CN105414146A - 改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法。本发明提供的技术方案是利用有机物废料发酵后生成的腐殖质和腐殖酸对赤泥的理化性质进行中性改良和富营养土改良，该方法工艺简单、易操作，不需要特殊的环境、设备工具，可实现“以废治废、变废为宝”，低成本大宗消纳赤泥，具有良好的环境效益和社会及经济效益。其次，为了扩大改良赤泥的其他用途，再将改良后的赤泥与页岩粉等其他材料混合成球，然后利用回转窑通过高温烧结制成陶粒，以作为许多建材产品的原材料使用，从而实现了大宗消纳赤泥的目的。

Description

改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法

技术领域

本发明涉及一种环境综合治理农业或林业的整地方法，以及建筑原材料的生产方法，具体涉及一种改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法。

背景技术

一、赤泥简介

赤泥是氧化铝生产过程中产生的废渣，每生产1t氧化铝要排出1.0-2.0t赤泥。大量赤泥的堆存不仅侵占大量土地，而且由于赤泥颗粒细、碱含量高(赤泥浆pH值在10-14之间)的特点，自然状态下脱水周期长，以致游离碱等其他有害元素渗漏；而干燥后又易造成扬尘，从而造成环境污染，以及存在溃坝安全隐患。以中铝焦作公司为例，几十年来所堆积的赤泥已达上亿吨，尾矿库有十几个，但目前焦作市政府已不再增批新的尾矿库，完全靠企业自身消纳，但所消纳的赤泥数量非常有限，给企业带来巨大的经营困难。综览我国目前关于赤泥综合利用现状，如2010年产量为3000万t，2015年产量为3500万t；2010年综合利用量为120万t，利用率仅为4％；2015年计划综合利用量为700万t，其综合利用率也仅为20％。虽然我国对赤泥大宗开发利用研究起步较晚，但已经在赤泥提铁、赤泥制作硅钙肥、赤泥胶结充填矿山采空区、赤泥用作处理酸性废水的混凝剂、赤泥用作水泥及建筑砖的添加剂、赤泥用作保温耐火材料、用赤泥制作微晶玻璃等方面取得了许多进展。

目前，虽然赤泥材料已在诸多领域得到应用，但其消耗量仍相当有限，大量赤泥仍然弃置在堆场无法处置，成为区域生态环境的盲区，所以对赤泥土壤进行改良的技术方法应运而生。该法一方面能低成本大量消纳赤泥，另一方面则能缓解黏土类资源日益短缺的尴尬局面。

根据我国土壤肥力分级标准，当N含量<0.06％，K₂O含量<0.1％，P₂O₅含量0.02％-0.04％时，肥力等级为极低级。经过分析，赤泥肥力在极低级标准以下。赤泥的强度碱化，会扰乱植物根系正常的生理活动(如原生质变性、养分外流、酶钝化等)，影响植物对养分的吸收，所以大多数植物都不适宜在赤泥土壤中生长，而在弱酸、中性、弱碱性土壤中，一般植物都能正常生长。正常的土壤酸碱性是土壤生态肥力的重要方面，因此，为了使赤泥成为某些植物适宜的生长介质，必须对其进行必要的基质改良。

另一方面，陶粒是近几年我国发展最快的新型建筑材料之一。陶粒以其低导热系数及优良的保温隔热性能、良好的吸声隔声性能，耐高温、抗老化、耐酸碱、环保节能、抗震、耐久性好，以及活性高、多微孔、大比表面积和强吸附能力等一系列优点，不仅被广泛应用在建筑领域，而且在环境工程的污水处理等领域也具有广泛的应用前景。目前我国生产陶粒的原料主要来源于页岩、粘土、煤矸石、沸石、污泥等非金属矿物或尾矿，因此，要增大开发固体废弃物陶粒的比例，使陶粒的原料结构变得合理，使其朝着绿色化方向发展。

二、赤泥土壤改良的现有技术方案

(1)专利CN1275884C^[1]采用氟石膏和泥炭对高碱性的赤泥进行改良，使赤泥成为适宜植物直接生长的“土壤”，改良后的赤泥也可作为某些酸性固废物堆场或石山绿化的客土来源。

(2)专利CN100522400C^[2]利用糠醛渣对赤泥进行改良，经过改良的赤泥可用作为矿山复垦或垃圾填埋的绿化用土。

(3)专利CN104262059A^[3]以电解锰渣为主对赤泥进行处理，以电解锰渣的酸性中和赤泥的碱性，以废治废，低成本地使两种废弃物的pH值都调回到适宜植物生长的正常范围。

(4)专利CN103922846A^[4]以三合一发酵剂酿造的绿肥营养液，并用100倍水稀释后，对深耕40cm后的盐碱地进行浇灌的方法实现对盐碱地土壤改良。

(5)专利CN101787286A^[5]以赤泥：熟石灰∶城市污泥∶沸石＝10∶1～2∶6～12∶3～6(质量比)作为土壤改良剂。

(6)专利CN103773380A^[6]以发酵棉杆、磷石膏和硫磺作为棉田盐碱地的改良剂。

(7)专利CN104255102A^[7]将烟杆风干、破碎、碳化处理后作为生物质碳，实现对植烟土壤改良的方法。

(8)专利CN1021344814B^[8]以沼泽红假单胞菌、膜醭毕赤酵母菌、干酪乳杆菌、细黄链霉菌与海藻复合培养而成的新型生物活菌剂，并通过添加适量的腐质酸、有机质、活性沸石粉及糖蜜，再经发酵后及其发酵产物干燥处理，然后用途盐碱土壤的改良剂。

