CN106753384A - 一种绿色可降解无机固沙材料的固沙方法 - Google Patents

Abstract

一种绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，属于环境保护领域。该无机固沙材料是以硅钙渣、粉煤灰、工业矿渣粉、石膏、水泥和固体集料为主要原料共同混合而成，固沙材料加水混合后制备成固沙料浆喷洒或摊铺在沙土上，在沙土表面形成固化层。所形成的固结层能满足固定移动沙丘所需力学性能要求；固沙层铺设完，再对固沙区域开展土壤改良和植物种植后，固沙层可以在1‑5年内降解为对环境无毒无害的物质，成为土壤的组成部分，减少人工建筑对沙漠生态环境的影响；与水反应后无有毒成分残留，具有高度安全性，无二次污染。此外，本发明掺入大量工业固体废弃物，减轻了固废堆存对环境的影响，且成本低，施工工艺简单，实用性强，适用于荒漠化治理等相关领域。

Description

一种绿色可降解无机固沙材料的固沙方法

技术领域

本发明属于防沙固沙技术领域，涉及一种绿色环保的无机固沙材料及其制备方法，特别涉及一种利用产量大但利用率低的煤基固体废弃物以及自然界广泛分布、储量丰富的沙为主要成分，与水复合形成的高效、低成本、环境友好并能在1-5年内降解为无毒无害物质的浆态固沙材料及其制备方法。

背景技术

我国是世界上荒漠化、沙化面积最大的国家，根据第四次全国荒漠化和沙化状况公报，截至2009年底，我国荒漠化土地总面积262.37万平方公里，占国土总面积的27.33％；沙化土地面积为173.11万平方公里，占国土总面积的18.03％，而且还有31万平方公里具有明显沙化趋势的土地。我国荒漠化地区自然条件恶劣，林草植被覆盖率低，生态环境相对脆弱，土地沙化等荒漠化问题直接威胁国家生态安全和社会经济发展，因此，防沙治沙是我国生态保护与建设中的一项长期而又艰巨的任务。

我国现有的固沙技术主要分为四大类：工程固沙、植物固沙、化学固沙以及综合固沙。工程固沙通常的方法是在沙丘上设置沙障，能够减小风速和改变风沙的吹蚀方向，以起到阻沙、固沙的作用。植物固沙是通过在沙漠地区种植植被，从而有效地抑制沙漠进一步侵蚀，达到改善沙漠生态环境的效果。植物固沙技术是目前沙漠治理中最普遍的技术，具有持久、有效、稳定等特点。化学固沙就是采用化学方法以及化学材料，在比较容易发生风沙化的沙漠地区建造沙漠固结层，此固结层能够有效地防止风沙的吹蚀和保持沙地水分，从而能起到防止风沙侵蚀的作用。此外，其还能够改善沙漠表层土地性质，达到控制沙漠蔓延、改善沙漠环境的目的。综合固沙就是将多种固沙技术结合起来使用，目前常采用的有“工程－植物”综合固沙技术、“化学－植物”综合固沙技术及“化学－植物－工程”综合固沙技术等。

化学固沙剂主要包括以下5大类：水泥浆类、水玻璃类、石油产品类、高分子高吸水树脂类和合成高分子类。水泥浆的固沙机理是通过水泥浆使沙面表层凝固成固结层，覆盖沙面表层，从而起到固沙的作用。水泥浆保水能力较差，凝结时间长，流动性差，抗折强度低，硬化后易龟裂、干缩，从而失去固沙和保水作用，因此一般很少单独使用其进行固沙。水玻璃具有廉价、无毒等优点，使用时间较长。但是又因其反应时间较短，渗透性不好，固化反应不充分，固结层强度较低，容易受到外界环境的影响，并易引发二次碱污染，故此类固沙剂的应用也不是很广泛。石油产品类固沙剂的原理是将固沙剂喷洒于沙漠表层，由于沙粒本身具有粘连作用，从而能够使沙层表面固结起来。原油、沥青等是常用的石油类固沙剂，其施工简便，将这些产品加热融化后配成乳化液，直接喷洒于沙层表面，便可起到固沙的作用。乳化沥青是目前世界各国化学固沙材料中应用最广泛的，此类固沙剂的成本低并且原料来源广泛，但其容易发生老化、风蚀，渗透性较差，稳定性差，只能维持2～3年的时间。高分子高吸水树脂类固沙材料的固沙原理是：其分子量很高，粘度较大，用它来固结沙漠，可使原本松散的沙粒胶结成较大的稳定体，并且其具有较好的韧性，能够起到固沙的作用。

