CN105271630A - 一种节能环保型淤泥改性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能环保型淤泥改性材料及其制备方法，该改性材料由一定比例的工业废渣、水泥熟料、二水石膏、石灰石、激发剂和助磨剂为原料制备而成。其制备方法是：1)按照上述配比称取各原料；2)将称取的各原料混合均匀得原料混合物，然后将原料混合物在200～400℃下烘干20-40分钟，再将烘干的原料混合物粉磨20-40分钟，使其比表面积达600m²/kg以上。该改性材料能够对疏浚淤泥进行物理化学改性，有效改善淤泥的脱水效率，提高脱水后淤泥的工程性质，固化稳定化其中的有毒有害重金属。该制备方法工艺流程简单，操作方便。

Description

一种节能环保型淤泥改性材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及环境修复工程和水利工程技术领域，具体涉及一种节能环保型淤泥改性材料，同时涉及一种节能环保型淤泥改性材料的制备方法。

背景技术

我国江河纵横，湖泊众多，但是由于环境污染和水体自然老化等多种原因，湖泊、河道淤积和污染问题日益严重。淤积的淤泥不仅造成湖泊河道储水量骤减、通航能力下降等水利问题，大量积累污染物的淤泥还成为湖泊河流的内源污染源，对这些水体的环境功能造成极大影响，这些都严重制约了水环境治理的整体进程。

清淤疏浚是解决江河湖泊的水利和环境问题的重要举措。但是疏浚淤泥因为含水率高、压缩性高、强度低和含有有毒有害污染物，造成其安全处理处置成为一大难道。目前淤泥处理的一种有效方法是：在淤泥中加入改性材料，改善淤泥脱水性能、提高脱水效率、增强工程性质和固化稳定化其中的有毒有害污染物，从而使淤泥转化为可以资源化利用的工程用土。而开发合适的淤泥改性材料则是这种处理方法的前提和关键。

另外，在冶金、化工、电力等工业的生产活动中会产生大量的固体废弃物，这些工业废渣未被有效利用。这些废渣具有潜在的活性或胶凝性，开发这类废渣的高效利用技术对于促进循环经济的发展、提高节能减排工作的效率具有重要的意义。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种节能环保型淤泥改性材料及其制备方法，该改性材料能够对疏浚淤泥进行物理化学改性，有效改善淤泥的脱水效率，提高脱水后淤泥的工程性质，固化稳定化其中的有毒有害重金属。该制备方法工艺流程简单，操作方便。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

所述的工业废渣为高炉矿渣与钢渣、粉煤灰、磷渣、硅锰渣、铬铁渣、煤矸石、烧页岩、烧粘土和煤渣中至少一种的混合物。

所述的激发剂为碳酸钠、氢氧化钠和硅酸钠中的至少一种。

所述的助磨剂为三乙醇胺、丙三醇、二甘醇、辛醇、木质素磺酸钙和糖钙中的至少一种。

一种节能环保型淤泥改性材料的制备方法，包括如下步骤：

1)按照权利要求1所述的配比称取各原料；

2)将称取的各原料混合均匀得原料混合物，然后将原料混合物在200～400℃下烘干20-40分钟，再将烘干的原料混合物粉磨20-40分钟，使其比表面积达600m²/kg以上。

本发明的节能环保型淤泥改性材料的作用原理如下：

该改性材料中含有的硅酸钙、铝酸钙和铁铝酸钙等在有水的条件下，与水作用生成水化硅酸钙(CSH)凝胶、水化铝酸钙、氢氧化钙和钙矾石。随着水化反应的进行，工业废渣中的活性硅酸根和铝酸根，与氢氧化钙和二水硫酸钙作用，同样生成CSH凝胶和钙矾石，由此水化生成大量的CSH凝胶、钙矾石和氢氧化钙。针状钙矾石起着骨架作用，与CSH凝胶共同粘接淤泥中的土粒，在淤泥颗粒之间形成了网状结构，增强土粒间的连结。钙矾石的形成以及氧化钙水化，可以吸收大量孔隙水和弱结合水，并产生较大的固相体积膨胀，填充了孔隙，起密实作用，进一步强化了土粒间连结，也排挤出了孔隙水。而水化产生的氢氧化钙被粘土吸附而团粒化，并与碱、SO₃共同激发土粒的火山灰活性，形成CSH凝胶和膨胀性的钙矾石，从而使淤泥经改性后具有较高的强度，较好的压缩性和耐水性。在这个过程中，淤泥土粒的表面结构也发生了改变，由亲水性转变成疏水性，提高了淤泥的析水效果，使得淤泥的脱水固结性能显著改善，与此同时，水化形成的硅铝酸盐矿物通过化合、包裹、吸附等作用，能够固化稳定化淤泥中有毒有害物质(如：重金属)，有效降低这些重金属离子向周围环境释放的浸出浓度。