(9)专利CN100522400C^[9]通过赤泥∶糠醛渣＝(50％～70％)∶(30％～50％)(体积比)对赤泥进行改良。

(10)专利CN101724404B^[10]主要通过赤泥和熟石灰混合，并利用植物和化学联合修复方法，对重金属污染土壤进行修复。

(11)专利CN203716135U^[11]提出了烧结法赤泥堆场边坡的生态修复方法。它是以边坡为最底层，自下而上依次为土壤改良层、钠基膨润土防水毯，基材层、种子层、保护层，通过各层间相互作用，构建一个生态修复系统，有效恢复烧结法赤泥堆场边坡的土壤生态环境

(12)专利CN101032203B^[12]提出了赤泥堆场边坡铺设生长基质的施工方法，主要通过铲除表层风化层，并把坡面铲平，然后喷洒酸性溶液；再通过构筑基础固定框架的方法，向内填充搅制好的生长基质，从而实现生态修复的方法。

(13)专利CN104255217A^[13]主要通过将裸露的赤泥堆上简单覆盖宜耕土壤后，将皇竹草和细叶结缕草进行混合种植并合理布局种植生产模式，从而实现赤泥坝场的绿化和稳定问题。

(14)专利CN102992357A^[14]通过将赤泥制浆，然后再通过沉降，分离出碱液和固体渣料，碱液通过反渗透水系统处理分离得到水和浓碱液，在浓碱液中加入草酸反应后进行沉降，得到混合稀土草酸盐，分离出离子型重稀土元素，以及碳酸钠和碳酸钾溶液。

(15)专利-CN102618292A^[15]采用无机酸与赤泥进行反应，能够除去分布在赤泥孔道中不利于固定磷的物质，使孔道得到疏通，同时无机酸中体积较小的氢离子能够置换赤泥层间的阳离子，使孔道进一步被疏通，利于磷在赤泥中扩散，进一步促进了对土壤中磷的固定，从而更好地控制土壤中磷的流失。

(16)专利CN1620850A^[16]通过卤水辅以H⁺饱和沸石调控赤泥的pH值的方法，再利用复合化肥、城市污泥、铵饱和沸石和钾饱和沸石增加土壤供肥，利用调配好的赤泥土壤进行植草。

(17)专利CN103408204A^[17]采用氟石膏(质量分数为35％～50％)将赤泥泥浆调整为液固比为5～10；然后在反应容器中搅拌并加压加热40min～120min，搅拌速度为100rpm～200rpm，压力为1.0MPa～1.6MPa，反应温度为40℃～100℃，从而实现对拜耳法赤泥进行脱碱的方法。

(18)专利CN102668836B^[18]主要通过清除赤泥堆表层风化土后，再用硫酸稀释液酸洗坡面方法改良赤泥土壤，最后通过其他施工措施实现对赤泥堆场进行绿化。

(19)专利CN102206024A^[19]主要将粉碎的磷石膏∶赤泥∶水＝(2～3)∶(4～6)∶(80～150)(质量比)进行混合均匀，并往复振荡或搅拌1.5h～2h；静置后倒出上清液，沉淀物晾干即实现赤泥快速脱碱的目的。

与本发明相比，以上对赤泥改良的方法，要么方法复杂，要么具有二次污染的可能如文献[3,10,12,16,18]，是因为诸如城市污泥、原重金属污染土壤、稀硫酸的加入等，对土壤中的重金属无法固化，以及硫酸对土壤的复杂作用等。

三、赤泥制备相关建筑材料的现有技术方案

(20)专利CN103130455A^[20]主要是将赤、粉煤灰、石灰或水泥、磷酸锰、磷酸铝、磷石膏、AFB固化剂、石灰、水泥等材料按一定比例和一定工艺，通过混合搅拌成赤泥混凝土。

(21)专利CN102838282B^[21]主要是将赤泥、废玻璃和发泡剂按一定比例混合后，经球磨到一定细度后，再经发泡、退火处理得到高强度赤泥泡沫玻璃产品。

(22)专利CN102850040B^[22]主要是将透辉石、莱阳土、蒙阴长石、莱芜长石、生焦、高密瓷石、赤泥、废坯按一定比例和一定生产工艺烧制而成建筑陶瓷。

(23)专利CN104496191A^[23]主要是将赤泥、生石灰、硅石粉和粉煤灰按一定比例混合后成球，晾干后再与白云石和焦炭混合，经熔融后通过离心机成纤，再通过粘结剂制成絮状矿物棉，进而制成岩棉制品。

(24)专利CN104387701A^[24]主要是将聚氯乙烯、赤泥、稳定剂、冲击改性剂、抗冲剂、偶联剂、石蜡、硬脂酸、发泡剂、紫外线吸收剂等材料按一定比例和一定工艺，通过模具挤出成型方式制作板材。

(25)专利CN101705025A^[25]主要是将白泥、硫酸、赤泥等按一定比例和一定工艺配制出建筑内外墙腻子。

(26)专利CN101671986B^[26]主要是将低温陶瓷固化剂、赤泥、骨料等材料按一定比例和一定工艺配制出道路水稳层。

(27)专利CN104446213A^[27]主要是将赤泥、激发剂、活性引发剂、微硅粉、缓凝剂、表面活性剂、保水剂份等材料按一定比例和一定工艺配制出该注浆材料。

(28)专利CN103526849A^[28]主要是将赤泥粉、凹凸棒陶土粉、十二烷基二甲基氧化胺、椰油酰二乙醇胺、硅树脂聚醚乳液和水按一定比例和一定工艺配制出赤泥复合型发泡剂膏状物，然后再按一定比例与过氧化氢、聚醚改性硅油和水配制出吸音板材。

