CN108947425B - 一种疏浚淤泥生态改性剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种疏浚淤泥生态改性剂及其制备方法与应用。所述疏浚淤泥生态改性剂按照重量百分比计，包括以下组分：怀俄明型膨润土5～15％，钢渣湿选尾泥40～50％，莫来石磨细粉10～20％，高炉水渣磨细粉20～40％，三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物0.1～1％，FDN 0.3～3％，上述组分合计100％。本发明对环保型疏浚淤泥生态改性剂的组分进行了深入研究，解决河湖疏浚淤泥处理需求以及工业废物资源化利用的问题，提供一种淤泥改性效果好、生产成本低、工程使用性强、设备条件要求低，同时又能使得疏浚淤泥能够快速就近资源化利用。

Description

一种疏浚淤泥生态改性剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种环保型疏浚淤泥生态改性剂，具体的说是一种主要原材料为冶金废渣的用于河道疏浚或湖泊底泥生态修复的环境友好型疏浚淤泥生态改性剂及其制备方法与应用，该技术属于环境保护技术领域。
背景技术
首先我国冶金工业经过几十年快速发展取得了举世瞩目的成就，同时也产生了大量的工业固体废弃物，如钢渣、水渣以及建筑垃圾等。这些废弃物随着工业化进程的推进，日渐引起了突出的社会矛盾。另一方面也是随着城市化工业化进程的推进，导致绝大多数河流湖泊污染严重，形成了影响人民生活的黑臭水体，全社会逐渐关注着生态环境破坏与社会发展的突出矛盾问题。由此本发明提出一种环保型疏浚淤泥生态改性剂，一方面解决大量冶金工业废渣污染环境的突出问题，同时也为重度污染的河流湖泊等黑臭水体的治理提供一种新的环保型生态材料，以期做到废物利用与生态修复同步推进的目的，实现社会发展与生态环境的同步协调发展，做到以废治废。
现有的黑臭水体底泥处理材料通常分为两种，一种是水硬性胶凝材料，另一种是化学吸附包覆材料。第一种是通过加强化学改性的手段使得底泥中的有机质和水分固结在固结体内，从而改变底泥的物相和状态，达到工程处理的目的，经过固结后的底泥可以作为工程填筑壅土，但是普遍碱度偏高，容易引泛霜等盐碱化现象，对周围环境存在一定程度的影响，另外其对原辅材料的要求以及造价也相对较高，不利于大批量推广和工业化生产；第二种则是依靠化学药剂本身的螯合或偶联作用将底泥中的有毒成分如持久性有机物以及重金属等通过化学键的形式结合在螯合体上，从而达到对土壤的稳定化处理，这种药剂本身的掺入量比较大成本高昂，同时不利于改善底泥的污泥性能，在后期处理及运输方面仍面临较大困难，目前国内市场该种药剂多为进口，核心技术掌握在发达国家手中，制约着该项技术在我国的大规模应用和推广。
因此，国内外研究人员一直致力于开发出一种针对疏浚淤泥改性果好、生产成本低、工程使用性强、设备条件要求低，同时又能使得底泥能够快速就近资源化利用的环境友好型疏浚淤泥生态改性剂，以满足我国经济建设与生态文明协调发展的需要，同时也能大批量解决冶金工业废渣的资源化利用问题。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种疏浚淤泥生态改性剂及其制备方法与应用。该疏浚淤泥生态改性剂主要由工业废物如钢渣、水渣、建筑垃圾等为主要原辅材料组成的环保型疏浚淤泥生态改良剂，其淤泥改性果好、生产成本低、工程使用性强、设备条件要求低，同时又能使得底泥能够快速就近资源化利用。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种疏浚淤泥生态改性剂，所述疏浚淤泥生态改性剂按照重量百分比计，包括以下组分：纯化处理怀俄明型膨润土5～15％，活化钢渣湿选尾泥40～50％，莫来石磨细粉10～20％，高炉水渣磨细粉20～40％，三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物0.1～1％，FDN 0.3～3％，上述组分合计100％。
上述方案中，所述三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物的分子量为30000～50000。
上述方案中，所述莫来石磨细粉和高炉水渣磨细粉的比表面积均不低于400m2/kg。
上述方案中，所述高炉水渣磨细粉为95级矿渣微粉。
所述的疏浚淤泥生态改性剂的制备方法，包括以下步骤：
1)将钢渣湿选尾泥用盐酸浸泡活化4-8小时，然后烘干后用球磨机磨细至不低于200目备用；
2)将怀俄明型膨润土利用饱和石灰水液浸泡6小时以上，得到纯化处理怀俄明型膨润土，所述纯化处理怀俄明型膨润土的吸蓝量值不低于90mg/g；