本发明与现有技术相比，其有益效果和优点在于：

1)该改性材料以工业废渣为主要原料，能够将工业生产活动中产生大量的固体废弃物进行充分的资源化再利用，有利于循环经济的发展，提高了社会节能环保水平。

2)淤泥经本发明的改性材料改性后，其脱水性能和工程性质明显改善，能够满足江河堤坝填筑材料、工程回填用土、园林用土、山体修复用土和填埋场覆盖土等多种场合的要求，有助于实现淤泥的资源化利用。试验表明，淤泥经本发明的改性材料改性后，其各项性能如下：含水率低于40％，粘聚力大于50KPa，内摩擦角大于25℃，七天无侧限抗压强度不小于100KPa。

3)淤泥经本发明的改性材料改性后，其所含的重金属的浸出浓度明显下降，对周围环境基本实现了无重金属污染，从而实现了淤泥的无害化安全处理。

4)该制备方法工艺流程简单，操作方便，生产成本低，对环境无污染。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

此处的钢渣、粉煤灰可以由磷渣、硅锰渣、铬铁渣、煤矸石、烧页岩、烧粘土和煤渣中一种或几种代替，代替的效果与采用钢渣、粉煤是一样的。

上述节能环保型淤泥改性材料，其步骤是：

1)按照上述配比称取高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、水泥熟料、二水石膏、石灰石、氢氧化钠和三乙醇胺；

2)先将各原料混合均匀，得原料混合物，然后将原料混合物置于烘干机烘干40分钟，烘干温度为250℃，再将烘干的原料混合物在球磨机中粉磨40分钟，使其比表面积达600m²/kg，即得到该节能环保型淤泥改性材料。

实施例2

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

此处的钢渣可以由粉煤灰、磷渣、硅锰渣、铬铁渣、煤矸石、烧页岩、烧粘土和煤渣中一种或几种代替，代替的效果与采用钢渣是一样的。

上述节能环保型淤泥改性材料，其步骤是：

1)按照上述配比称取高炉矿渣、钢渣、水泥熟料、二水石膏、石灰石、硅酸钠和丙三醇；

2)先将各原料混合均匀，得原料混合物，然后将原料混合物置于烘干机烘干30分钟，烘干温度为200℃，再将烘干的原料混合物在球磨机中粉磨40分钟，使其比表面积达625m²/kg，得到该节能环保型淤泥改性材料。

实施例3

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

此处的钢渣、粉煤灰可以磷渣、硅锰渣、铬铁渣、煤矸石、烧页岩、烧粘土和煤渣中一种或几种代替，代替的效果与采用钢渣、粉煤是一样的。

此处的钙糖、三乙醇胺可以用丙三醇、二甘醇、辛醇和木质素磺酸钙中的一种或几种代替，其效果和采用钙糖、三乙醇胺是一样的。

上述节能环保型淤泥改性材料，其步骤是：

1)按照上述配比称取高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、水泥熟料、二水石膏、石灰石、碳酸钠、三乙醇胺和糖钙；

2)先将各原料混合均匀，得原料混合物，然后将原料混合物置于烘干机烘干20分钟，烘干温度为300℃，再将烘干的原料混合物在球磨机中粉磨30分钟，使其比表面积达648m²/kg，得到该节能环保型淤泥改性材料。

实施例4

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

此处的钢渣、粉煤灰可以磷渣、硅锰渣、铬铁渣、煤矸石、烧页岩、烧粘土和煤渣中一种或几种代替，代替的效果与采用钢渣、粉煤是一样的。

此处的三乙醇胺、木质素磺酸钙可以用丙三醇、二甘醇、辛醇和糖钙中的一种或几种代替，其效果和采用三乙醇胺、木质素磺酸钙是一样的。

上述节能环保型淤泥改性材料，其步骤是：

1)按照上述配比称取高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、水泥熟料、二水石膏、石灰石、碳酸钠、氢氧化钠、三乙醇胺和木质素磺酸钙；

2)先将各原料混合均匀，得原料混合物，然后将原料混合物置于烘干机烘干20分钟，烘干温度为300℃，再将烘干的原料混合物在球磨机中粉磨30分钟，使其比表面积达663m²/kg，得到该节能环保型淤泥改性材料。