(29)专利CN102561630B^[29]主要是将钾长石、石英、方解石、硼砂、碳酸钡、硅酸锆、硝酸钾、陶瓷色剂、赤泥、炉渣按一定比例和一定工艺经高温熔融后发泡而成的一种保温建筑材料。

(30)专利CN104276793A^[30]主要是将粉煤灰、矿渣、钢渣、石棉尾矿酸浸渣、偏高岭土、循环硫化床底灰、赤泥、陶砂、碱性激发剂、防水剂、玻化微珠、减水剂等材料按一定比例和一定工艺经充分混合搅拌后，入模预制成型或浇注成型建筑保温隔音材料。

(31)专利CN103467060A^[31]主要是将赤泥、高炉水淬渣、水泥和氯氧镁胶凝材料按一定比例和一定工艺压制出建筑砌块。

(32)专利CN101736851A^[32]主要是将普通硅酸盐水泥、赤泥、粉煤灰、石膏、三乙醇胺、硫酸钠、氯化钙、氨基磺酸盐减水剂和发泡剂铝粉按一定比例和一定工艺压制出建筑砌块。

(33)专利CN102491730B^[33]主要是将硬脂酸或苯磺酸、赤泥、粘土、膨松剂、发泡剂和成型粘结剂等材料按一定比例和一定工艺烧制出建筑砌块。

(34)专利CN101648402B^[34]主要是将赤泥、生石灰、活性胶凝材料、铝粉、助剂等材料按一定比例和一定工艺发泡而成建筑砌块。

(35)专利CN103626469B^[35]主要是将水玻璃、矿渣、赤泥、表面活性剂、发泡剂、稳泡剂等材料按一定比例和一定工艺发泡而成建筑砌块。

(36)专利CN104309184A^[36]主要是将粘土、石英砂、硼砂、锆英砂、氧化锌、钠长石、钾长石、锂长石、氧化锡、碳酸钡等陶瓷原料按一定比例细磨制成熔块原料，再与陶瓷色料按比例均匀混合，经高温熔融成粒彩色熔块颗粒；再与粘土、赤泥、水玻璃、膨胀蛭石等材料配制成多面彩饰轻质墙体材料。

(37)专利CN104309185A^[37]内容同文献[36]。

(38)专利CN104325727A^[38]主要将赤泥、锆渣工业废料、膨胀珍珠岩、高岭土、陶瓷色剂、腐植酸钠等材料按一定比例和一定工艺生产出赤泥膨胀珍珠岩板。

(39)专利CN102503507B^[39]主要将废玻璃粉、岩棉废料、粉煤灰、煤矸石、抛光砖废料、废瓷砖粉料、赤泥、煤粉等材料按一定比例和一定工艺，经高温烧制成赤泥轻质墙体材料。

(40)专利CN102531667B^[40]主要将赤泥、铁尾矿、长石、黄沙、发泡剂等材料按一定比例和一定工艺配制成轻质墙体材料。

(41)专利CN1225907A^[41]主要将赤泥、煤粉灰、煤矸石等材料按一定比例和一定工艺，经高温烧制成建筑用砖。

(42)专利CN104150852A^[42]主要将石渣、黄沙、粉煤灰、石膏、石灰、水、煤炭、碳酸钙粉、锰渣、赤泥等材料按一定比例和一定工艺，经高压压制成型和蒸压养护生产出建筑用砖。

(43)专利CN104150852A^[43]主要将赤泥、水玻璃、矿渣微粉、粉煤灰、稳泡剂、发泡剂等材料按一定比例和一定工艺生产出加气隔墙板。

(44)专利CN103739258A^[44]主要将赤泥、砂岩、石灰石、铁粉、高炉水渣、石膏按一定比例磨细，再经高温煅烧成水泥熟料；然后与高炉水渣、石膏共同在水泥磨中混合碾磨到一定细度成为水泥。

(45)专利CN104496231A^[45]主要是将粘土、赤泥、石灰石、石膏、钡泥、铝矾土、萤石按一定比例磨细并煅烧成熟料，然后再掺入一定量的石膏或二水石膏，粉磨至一定细度即为水泥。

(46)专利CN104446050A^[46]主要是将石油焦脱硫渣、赤泥、铝矾土、石灰石、石英粉按一定比例混合后煅烧，然后再掺入一定量的石膏，共同球磨到一定细度即为硫铝酸盐水泥。

