在目前的技术条件下，研究如何充分利用丰富的铁尾矿渣资源具有重要意义。

目前，对铁尾矿渣的处理方法一般是作为矿山地下开采采空区的充填料，即水砂充填料或胶结充填的集料；或者直接在铁尾矿渣堆积场上覆土造田，种植农作物或植树造林；目前最具经济效益的处理方法是尾矿制砂和作为建筑材料的原料，可用于制作水泥、尾砂砖瓦、玻璃等以及用于公路填筑等。由于技术、经济方面的原因，目前铁尾矿渣采用以上处理方法的较少，大多数铁尾矿渣还是采用露天堆放。因此寻求一种利用工业废料铁尾矿渣作为建筑材料，实现“以废治废”将具有明显的经济效益和社会效益。

三、发明内容

本发明旨在提供一种环保型淤泥固化方法，是利用电石渣、铁尾矿渣等廉价工业废料对淤泥进行处理，以废治废，将废弃淤泥改良成工程建设用土，既可减少工程用土征地的面积，也可免除铁尾矿渣、电石渣及疏浚淤泥存放占地面积。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明环保型淤泥固化方法，其特征在于：

将骨料和固化剂混合均匀得到混合料，将所述混合料与待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置1-3天固化即可。

所述骨料为工业废料铁尾矿渣，骨料的质量为待固化的淤泥质量的45-60%；

所述固化剂为硅酸盐水泥和电石渣的混合物，固化剂的质量为待固化的淤泥质量的15-30%。

所述硅酸盐水泥和所述电石渣的质量比为1:1-3。

所述电石渣和所述铁尾矿渣的含水量小于2%。

所述待固化的淤泥中粘粒含量为29.6-39.9%，粉粒含量为37.8-53.1%，砂粒含量为8.4-14.7%，有机质含量为4.3-8.4%。以上各百分比皆为质量百分比，且在计算时不包括待固化的淤泥中所含的水分，即是以待固化的淤泥的干重作为总质量计算粉粒、砂粒、有机质的质量百分比。本发明所使用的待固化的淤泥的含水量为65.0-95.0%。

本发明利用水泥的水化、水解反应来改善淤泥的性质，普通硅酸盐水泥的主要成分为硅酸三钙，其中一个CaO很容易被释放，与淤泥中粘土颗粒及水产生一系列的物理化学反应，形成水化硅酸盐凝胶，附着于土颗粒或土骨架上或土骨架孔壁上，形成较为完整的土骨架，提高固化后淤泥的强度。电石渣吸水性好，主要成分为Ca(OH)₂，与粘土产生离子交换和硬化反应，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙等化合物，可与土粒之间产生较强的胶结作用，增强了土骨架的稳定性，从而提高了固化土的强度。铁尾矿渣主要以粒径大于0.1mm的细砂为主，占铁尾矿渣总质量的92%以上，其中粒径大于0.25mm的颗粒质量占铁尾矿渣总质量的48%以上。铁尾矿渣在淤泥的裹挟作用下充当骨料，极大改善固化后淤泥的颗粒级配和排水能力，从而增强了固化土骨架的强度。

本发明是在传统的添加水泥来固化淤泥的基础上进行改进，通过加入工业生产中大量产生的能够促进水泥水化、水解反应的废料电石渣，同时加入起骨架作用的铁尾矿渣，在不影响固化效果的前提下选择水泥、电石渣及铁尾矿渣三者的最佳固化掺入比，使工业废料可以最大限度的替代部分水泥的量，从而降低淤泥固化的造价，并达到以废治废的目的。

本发明中将骨料、加固剂与淤泥通过机构搅拌充分均匀即可进行固化。固化后的淤泥无侧限抗压强度显著提高，经测定：固化土7天无侧限抗压强度达到0.40-0.98MPa；28天无侧限抗压强度达到0.65-1.96MPa；90天无侧限抗压强度达到1.31-3.67MPa，相应CBR值58.1-136.5%；可用作道路、坝体、机场跑道、工程回填等填筑材料，具有巨大的经济效益和工程建设意义。

与已有技术相比，本发明有益效果体现有:

1、处理效果好：本发明的方法能在短时间内显著提高淤泥的强度，满足工程施工要求，并且施工简单，通过机械搅拌充分混合即可；

2、环境保护：利用本发明可以减少工程中产生的淤泥的废弃处置对大量土地的占用和对周围环境的污染，同时解决目前因铁尾矿渣引起的地质灾害问题；

3、资源再生利用：利用本发明，将废弃的淤泥、尾矿渣及电石渣处理为工程性质良好土工材料，固化后的淤泥可用于道路、坝体、机场跑道、工程回填等填筑土，产生了再生资源；

4、价格低廉，以废治废：固化剂的主要成分电石渣，骨料铁尾矿渣属于工业废弃物，水泥相对于已有淤泥固化方法，用量大大较少，致该种淤泥固化非要显著降低，同时利用工业废弃物来治理废弃淤泥，得到新的可利用资源，达到了以废治废的目的。

四、具体实施方式

本发明所述的电石渣及铁尾矿渣的含水量应小于2%，若含水量超过该值，可以采用先自然晒干或者预先烘干法。试验淤泥选用合肥市淝河的疏浚淤泥，其含水量为85.0%，重度15.0kN/m³，粘粒含量32.1%，粉粒含量为49.8%，砂粒含量为11.7%，有机质含量6.4%。试验所用淤泥称取重量3.0kg。

实施例1：

将工业废料铁尾矿渣1.35kg、硅酸盐水泥0.30kg和电石渣0.30kg放入搅拌机搅拌均匀得到混合料，将所述混合料与3.0kg待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置固化。

固化后淤泥7天无侧限抗压强度可达到434kPa，28天无侧限抗压强度可达到653kPa，90天无侧限抗压强度可达到1305kPa，相应CBR值61.1%，远大于路基填土CBR值大于8%的强度要求，满足作为填筑土的强度要求。

实施例2：

将工业废料铁尾矿渣1.80kg、硅酸盐水泥0.38kg和电石渣0.38kg放入搅拌机搅拌均匀得到混合料，将所述混合料与3.0kg待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置固化。

固化后淤泥7天无侧限抗压强度可达到867kPa，28天无侧限抗压强度可达到1434kPa，90天无侧限抗压强度可达到2175kPa，相应CBR值108.4%，满足作为填筑土的力学性质要求。

实施例3：

将工业废料铁尾矿渣1.80kg、硅酸盐水泥0.25kg和电石渣0.25kg放入搅拌机搅拌均匀得到混合料，将所述混合料与3.0kg待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置固化。

固化后淤泥7天无侧限抗压强度可达到762kPa，28天无侧限抗压强度可达到1443kPa，90天无侧限抗压强度可达到1906kPa，相应CBR值83.2%，满足作为填筑土的力学性质要求。

实施例4：

将工业废料铁尾矿渣1.80kg、硅酸盐水泥0.19kg和电石渣0.56kg放入搅拌机搅拌均匀得到混合料，将所述混合料与3.0kg待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置固化。

固化后淤泥7天无侧限抗压强度可达到398kPa，28天无侧限抗压强度可达到878kPa，90天无侧限抗压强度可达到1540kPa，相应CBR值67.3%，满足作为填筑土的力学性质要求。

实施例5：

将工业废料铁尾矿渣1.80kg、硅酸盐水泥0.45kg和电石渣0.45kg放入搅拌机搅拌均匀得到混合料，将所述混合料与3.0kg待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置固化。

固化后淤泥7天无侧限抗压强度可达到928kPa，28天无侧限抗压强度可达到1793kPa，90天无侧限抗压强度可达到2591kPa，相应CBR值124.5%，满足作为填筑土的力学性质要求。

Claims

1.一种环保型淤泥固化方法，其特征在于：

将骨料和固化剂混合均匀得到混合料，将所述混合料与待固化的淤泥混合，搅拌均匀后静置1-3天固化；

所述固化剂为硅酸盐水泥和电石渣的混合物，固化剂的质量为待固化的淤泥质量的15-30%；所述硅酸盐水泥和所述电石渣的质量比为1:1-3；

所述电石渣和所述铁尾矿渣的含水量小于2%；

所述待固化的淤泥中粘粒含量为29.6-39.9%，粉粒含量为37.8-53.1%，砂粒含量为8.4-14.7%，有机质含量为4.3-8.4%。