实施例5

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

上述节能环保型淤泥改性材料，其步骤是：

1)按照上述配比称取高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、水泥熟料、二水石膏、石灰石、碳酸钠和二甘醇；

2)先将各原料混合均匀，得原料混合物，然后将原料混合物置于烘干机烘干30分钟，烘干温度为350℃，再将烘干的原料混合物在球磨机中粉磨30分钟，使其比表面积达685m²/kg，得到该节能环保型淤泥改性材料。

实施例6

一种节能环保型淤泥改性材料，由以下重量百分数的原料制备而成：

此处的钢渣、粉煤灰可以磷渣、硅锰渣、铬铁渣、煤矸石、烧页岩、烧粘土和煤渣中一种或几种代替，代替的效果与采用钢渣、粉煤是一样的。

此处的三乙醇胺、辛醇可以用丙三醇、二甘醇、木质素磺酸钙和糖钙中的一种或几种代替，其效果和采用三乙醇胺、辛醇是一样的。

上述节能环保型淤泥改性材料，其步骤是：

1)按照上述配比称取高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、水泥熟料、二水石膏、石灰石、碳酸钠、三乙醇胺和辛醇；

2)先将各原料混合均匀，得原料混合物，然后将原料混合物置于烘干机烘干40分钟，烘干温度为400℃，再将烘干的原料混合物在球磨机中粉磨20分钟，使其比表面积达708m²/kg，得到该节能环保型淤泥改性材料。

试验一、本发明的节能环保型淤泥改性材料的改性试验

试验材料：实施例1-6所述的节能环保型淤泥改性材料

试验方法：

称取实施例1-6所述的节能环保型淤泥改性材料各5kg、7组50kg含水率为70％的城市湖泊淤泥，先将6组节能环保型淤泥改性材料分别倒入6个搅拌机中，然后将其中6组淤泥分别倒入6个搅拌机中，搅拌均匀，再将6组搅拌均匀的混合物料出料，现场进行物理泌水，堆放7天后得到6组改性后的淤泥，即为6个试验组，试验组1-6分别对应用实施例1-6所述的节能环保型淤泥改性材料改性所得的修改性后的淤泥。同时将剩余的1组城市湖泊淤泥不添加任何淤泥改性材料，直接现场堆放进行物理泌水，堆放七天后得到堆干的未改性的淤泥，即为对照组。检测6个试验组所得的改性后的淤泥和对照组所得的未改性的淤泥的相关力学性能、重金属浸出浓度。

试验结果：

相关力学性能的检测结果如表1所示；

由上表可知，在含水率方面，试验组1-6改性后的淤泥远低于对照组未改性的淤泥，在粘聚力、内摩擦角和7天无侧限抗压强度方面，试验组1-6改性后的淤泥远高于对照组未改性的淤泥。且淤泥经本发明的节能环保型淤泥改性材料改性后，其含水率低于40％，粘聚力大于50KPa，内摩擦角大于25℃，七天无侧限抗压强度大于100KPa。由此可见，本发明的节能环保型淤泥改性材料能有效地对淤泥进行脱水，以及有效地改善其工程性质。

重金属浸出浓度的检测结果如表2所示；

由上表可知，在重金属浸出浓度方面，试验组1-6改性后的淤泥远低于对照组未改性的淤泥，尤其是铅、镉等重金属，其浸出浓度大幅度降低，不会对环境和人类造成危害。由此可见，该节能环保型淤泥改性材料能固化稳定化淤泥中的重金属，有效降低重金属的浸出浓度。

Claims (7)

1.一种节能环保型淤泥改性材料，其特征在于由以下重量百分数的原料制备而成：

2.根据权利要求1所述的节能环保型淤泥改性材料，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的节能环保型淤泥改性材料，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的节能环保型淤泥改性材料，其特征在于：所述的工业废渣为高炉矿渣与钢渣、粉煤灰、磷渣、硅锰渣、铬铁渣、煤矸石、烧页岩、烧粘土和煤渣中至少一种的混合物。

5.根据权利要求1所述的节能环保型淤泥改性材料，其特征在于：所述的激发剂为碳酸钠、氢氧化钠和硅酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的节能环保型淤泥改性材料，其特征在于：所述的助磨剂为三乙醇胺、丙三醇、二甘醇、辛醇、木质素磺酸钙和糖钙中的至少一种。

7.一种权利要求1所述的节能环保型淤泥改性材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

1)按照权利要求1所述的配比称取各原料；

2)将称取的各原料混合均匀得原料混合物，然后将原料混合物在200-400℃下烘干20-40分钟，再将烘干的原料混合物粉磨20-40分钟，使其比表面积达600m²/kg以上。