(47)专利CN101514110A^[47]主要是将赤泥、粉煤灰、轻骨料如陶砂、漂珠、蛭石、膨胀珍珠岩等、耐火黏土和水等材料按一定比例和生产工艺烧结成砖。

(48)专利CN101205126A^[48]主要是将赤泥、粉煤灰、骨料为粗砂和碎石渣、石灰、石膏等材料按一定比例和生产工艺制作成免烧砖。

(49)专利CN1079452A^[49]主要是将赤泥、粉煤灰、石灰和石膏等材料按一定比例和一定工艺生产出免烧砖。

(50)专利CN101456722A^[50]主要是将赤泥、粘土矿和水按一定比例和工艺制成砖坯，然后通过高温烧结成砖。

(51)专利CN101456703A^[51]主要是将赤泥、粉煤灰、水泥、石灰、砂子、粘合剂和脱模剂等材料按一定比例和生产工艺制作成免烧砖。

(52)专利CN101468905A^[52]主要是将赤泥、粉煤灰、石英砂或碎石粉、石灰、石膏、水泥等材料按一定比例和生产工艺制作成免烧砖。

(53)专利CN101219883B^[53]主要是将赤泥、粉煤灰、砂石、石膏、石灰、硫酸钡粉等材料按一定比例和生产工艺制作成免烧砖。

(54)专利CN101269948A^[54]主要是以粘土、高岭土、伊利石或绿泥石为塑性物料，然后按一定比例与赤泥和水混合成型，再通过高温烧结制成砖。

(55)专利CN100431998C^[55]主要是将赤泥、石英砂等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(56)专利CN1181363A^[56]主要是将赤泥、粉煤灰、膨润土和硅藻土等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(57)专利CN103319150B^[57]主要是将赤泥、建筑废料、玻璃废料、碳酸钡废料等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(58)专利CN101747018A^[58]主要是将赤泥、粉煤灰和石灰精，或赤泥、石英砂、高岭土和石灰精，或赤泥、煤矸石和石灰精等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(59)专利CN101830707B^[59]主要是将赤泥、煤渣或粉煤灰、煤矸石等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(60)专利CN101215142A^[60]主要是将赤泥、粉煤灰、电石渣、炉渣、水泥、石膏等材料按一定比例和生产工艺制作成蒸养砖。

(61)专利CN103030372A^[61]主要是将赤泥、煤矸石、尾矿或化工厂废料、成孔剂等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(62)专利CN102320801B^[62]主要是将赤泥、镁渣、以其他废渣为骨料等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(63)专利CN102557597A^[63]主要是将赤泥和河砂等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(64)专利CN102557576A^[64]主要是将赤泥和煤矸石等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(65)专利CN102826802A^[65]主要是将赤泥、珍珠岩、石粉、水泥、硫酸钡、硫酸镁等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(66)专利CN100471816C^[66]主要是将赤泥、粉煤灰、石灰、硅砂等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(67)专利CN103739259A^[67]主要是将赤泥、砂岩、石灰石、铁粉等材料按一定比例和生产工艺先通过高温煅烧成水泥熟料，然后再与高炉水渣、石膏等材料按一定比例和生产工艺生产出水泥砖。

(68)专利CN102336543A^[68]主要是将：赤泥、水泥、砂子、外加剂、水等材料按一定比例和生产工艺生产出透水砖。

(69)专利CN100363296C^[69]主要是将赤泥、粉煤灰、骨料、电石渣、改性磷石膏等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(70)专利CN103613405A^[70]同文献[67]。

(71)专利CN102875190B^[71]主要是将赤泥、电石渣、石膏等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(72)专利CN104418582A^[72]主要是将法赤泥、页岩、炉渣等材料按一定比例和生产工艺通过高温烧结成砖。

(73)专利CN102381864A^[73]主要是将赤泥与镁渣、活性矿物材料、石灰等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(74)专利CN102381865B^[74]主要是将赤泥、镁渣、活性矿物材料(高炉渣、黄磷炉渣、粉煤灰)、石灰等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(75)专利CN104072069A^[75]主要是将赤泥、煤矸石、粉煤灰等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(76)专利CN103641402B^[76]主要是将水玻璃、活性引发料(高炉水渣、转炉钢渣、煤矸石、高岭土尾矿经高温煅烧而成)、赤泥、微硅粉等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

(77)专利CN104446357A^[77]主要是将高岭土、粉煤灰、矿渣、赤泥、粘土、硅灰、尾矿和富含硅铝质成分的矿物中的一种或多种等材料按一定比例和生产工艺制成砖坯，然后再将锂水玻璃、钠水玻璃、钾水玻璃及其他类水玻璃中的一种或多种，强碱(碱金属及碱土金属氢氧化物)、水和减水剂等材料按一定比例和生产工艺作为涂覆釉料，再经烘烤后制成釉面砖。

(78)专利CN102391006A^[78]主要是将无机粘合剂、磷酸化合物固化剂、氧化铝赤泥等材料按一定比例和生产工艺制成碱性气氛耐火砖。

(79)专利CN102276219B^[79]主要是将赤泥、胶结材料(生石灰、水泥、石膏或电石泥中的至少一种)、高炉矿渣粉、活性材料(硅砂、粉煤灰、炉渣、粒状高炉矿渣、磷渣或人工砂中的至少一种)等材料按一定比例和生产工艺制成蒸养砖。

文献[20-79]均是以赤泥为原料，再通过其他辅料，以不同比例和生产工艺，分别制成水泥熟料、水泥、免蒸砖和砌块、蒸养砖和砌块、烧结砖、板材、建筑用腻子、混凝土等常用建筑材料。但所有文献均未对赤泥进行中性改性，从而便使这些建筑材料在使用过程可能出现的“泛碱”问题，对结构安全埋下隐患。

四、赤泥制备陶粒的现有技术方案

(80)专利CN101085914B^[80]主要是将赤泥、铝矾土或耐火材料废料、碳酸钡、高岭土等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成石油压裂支撑剂。

(81)专利CN101575503B^[81])主要是将：陶瓷辊棒废料、赤泥、粉煤灰、氧化锰或碳酸钡、白云石、陶瓷粘土等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成石油压裂支撑剂。