发明内容

针对当前土地荒漠化的严峻形势以及由煤基固废的处理等问题带来的环境污染，本发明目的在于提供一种掺入大量煤基固废的，环保的，并可在1-5年内降解的固沙材料、制备及其使用方法。

一种绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于：

无机固沙材料组分及含量分别为：

硅钙渣 0～15wt％

粉煤灰 1～15wt％

工业矿渣粉 2～15wt％

脱硫石膏 0.5～10wt％

水泥 0.5～15wt％

固体集料 50～90wt％。

固沙方法包含以下步骤：

1、将赤泥即硅钙渣、粉煤灰、工业矿渣粉、石膏、水泥按一定比例混合均匀，加入一定比例的水制成浆体，将固体集料加入浆体中制得固沙料浆；

2、将固沙料浆以条带或网格状喷洒在沙丘表面，形成5-15cm厚的绿色可降解无机固沙材料固沙层，在固结区域内进行土壤改良并种植植被；在1-5年内，固沙层会自动降解为无毒无污染的土壤组成部分，可继续进行土壤改良，同时减少人工建筑对沙漠生态环境的影响。

所述的工业矿渣用钢铁生产副产品水淬高炉渣或者水淬高炉渣中掺入如下工业废渣：钢渣、沸腾炉渣、锰铁高炉矿渣、磷矿渣、铁渣、锰矿渣等活性工业废渣中的一种或某几种的混合物。

所述的石膏用天然石膏、脱硫石膏及化工石膏中的一种或某几种的组合。

所述的水泥是用普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及高铝水泥中的一种或几种的组合。

所述的固体集料由下列中的一种或几种组成：河砂、碎石、煤矸石、尾矿、风积沙或戈壁砂；集料取2.8-4.75mm、1-2.8mm、1-2mm、0.5-1mm以及小于0.5mm的粒径中的几种进行级配；不同的级配得到的固沙材料的力学性能不同，且对于调控固沙材料的降解时间起重要作用；若取粒径为2.8-4.75mm、1-2.8mm、1-2mm、0.5-1mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1:1:1；若取1-2mm，0.5-1mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1或者1:1:2或者1:2:1；若取2.8-4.75mm、1-2.8mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1或为1:2:1；若取粒径为2.8-4.75mm、1-2.8mm、0.5-1mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1:1；粒径超过2cm的煤矸石和碎石需要进行破碎筛分。

与现存的各种固沙材料相比，本发明的特点主要在于：利用年产量大且利用率低的工业固废为原料，添加少量水泥后制备固沙材料，其水化产物主要为钙矾石，对固沙材料的强度起了重要作用，可以很好地固住流沙，为植物的生长提供一个较好的环境。而且掺入大量的工业固废可以减轻由于其堆放而带来的环境污染。此外，本发明的固沙材料可在1-5年内自行降解为对环境无害、无污染的物质，可以在沙漠环境改善后减少人工建筑对沙漠生态环境的影响。

对本发明的固沙材料的性能进行了实验室研究，实验结果表明本发明的固沙材料具有适宜的强度(3-10MPa)、良好的可降解性能(降解时间1-5年)和环境友好性能(浸出实验中重金属离子浓度低于饮用水标准)。

具体实施方式

实施例1：

对某一沙漠进行治理。将赤泥、粉煤灰、复合矿渣粉、42.5普通硅酸盐水泥、脱硫石膏按2.5:2.3:3.5:1:0.7的比例先干拌混匀，再按0.75的固沙料浆的重量比浓度加入水搅拌均匀，将煤矸石破碎筛分为0.5-1mm和1-2mm，与风积沙(<0.5mm)以1:1:1比例混合并加入浆液中在混凝土搅拌机中拌和均匀，运送至指定地点，以平行条带状或井字状方格的布局喷洒于沙地表面，形成12cm厚的固结层。

实施例2：

为防止沙丘迁移，对该沙丘进行固沙施工。将硅钙渣、粉煤灰、复合矿渣粉、32.5普通硅酸盐水泥、脱硫石膏按0.5:1.55:1.5:1:0.45的比例先干拌混匀，再按0.85的固沙料浆的重量比浓度加入水搅拌均匀，将煤矸石破碎筛分为0.5-1mm和1-2mm，与风积沙(<0.5mm)以1:1:2的比例混合并加入浆液中在混凝土搅拌车中拌和均匀，运送至指定地点，以平行条带状或井字状方格的布局喷洒于沙地表面，形成15cm厚的固结层。

