CN108409240B - 一种垃圾填埋基地用防渗水泥浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供一种垃圾填埋基地用防渗水泥浆料的制备方法，分别将高炉渣和膨润土进行改性处理获得改性高炉渣和改性膨润土；将改性膨润土、消泡剂、减水剂混合搅拌获得第一预混物；将油酰单乙醇胺、改性高炉渣、普通硅酸盐水泥、石膏、水进行机械搅拌，然后向其中加入第一预混物继续充分搅拌即得。本发明的方法所获得的水泥浆料具有较高的结石率，能够有效阻挡垃圾渗滤液的渗透。

Description

一种垃圾填埋基地用防渗水泥浆料的制备方法
技术领域
本发明创造属于水泥制备技术领域，具体涉及一种垃圾填埋基地用防渗水泥浆料的制备方法。
背景技术
垃圾填埋是指利用坑洼地带填埋城市垃圾，既可处置废物，又可覆土造地，是最传统的城市垃圾处置方法。填埋的垃圾有些并没有进行无害化处理，或由于成分复杂虽然经处理但效果不明显，会残留有大量细菌、病毒、重金属等污染物，这些污染物容易随垃圾渗滤液排出，污染附近的土地和地下水。
阻挡垃圾渗滤液外泄的主要结构之一是垃圾填埋基地的壁体，一般由水泥浆料浇筑而成。一般的水泥浆料浇铸成型后，结石率低，内部孔隙较多，难以有效防止垃圾渗滤液向土壤中的渗透扩散。
现有技术中为了避免垃圾渗滤液的渗透，多采用添加高效减水剂和具有微膨胀性能的膨润土等手段提高砂浆的结石率。同时为了节能减排、回收环保等目的，往往向其中加入活化的粉煤灰替代部分水泥，但需要控制水灰比来保证结石率不受到较大影响。
高炉渣是高炉炼铁过程中排出的固体废物，在一般水泥中也具有掺杂再利用。高炉渣多以水渣的加工形式存在，是把熔融状态的高炉渣置于水中急速冷却而形成的。水淬过程使得高炉水渣颗粒表面活性降低，作为原料加入后难以与水泥颗粒致密化，孔隙较多，在具有较高防渗要求和结石率要求的水泥制品中一般不被采用。
发明内容
本发明创造为解决现有技术中的问题，提供一种垃圾填埋基地用防渗水泥浆料的制备方法，所获得的水泥浆料具有较高的结石率，能够有效阻挡垃圾渗滤液的渗透。
本发明创造的垃圾填埋基地用防渗水泥浆料的制备方法，包括下述步骤：
S1：将高炉渣进行有机改性处理后获得改性高炉渣备用；
S2：将膨润土进行焙烧改性处理后获得改性膨润土备用；
S3：将改性膨润土、消泡剂、减水剂混合搅拌获得第一预混物；
S4：将油酰单乙醇胺、改性高炉渣、普通硅酸盐水泥、石膏、水进行机械搅拌，然后向其中加入第一预混物继续充分搅拌即得。
其中，所述步骤S1中改性高炉渣的制备包括下述步骤：
S11：向经水淬获得的高炉水渣中加入无机磷酸盐溶液进行研磨搅拌；
S12：加入有机季铵盐和羟基硅油继续进行混合搅拌；
S13：加入聚丙烯酰胺继续充分混合搅拌即得。
高炉水渣由于经过水淬处理，颗粒大小不一，均匀性差，且表面钝化活性降低，作为原料制作水泥浆料时具有结石率降低、致密性下降、水化反应能力低、强度较低等缺陷。高炉渣改性时，首先加入无机磷酸盐溶液能够促使高炉渣颗粒表面进行一定的软化，水淬渣颗粒易于后续的研磨破碎，促进颗粒细化；有机季铵盐的加入有利于细化颗粒表面进一步活化，羟基硅油的加入促进了有机季铵盐与水淬渣颗粒的结合，其含有的羟基具有良好的润湿作用；聚丙烯酰胺也能够在含氢硅油的促进下包覆于颗粒表面，聚丙烯酰胺具有一定的絮凝作用，有利于在颗粒表面絮凝成团，能够降低水化过程中颗粒之间的连通孔隙率。经改性处理后的高炉渣水化反应活性提高，能够与水泥等其他组分良好共掺，反应后致密性和强度均具有较大提高。
进一步，所述改性高炉渣的各原料以重量计，配比为，
高炉水渣100-150份，
无机磷酸盐5-20份，
有机季铵盐2-8份，
羟基硅油2-10份，
聚丙烯酰胺5-15份。
进一步，所述用于生产高炉水渣的高炉渣为普通高炉渣，其化学组成为：SiO2 25-45wt％、CaO 35-50wt％、MgO 1-15wt％、Al2O3 5-18wt％、Fe2O3 0.1-2wt％、MnO 0.1-1wt％、S 0.2-1.5wt％。合适的Ca、Mg、Fe等含量有利于磷酸盐加入后与磷形成共溶，同时较高的CaO含量能够促进水化反应的进行。