(82)专利CN102757780B^[82]主要是将铝矿石、采矿选矿废渣、赤泥、废旧耐火材料、煤矸石等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成石油压裂支撑剂。

(83)专利CN104529400A^[83]主要是将半焦(热电厂燃烧后的工业废物)、调节剂(赤泥)、粘结剂(煤矸石)、水等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成轻质陶粒。

(84)专利CN103922670A^[84]主要是将水泥、粉煤灰、赤泥、聚苯颗粒等材料按一定比例和生产工艺制成免烧陶粒。

(85)专利CN101538131A^[85]主要是将赤泥、粉煤灰、废玻璃、淀粉、碳粉、六偏磷酸钠等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成陶粒。

(86)专利CN101538145A^[86]主要是将污泥、粘土、赤泥等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成陶粒。

(87)专利CN104193351A^[87]主要是将纯赤泥或赤泥与萤石、硅砂、钾(或钠)长石、白云石中一种或多种混合等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成石油压裂支撑剂。

(88)专利CN103396784A^[88]主要是将赤泥、粉煤灰、铝矾土、辅助添加剂(为氧化铁、氧化钛、氧化镁、锻烧氧化铝、石灰石、高岭土或石英中一种或几种的任意混合)等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成石油压裂支撑剂。

(89)专利CN102584251A^[89]主要是将赤泥粉、粉煤灰、煤矸石、玻璃粉、稀硝酸、岩土固结剂等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成陶粒。

(90)专利CN100579648C^[90]主要是将赤泥陶粒用硝酸浸泡、海水改性后作为水质除砷吸附剂，吸附后可用碱液再生。

(91)专利CN102633528B[91]主要是将磷石膏、赤泥、长石、高岭土和黄砂等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成多孔陶瓷。

(92)专利CN102336579B^[92]主要是将赤泥、烧结法赤泥、粉煤灰、粘土类物料等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成陶粒。

(93)专利CN103951391A[93]主要是将煤矸石、赤泥、玻璃粉、粘土等材料按一定比例和生产工艺，经高温烧结成陶粒。

文献[80-93]均是以赤泥为基本材料，通过添加其他材料，按一定比例和生产工艺，经高温烧结成陶粒。但所述文献均未对原状赤泥进行中性改性，仅通过辅料及其在高温烧结过程中进行改性，其显著缺陷是在使用过程中，若材料处于潮湿环境，极易出现“泛碱”现象，从而降低工程结构的耐久性，对工程存在安全隐患。

有鉴于上述现有方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合植物学、建筑科学的运用，积极加以研究创新，以期创设一种改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法，能够改进一般现有的方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法，也就是一种简单易行，并且能够低成本、大量消纳赤泥的改良方法，此法不需使用宝贵的黏土资源，而且建设容易，管理维护简单，运行费用低，能耗亦低。

赤泥的土壤改良关键是就近找到合适的改良剂和筛选到适合植物生长的植物品种，并能以较低成本、且能大宗开发利用赤泥的先进技术。本发明涉及改良大宗赤泥土壤的方法，主要是利用植物性废料发酵后所生成的腐殖酸和腐殖质对赤泥的理化性质进行改良，将植物性废料作为赤泥的改性材料。该方法简单易行，作为改性材料的植物性废料更是具有生产量大、易获得、价廉的优势，“以废治废、变废为宝”，可低成本大量消纳赤泥，有效缓解赤泥堆存及其对环境造成污染的压力。改良后的赤泥土壤可用于植物营养土、矿山复垦、石漠化治理以及增加耕土层厚度等，应用广泛，市场容量大，具有良好的环境效益和社会及经济效益。此外，利用改良后的赤泥进行陶粒烧结，不仅其物理力学性质能够满足建筑工程要求，而且耐久性好，不会出现未经处理的赤泥陶粒所出现的“泛碱”现象，从而又扩大了赤泥的大宗利用途径。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种改良大宗赤泥土壤的方法，包括以下步骤：第一步，首先在容器底(室内试验，工业生产可采用大型料仓，或沟壑，或赤泥尾坝库，或平面场地)铺上土壤疏松剂，然后铺设改性材料，再铺设赤泥；第二步，按上述第一步的构造层次循环继续依次铺放土壤疏松剂、改性材料和赤泥，直至最表层为土壤疏松剂；第三步，待上述容器装满后开始洒水，所述洒水的水量以赤泥湿透但基本不流出渗出液为准，盖上容器盖(工业生产时，可用塑料薄膜和土工布覆盖，或其他材料进行全覆盖。为了加速发酵过程，有条件时可在内部预埋加热管道)，把上述容器放置在露天地方保持1-3个月，直至改性材料发酵完成；第四步，待上述第三步发酵完成后，将土样倒出，搅拌均匀，得到适宜植物生长的改良后的赤泥土壤。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述改性材料是易腐烂的有机物。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述易腐烂的有机物是农作物秸秆、树叶、杂草、厨余垃圾、蔗渣、废醪液、稻糠(塑料类等不易腐烂的有机物除外)。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述土壤疏松剂是粒径为0.25mm-5mm的陶砂。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述容器是水泥留样桶或其他容器。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述赤泥和所述改性材料的质量比为3:1-4:1(与赤泥的pH值和改良土壤的营养程度有关)。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述赤泥的pH值范围为8-14。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述赤泥的pH值为9-11。