实施例3：

绿色可降解无机固沙材料的制备方法，步骤如下：1)将赤泥、粉煤灰、复合矿渣粉、32.5普通硅酸盐水泥、脱硫石膏按2:3.5:3:1:0.9的比例混合混匀；2)按0.8的固沙料浆的重量比浓度加入水并搅拌均匀；3)将煤矸石破碎筛分为2.8-4.75mm和1-2.8mm两种粒径，铁尾矿破碎筛分为0.5-1mm粒径，风积沙(<0.5mm)，将这四种粒径的集料以1:1:1:1混合均匀；4)将混合后的煤矸石、铁尾矿风积沙加入浆液中，在混凝土搅拌车中拌和均匀制备出固沙材料；5)将固沙材料运送至指定地点，以平行条带状或井字状方格的布局喷洒于沙地表面，形成12cm厚的固结层。

实施例4：

绿色可降解无机固沙材料的制备方法，步骤如下：1)将硅钙渣、粉煤灰、复合矿渣粉、32.5普通硅酸盐水泥、脱硫石膏按1:1.5:0.3:1:0.3的比例混合混匀；2)按0.75的固沙料浆的重量比浓度加入水并搅拌均匀；3)将煤矸石破碎筛分为0.5-1mm和1-2mm两种粒径，与风积沙(<0.5mm)以2:1:1混合均匀；4)将混合后的煤矸石和风积沙加入浆液中，在混凝土搅拌车中拌和均匀制备出固沙材料；5)将固沙材料运送至指定地点，以平行条带状或井字状方格的布局喷洒于沙地表面，形成12cm厚的固结层。

Claims (8)

1.一种绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于：

无机固沙材料组分及含量分别为：

硅钙渣 0～15wt％

粉煤灰 1～15wt％

工业矿渣粉 2～15wt％

脱硫石膏 0.5～10wt％

水泥 0.5～15wt％

固体集料 50～90wt％；

固沙方法包含以下步骤：

将赤泥即硅钙渣、粉煤灰、工业矿渣粉、石膏、水泥按一定比例混合均匀，加入一定比例的水制成浆体，将固体集料加入浆体中制得固沙料浆；

将固沙料浆以条带或网格状喷洒在沙丘表面，形成5-15cm厚的绿色可降解无机固沙材料固沙层，在固结区域内进行土壤改良并种植植被；在1-5年内，固沙层会自动降解为无毒无污染的土壤组成部分，可继续进行土壤改良，同时减少人工建筑对沙漠生态环境的影响。

2.根据权利要求1所述的绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于：所述工业矿渣是钢铁生产副产品水淬高炉渣或者水淬高炉渣中掺入如下工业废渣：钢渣、沸腾炉渣、锰铁高炉矿渣、磷矿渣、铁渣、锰矿渣活性工业废渣中的一种或某几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于：所述石膏为天然石膏、脱硫石膏及化工石膏中的一种或某几种的组合。

4.根据权利要求1所述的绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于：所述水泥为普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥及高铝水泥中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于：固体集料由下列中的一种或几种组成：河砂、碎石、煤矸石、尾矿、风积沙或戈壁砂；集料取2.8-4.75mm、1-2.8mm、1-2mm、0.5-1mm以及小于0.5mm的粒径中的几种进行级配；不同的级配得到的固沙材料的力学性能不同，且对于调控固沙材料的降解时间起重要作用；若取粒径为2.8-4.75mm、1-2.8mm、1-2mm、0.5-1mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1:1:1；若取1-2mm，0.5-1mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1或者1:1:2或者1:2:1；若取2.8-4.75mm、1-2.8mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1或为1:2:1；若取粒径为2.8-4.75mm、1-2.8mm、0.5-1mm以及小于0.5mm粒径的集料进行级配，则比例为1:1:1:1；粒径超过2cm的煤矸石和碎石需要进行破碎筛分。

6.根据权利要求1所述的绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于所用的原料之间发生化学反应，生成钙矾石，而钙矾石在温度、二氧化碳和水的作用下会发生分解，使得该无机固沙材料在1-5年间会自行降解为无毒无害的物质，成为土壤的组成部分。

7.根据权利要求1的绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于固沙料浆的重量比浓度为60％-90％。

8.根据权利要求1的绿色可降解无机固沙材料的固沙方法，其特征在于固沙料浆的重量比浓度范围是70％-85％。