进一步，所述无机磷酸盐包括磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾等的一种或几种，溶液浓度以PO4 3-计为1-5mol/L；所述有机季铵盐包括十二烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵等的一种或几种；所述羟基硅油选自25℃粘度在10000cps以下的羟基硅油产品。
其中，所述步骤S2中改性膨润土的制备包括下述步骤：将膨润土在250-400℃下焙烧2-5h。焙烧后还可进过粉碎研磨等工序。膨润土经焙烧改性后，表面积扩大，表面活性增高，具有良好的微膨胀和吸附效果，有利于水化过程中将连通孔转变为封闭孔，提高结构致密性。
其中，所述防渗水泥浆料的各原料以重量计，配比为，
改性高炉渣50-100份，
改性膨润土30-80份，
消泡剂2-15份，
减水剂5-10份，
油酰单乙醇胺1-25份，
普通硅酸盐水泥30-150份，
石膏10-40份，
水60-220份。
其中，所述消泡剂为有机硅消泡剂，与体系具有良好的配伍性；所述减水剂为聚羧酸减水剂，为水泥砂浆中的高效减水剂。
其中，所述油酰单乙醇胺的加入能够通过其羟基迅速与改性高炉渣的羟基硅油通过氢键结合，改善体系颗粒之间的润湿接触，具有助磨效果，促进混合物颗粒之间搅拌过程中颗粒细化，酰胺基的引入与聚丙烯酰胺具有良好的相容效果，长链烷基的引入增加了体系的韧性以及稳定性。
本发明创造具有如下优点：
1、分别对高炉水渣和膨润土进行了改性预处理，提高了高炉水渣和膨润土的颗粒反应活性；
2、采用了适宜的改性处理试剂(无机磷酸盐、有机季铵盐、羟基硅油、聚丙烯酰胺)和添加剂(消泡剂、减水剂、油酰单乙醇胺)，改善了体系之间的配伍性，降低了连通孔隙率，有利于提高体系致密性和结石率；
3、本发明获得的防渗水泥浆料的渗透系数能够比一般浆料低一个数量级，结石率＞99.9％，并能够有效阻滞垃圾渗滤液中的各类污染物质。
具体实施方式
下面对本发明创造进行进一步说明。为了叙述方便，本发明创造中的设备略去了必要或常规的操作步骤或条件，本领域技术人员能够根据反应的需要进行任意的调整。
下述实施例取普通高炉生产排出的高炉渣，经水淬处理后进行粉碎研磨，获得高炉水渣，测得其化学组成为SiO2 28-36wt％、CaO 35-47wt％、MgO 4-7wt％、Al2O3 9-14wt％、Fe2O3 0.5-1wt％、MnO 0.1-1wt％、S 0.5-1.5wt％。
实施例1
按计量比，向经水淬获得的120份高炉水渣中加入1mol/L磷酸钠溶液8份进行研磨搅拌；然后向其中加入4份十二烷基三甲基溴化铵和6份羟基硅油(粘度400cps)继续混合搅拌；最后向其中加入5份聚丙烯酰胺充分混合搅拌，得到改性高炉渣备用。
将膨润土在350℃下焙烧2h，自然冷却后，进行粉碎研磨获得改性膨润土备用。
按计量比，将50份改性膨润土、6份有机硅消泡剂、5份聚羧酸减水剂混合搅拌获得第一预混物；将10份油酰单乙醇胺、80份改性高炉渣、100份普通硅酸盐水泥、30份石膏、180份水进行机械搅拌，然后向其中加入第一预混物继续充分搅拌，得到防渗水泥浆料。
实施例2
按计量比，向经水淬获得的150份高炉水渣中加入1.5mol/L磷酸二氢钠溶液12份进行研磨搅拌；然后向其中加入6.5份四丁基溴化铵和5份羟基硅油(粘度2000cps)继续混合搅拌；最后向其中加入11份聚丙烯酰胺充分混合搅拌，得到改性高炉渣备用。
将膨润土在290℃下焙烧3.5h，自然冷却后，进行粉碎研磨获得改性膨润土备用。
按计量比，将44份改性膨润土、8份有机硅消泡剂、5份聚羧酸减水剂混合搅拌获得第一预混物；将22份油酰单乙醇胺、95份改性高炉渣、85份普通硅酸盐水泥、15份石膏、210份水进行机械搅拌，然后向其中加入第一预混物继续充分搅拌，得到防渗水泥浆料。
实施例3