前述的改良大宗赤泥土壤的方法，所述赤泥的pH值范围为10.4。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种用改良后赤泥烧制陶粒的方法，该方法包括上述一种改良大宗赤泥土壤的方法的四步方法，还包括第五步，待所述赤泥改良为中性以后，再与页岩粉，或污泥，或工业废渣，按陶粒生产工艺，并利用回转窑通过高温烧结成陶粒。

借由上述技术方案，本发明至少具有以下优点效果：

本发明涉及一种改良大宗赤泥土壤的方法，利用植物性废料发酵后产生的腐殖质和腐殖酸改性赤泥的理化性质，该方法工艺简单、易操作，不需要特殊的环境、设备工具。与客土喷播技术相比，节省人力物力财力，不浪费黏土资源，建设容易，管理维护简单，运行费用低，能耗低，“以废治废、变废为宝”，可低成本大量消纳赤泥，具有良好的环境效益和经济效益。

本发明的植物性废料发酵呈酸性的性质，方法生态环保、成本低、制作工艺简单易行。

本发明涉及的是一种改良大宗赤泥土壤的方法，与现有的改良技术有着本质的区别，该技术方法实施全过程均在常温常压下进行，无需特殊环境、设备和工具，制作工艺简单、易操作，改良后的赤泥土壤适宜植物生长。

根据赤泥材料的发展趋势，该技术方法在不久的将来应该可以得到大规模的普及利用，在黏土类资源日益短缺的情形下，改良后的赤泥可以代替黏土的作用发挥其本身潜在的价值，综合效益不可估量。

本发明涉及用改良后赤泥烧制陶粒的方法，主要是对改良后呈中性的赤泥，再按传统的生产工艺生产陶粒的方法。该法与现有的赤泥陶粒技术区别在于是否对赤泥进行中性化处理，这将直接决定了赤泥陶粒在建筑工程中应用时是否会出现“泛碱”问题，将直接决定结构的耐久性问题。因建筑材料属于大宗商品，因此，对于耐久性合格的赤泥陶粒在建筑工程中的应用，从而扩大了大宗赤泥的利用途径。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。

本发明中赤泥改良方法的基本原理主要有以下几点：

(1)植物性废料发酵过程中产生的腐殖酸可中和赤泥的碱性，但并不会消解赤泥中的K、P、Na等植物营养剂。

(2)植物性废料发酵形成的腐殖质混入赤泥中，可稀释并络合赤泥中的有害元素，降低赤泥的有害离子含量与活性。

(3)植物性废料发酵形成的腐殖质混入赤泥中，随之也带进了植物生长所需的氮、磷、钾等元素和生物菌落。

(4)植物性废料发酵形成的腐殖质是具有胶体性质的有机质，能改善赤泥粘粒的分散性，将分散的赤泥颗粒团聚成稳定的团粒，从而提高赤泥的疏松度，促使赤泥具备透气、保水、保肥的能力。

基于上述原理，对赤泥基质改良进行了为期3年的大量筛选试验研究。其中，选择校园草坪修剪后废弃的杂草，批量生产时可选用农作物秸秆作为主要改性材料，量大且易获得；再选用页岩陶砂(0.25mm-5mm)作为土壤疏松剂；选择水泥留样桶作为赤泥改良的容器，既方便密封发酵，试验完成后又方便对其进行搬移。

本发明利用植物性废料发酵后产生的腐殖质和腐殖酸对赤泥进行改良，试验中采用校园草坪修剪后废弃的杂草作为改性材料，但这改性材料并不唯一，除了杂草，还有其他的植物性废料均可作为改性材料，比如农作物秸秆、树叶、杂草、厨余垃圾、蔗渣、废醪液、稻糠等各种易腐烂的有机质均可，各地可根据当地的实际情况，选取合适的植物性废料对赤泥进行改良，均可实现本发明。

对于改良为中性后的赤泥，可按现有的陶粒生产烧结方法进行赤泥基陶砂生产。

具体的试验方案如下：

实施例一：

先在桶底铺上一定质量的陶砂(0.25mm-5mm)，然后铺设杂草，最后再铺设赤泥，按此构造层次循环依次铺放，但最表层仍为陶砂(初期筛选试验时没加入页岩陶砂，后期及工业化生产时可加入)。待全部材料放进去后开始洒水，洒水量以赤泥湿透但基本不流出渗出液为准(本试验所采用的赤泥为干涸状，若采用赤泥浆则不需要洒水)，所有工作完成之后盖上桶盖，将留样桶放置在露天地方，直至植物发酵完成(根据室外温度，其发酵时间一般为1-3个月。若为工业化生产则可精确控制发酵温度，从而可准确控制发酵时间)。待发酵完毕，将土样倒出，搅拌均匀，即成为营养土。

本实例初期安排了9个改良试样，具体试验参数如表1所示：

表1赤泥改良试验配比

本实例中，上层赤泥和下层赤泥铺设的质量不同，主要是考虑杂草发酵时产生的热量对改良结果的影响，但在实际的操作中发现，这个影响微乎其微，可以忽略不计。以植物性废料作为改性材料的试验需安排在气温较高的季节进行，一般在5月-10月进行，整个过程大致用时1-3个月。试验用的赤泥pH值为10.42，试验结束后对各试样进行pH测定，结果如表2所示。

表2改良后各组pH值

由表2可知，改良后各个试样的pH值均有所下降，均达到植物正常生长对土壤酸碱性的要求，这是因为杂草发酵后产生的腐殖酸中和了赤泥中的碱。观察改良后的赤泥土壤，发现6号和8号试样呈现出普通泥土颜色，主要基质是赤泥土壤，为粘稠状，基本没有渗出液，其赤泥与杂草的质量比在3:1左右；其余桶内的试样均呈现出墨绿色，主要基质为发酵水解后的杂草，赤泥基质较少，其中的渗出液较多，可以成股流出，赤泥与杂草的质量比在2:1-1:1之间。通过对比可知，呈现墨绿色改良试样的pH值虽然可以满足植物正常生长的需求，但其改性材料—杂草已经过量，赤泥土壤少，无法进行植物种植。6号和8号改良试样虽然适宜植物种植，但总体上依然是细颗粒土壤，团粒较少，易出现板结现象。其中，产生团粒是因为杂草发酵后产生了具有胶体性质的腐殖质，可将分散的赤泥颗粒团聚形成稳定且粒径较大的团粒。

为了进一步增加赤泥土壤的通透性，防止在试验过程中出现板结现象，试验时在赤泥中加入粒径为0.25mm-5mm的页岩陶砂，根据黏土土壤的粒径分析，掺入的陶砂量为赤泥质量的24.5％。由于陶砂内部多孔的特点，在增加赤泥通透性的同时可以吸附赤泥中的重金属离子及部分营养基质，进一步降低赤泥的有害离子含量，增强赤泥改良试验效果。为了找到赤泥与杂草的最佳质量比，对试验配比数据优化后，再次进行改良试验。

实施例二：

先在桶底铺上既定质量为三分之一的陶砂，再铺设一半质量的赤泥，然后铺设一半质量的杂草；第二层依次为三分之一的陶砂，一半质量的赤泥，一半质量的杂草，三分之一的陶砂。

根据实施例一中的试验结果和结论，本实施例安排了6个改良试样，具体试验参数如表3所示：

表3赤泥改良试验配比

赤泥用量统一为1500g，相应的陶砂质量为487g，杂草用量不同，相应的洒水量也不相同。试验结束后对各试样进行pH测定，结果如表4所示。

表4改良后各组pH值

由表4可知，随着杂草质量的增加，改良试样的pH值逐渐下降，杂草的量越大，产生的腐殖酸就越多，所以从1号至6号试样，pH值越来越接近中性，其中3、4、5、6号试样的pH值均到达中性，能满足植物的正常生长。实施例二中改良后的赤泥土壤同样出现了实施例一中的现象：1-4号试样呈现泥土颜色，主要基质为赤泥，粘稠状，基本没有渗出液；5号和6号试样呈现墨绿色，主要基质为发酵水解后的杂草，赤泥基质较少，渗出液较多，可以成股流出。

把掺杂陶砂的3号、4号改良试样同实施例一中未掺杂陶砂的6号、8号试样进行对比，发现3号、4号试样中的团粒数量明显比6号、8号试样多，说明改良试样中加入陶砂，一方面可以吸附赤泥中的重金属离子，降低赤泥的有害离子含量，另一方面可以增加赤泥的通透性，促使团粒形成，提高赤泥透气、保水、保肥的能力，从而使改良后的赤泥土壤更加适合植物的生长。所以3号和4号改良试样为试验的最佳案例，在利用杂草进行赤泥基质改良试验时，赤泥和杂草的质量比控制在3:1-4:1。

在随后的盆栽种植试验中，试验植物早熟禾能在4号改良基质中正常生长，生长势良好，与黏土土壤中早熟禾的生长情况无明显差异，说明改良后的赤泥土壤养分增加，有害离子含量下降，已能满足植物生长的基本需求，适宜植物生长。

本发明中的配合比只是较佳实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离发明技术范围之内制作赤泥土壤时，可根据赤泥中重金属等土壤有害元素的含量控制赤泥的配比量，以保证产品的质量符合土壤环境质量要求。

综上所述，本发明中的改良方法实施全过程均在常温常压下进行，无需特殊环境、设备和工具，制作工艺简单、易操作，改良后的赤泥土壤适宜植物生长。该技术不受赤泥组分、地理环境等因素限制，可广泛适用于各种类型的赤泥材料，建议那些不适宜于制作建材的赤泥可优先选用该技术予以处理，低成本大量的消纳赤泥，一方面可以缓解赤泥堆存的压力，另一方面也能有效缓解黏土类资源日益短缺的尴尬局面，具有良好的环境效益和经济效益。

赤泥改良完成之后，进行后续的赤泥陶粒研究。

实施例三：

将赤泥破碎、研磨成粉状，过100目筛，与稻糠(造孔剂)按质量比9:1混合，加水搅拌均匀，用手搓成直径为5-15mm大小的圆球，室内自然干燥24h，再在干燥箱中120℃干燥2h后制成陶粒坯体；然后进行预热：将陶粒坯体放入硅钼棒高温炉中，40min升至600℃，然后在600℃处保温15min，其间可将陶粒中的结晶水去掉；紧接着开始焙烧：在前期大量试验的基础上，选择焙烧温度为1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃，预热结束后40min升至焙烧温度，并在焙烧温度处保温15min；焙烧结束之后关闭电源，停止高温炉的加热，让陶粒在炉内自然冷却，即得到赤泥陶粒。

赤泥陶粒烧结阶段完成后，将得到的一定数量的陶粒样品经过筛选，按照《轻集料及其试验方法第2部分：轻集料试验方法》(GB/T17431.2-2010)对其主要性能指标进行测试。结果如表5所示。