按计量比，向经水淬获得的125份高炉水渣中加入1mol/L磷酸氢二钾溶液7份进行研磨搅拌；然后向其中加入4份十六烷基三甲基溴化铵和3份羟基硅油(粘度200cps)继续混合搅拌；最后向其中加入10份聚丙烯酰胺充分混合搅拌，得到改性高炉渣备用。
将膨润土在380℃下焙烧2h，自然冷却后，进行粉碎研磨获得改性膨润土备用。
按计量比，将50份改性膨润土、8份有机硅消泡剂、9份聚羧酸减水剂混合搅拌获得第一预混物；将18份油酰单乙醇胺、90份改性高炉渣、80份普通硅酸盐水泥、25份石膏、165份水进行机械搅拌，然后向其中加入第一预混物继续充分搅拌，得到防渗水泥浆料。
对比例1
采用同实施例1的配方和方案，但其中的高炉水渣不经过改性处理而直接采用。
对比例2
采用同实施例1的配方和方案，但其中的膨润土不经过改性处理而直接采用。
对比例3
采用同实施例1的配方和方案，但其中的油酰单乙醇胺替换为一般的三乙醇胺。
性能评价
将上述实施例和对比例制得的防渗水泥浆料制成试样进行相关性能检测。其中，28d渗透系数采用GB/T50082-2009的方法进行实验，对垃圾渗滤液中污染物阻滞率的测试采用渗透仪进行，试样直径10cm、厚3cm，阻滞率通过单位长度试样渗透前后的渗滤液中污染物的差量比进行计算。测试结果如表1所示。
表1
由测试结果可以看出，本发明防渗水泥浆料具有与良好的抗渗性能，结石率高，并对垃圾渗滤液中的污染物具有很高的阻滞效果，当厚度不小于10cm时即可达到完全的阻滞作用。而未经改性处理的高炉渣、膨润土原料，以及配伍不协调的助剂原料将会影响浆料的抗渗及其他性能。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种垃圾填埋基地用防渗水泥浆料的制备方法，包括下述步骤：
S1：将高炉渣进行有机改性处理后获得改性高炉渣备用；
S2：将膨润土进行焙烧改性处理后获得改性膨润土备用；
S3：将改性膨润土、消泡剂、减水剂混合搅拌获得第一预混物；
S4：将油酰单乙醇胺、改性高炉渣、普通硅酸盐水泥、石膏、水进行机械搅拌，然后向其中加入第一预混物继续充分搅拌即得；
所述步骤S1中改性高炉渣的制备包括下述步骤：
S11：向经水淬获得的高炉水渣中加入无机磷酸盐溶液进行研磨搅拌；
S12：加入有机季铵盐和羟基硅油继续进行混合搅拌；
S13：加入聚丙烯酰胺继续充分混合搅拌即得；
所述改性高炉渣的各原料以重量计，配比为，
高炉水渣100-150份，
无机磷酸盐5-20份，
有机季铵盐2-8份，
羟基硅油2-10份，
聚丙烯酰胺5-15份；
所述步骤S2中改性膨润土的制备包括下述步骤：将膨润土在250-400℃下焙烧2-5h；
所述防渗水泥浆料的各原料以重量计，配比为，
改性高炉渣50-100份，
改性膨润土30-80份，
消泡剂2-15份，
减水剂5-10份，
油酰单乙醇胺1-25份，
普通硅酸盐水泥30-150份，
石膏10-40份，
水60-220份。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机磷酸盐包括磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾的一种或几种，溶液浓度以PO4 3-计为1-5mol/L；所述有机季铵盐包括十二烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵的一种或几种；所述羟基硅油选自25℃粘度在10000cps以下的羟基硅油产品。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高炉水渣的化学组成为：SiO2 25-45wt％、CaO 35-50wt％、MgO 1-15wt％、Al2O3 5-18wt％、Fe2O3 0.1-2wt％、MnO 0.1-1wt％、S 0.2-1.5wt％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂；所述减水剂为聚羧酸减水剂。
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