表5试样的性能测试结果

根据《轻集料及其试验方法第1部分：轻集料》(GB/T17431.1-2010)中轻集料的堆积密度划分，烧结温度为1100℃、1120℃、1140℃、1160℃时烧制出的均为300级陶粒，1180℃、1200℃温度下烧制出的为400级陶粒。其中规定300级人造轻集料的筒压强度不低于0.5MPa，吸水率不大于25％，400级人造轻集料的筒压强度不低于1.0MPa，吸水率不大于20％，由此可知，在所有烧结温度下制成的轻质赤泥陶粒在理论上均符合轻集料的标准。

虽然烧制的赤泥陶粒理论上符合标准，但现实情况却不尽人意。当焙烧温度为1100℃和1120℃时，制成的陶粒样品残次品较多，多数样品并未完全烧尽，这是由于烧结温度较低，陶粒内部液相较少，多数坯体还处于发展阶段，应继续升温焙烧。当焙烧温度为1200℃，陶粒在焙烧过程中出现了较为严重的熔融现象—多数陶粒由于熔融而粘结在一起或者粘结在高温炉的底板上，且粘结力度较大，粘结在一起的陶粒需用铁锤敲砸才能使其分离，粘结在底板上的陶粒亦需用力才能将其抠下来，且底板上留下了一层处理不掉的“黑陶”。

在1140℃-1180℃温度区间内，烧制的赤泥陶粒效果较好，赤泥焙烧充分且未出现严重的熔融现象，制成的轻质陶粒样品筒压强度控制在1.0-2.0MPa，可用于建筑非结构混凝土中，所以赤泥烧制轻质陶粒的最适温度为1140℃-1180℃。

但是，烧制好的赤泥陶粒在空气中放置2-3d后，表面会析出一层白碱，俗称“泛碱”现象。这是因为赤泥为强碱性物质，经过高温焙烧，可溶钠钾盐大多在高温条件下发生物理化学反应固结在陶粒中，不再发生“泛碱”现象；而赤泥中的CaO、MgO含量高，在高温焙烧过程中不能全部反应固结，在陶粒出炉后遇到空气中的H₂O、CO₂，与之发生化学反应：CaO+H₂O+CO₂→CaCO₃、MgO+H₂O+CO₂→MgCO₃，生成不溶性的碳酸盐，随着陶粒中的水分不断蒸发，通过孔隙被带到陶粒的表面沉积结晶，就形成了赤泥陶粒“泛碱”现象。

赤泥陶粒表面泛碱，会增大其原有体积，如果将此类陶粒应用到混凝土中，会使混凝土构件出现胀裂现象，从而影响建筑物的正常使用，因此，在实际的工业建筑生产中，未经脱碱的赤泥陶粒不能用于结构混凝土的构件上，可以用作水处理用陶粒滤料、回填材料等方面。所以未经脱碱处理的赤泥陶粒应用面比较窄，无法达到大宗开发利用赤泥的水平。

实施例四：

为了大规模的消纳赤泥，提高赤泥的综合利用水平，可借鉴赤泥土壤改良技术方法，利用改良后的赤泥再次进行了制备陶粒试验，经检验，改良为中性的赤泥制备成陶粒后，其性能指标未发生变化，但不再出现“泛碱”现象。因此，如果赤泥陶粒需应用到结构混凝土构件方面的，可以先将赤泥改良为中性材料，再烧制成陶粒使用，这样既能满足工业建筑的要求，又能大规模消耗利用赤泥，符合可持续发展原则。

综上所述，本发明是一种改良大宗赤泥土壤的方法及用改良后赤泥烧制陶粒的方法。本发明不仅简单实用，可大量消纳农作物秸秆、杂草等植物性废料，而且对改良后的土壤既保持一定的肥力，又不会发生板结现象；同时，对改良后的赤泥还可进一步制作其他建筑材料如赤泥陶粒等，从而进一步扩大了赤泥的大宗利用途径。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，首先在容器底铺上土壤疏松剂，然后铺设改性材料，再铺设赤泥；

第二步，按上述第一步的构造层次循环继续依次铺放土壤疏松剂、改性材料和赤泥，直至最表层为土壤疏松剂；

第三步，待上述容器装满后开始洒水，所述洒水的水量以赤泥湿透但基本不流出渗出液为准，盖上容器盖，把上述容器放置在露天地方保持1-3个月，直至改性材料发酵完成；

第四步，待上述第三步发酵完成后，将土样倒出，搅拌均匀，得到适宜植物生长的改良后的赤泥土壤。

2.根据权利要求1所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述改性材料是易腐烂的有机物。

3.根据权利要求2所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述易腐烂的有机物是农作物秸秆、树叶、杂草、厨余垃圾、蔗渣、废醪液、稻糠。

4.根据权利要求1所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述土壤疏松剂是粒径为0.25mm-5mm的陶砂。

5.根据权利要求1所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述容器是水泥留样桶或其他容器。

6.根据权利要求1所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述赤泥和所述改性材料的质量比为3:1-4:1。

7.根据权利要求1所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述赤泥的pH值范围为8-14。

8.根据权利要求7所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述赤泥的pH值为9-11。

9.根据权利要求8所述的改良大宗赤泥土壤的方法，其特征在于：所述赤泥的pH值范围为10.4。

10.一种用改良后赤泥烧制陶粒的方法，其特征在于：该方法包括权利要求1所述的四步方法，还包括第五步，待所述赤泥改良为中性以后，再与页岩粉，或污泥，或工业废渣，按陶粒生产工艺，并利用回转窑通过高温烧结成陶粒。