3)将活化钢渣湿选尾泥、纯化处理怀俄明型膨润土、莫来石磨细粉、高炉水渣磨细粉、三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物及FDN加入封闭三轴搅拌机搅拌10～20min后，覆膜打包即得到所述疏浚淤泥生态改性剂。
上述方案中，所述步骤1)中的盐酸的体积浓度为15％。
上述方案中，所述步骤3)中的莫来石磨细粉和高炉水渣磨细粉的比表面积不低于400m2/kg。
上述方案中，所述高炉水渣磨细粉为95级矿渣微粉。
上述方案中，所述高炉水渣磨细粉与活化钢渣湿选尾泥的质量比为1:1-2。
所述的疏浚淤泥生态改性剂在河道疏浚或湖泊底泥生态修复中的应用。
本发明中各组分的机理及作用：
纯化处理怀俄明型膨润土：淤泥水分赋存状态调整的关键组分。疏浚淤泥改性剂最大的创新就是能够保持土壤中的自由水分含量，这样在淤泥改性后可以有效的保持改性淤泥的肥力和水分，有利于淤泥自身的生态恢复或改良。纯化膨润土的掺入量低于5％，改性淤泥保水能力差，改性淤泥在生态重构过程中肥力散失快，若纯化膨润土掺入量大于15％，则淤泥改性剂和易性指标下降明显，不利于改性剂本身的工业化推广且成本上升明显。
活化钢渣湿选尾泥：改性剂生态重构体系碱基体，用于整个淤泥生态改性体系的碱性环境控制。经过活化处理后可以降低系统碱集料反应影响，同时可以大大提升钢渣尾泥自身的晶格凹陷程度，有利于后期改性淤泥结构强度的提升；其掺量高于50％，会影响改性淤泥酸碱度指标，造成改性淤泥在生态重构过程中的盐碱化现象，不利于改性淤泥的生态重构，掺量低于40％，则会使得改性淤泥的塑性指标改性能力下降，不利于疏浚淤泥改性的工程化、规模化操作。
高炉水渣磨细粉：高炉水渣磨细粉与钢渣尾泥磨细粉组合使用，组成整个体系的骨架支撑体系。高炉水渣磨细粉可选用市售95级矿渣微粉，为整个体系结构强度的形成提供酸性替代成分和作用，其掺入量按照与钢渣湿选尾泥磨细粉质量比1：1～2选取。
莫来石磨细粉：改性剂材料中矿化改性组分与结构晶胚提供者，主要用于提高生态改性剂材料的矿化性，用于降低改性淤泥各物料界面反应热，减少材料的干缩指标，同时也是系统结构的结晶过程胚体提供者。莫来石磨细粉含量低于10％，矿化效果差，系统结晶成核速度慢，改性反应后体系干缩大，易形成裂缝导致强度降低；莫来石磨细粉含量高于20％，系统吸附桥链甚至结晶通道容易被填充堵塞，对保水性指标影响较大，同时也降低系统本身的物理性能。
分子量为30000～50000的三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物：主要起分散作用，能降低表面张力，促进各种离子在体系中的分散效果。分子量为30000～50000三乙醇聚合物含量低于0.1％，降低表面张力不明显，含量高于1％，导致系统中粘度增加，影响物料粘结的均匀性指标，且成本增加明显。
对所述环保型疏浚淤泥生态改性剂的制备方法中各步骤控制的理由为：
首先将所述钢渣湿选尾泥利用体积浓度为15％盐酸浸泡4小时，是为了将钢渣湿选尾泥中的惰性成分进行侵蚀处理，因为钢渣湿选尾泥是高温过程产生的固体废弃物经湿法选铁后的尾渣，在湿法选铁过程中，颗粒被破碎后其中很多钙镁硅铝金属氧化组成的不定相组织表面致密，不利于活性激发，用盐酸侵蚀后，有利于其活性激发；利用球磨机将活化钢渣湿选尾泥烘干后磨细至200目以下，是为了充分激发其潜在的火山灰活性，有利于其在淤泥改性过程中与水分发生作用。而三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物与FDN以及矿渣微粉则可购买工业成品，控制其分子量主要是为了保证处理效果的同时控制生产成本。
本发明的有益效果为：本发明对环保型疏浚淤泥生态改性剂的组分进行了深入研究，解决河湖疏浚淤泥处理需求以及工业废物资源化利用的问题，提供一种淤泥改性果好、生产成本低、工程使用性强、设备条件要求低，同时又能使得疏浚淤泥能够快速就近资源化利用的环境友好型疏浚淤泥生态改性剂。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明的限定。
本发明提供该环保型疏浚淤泥生态改性剂的制备方法：首先将钢渣湿选尾泥用体积浓度为15％盐酸浸泡4小时，然后烘干后用球磨机磨细至不低于200目备用，纯化怀俄明型膨润土选择市售怀俄明型膨润土，要求控制CEC(吸蓝量)值不低于90mg/g，然后选择莫来石磨细粉以及高炉水渣磨细粉，控制其比表面积不低于400m2/kg，然后选择固定分子量的三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物和FDN，最后按照各组分的重量百分比将各个组分加入封闭三轴搅拌机搅拌10～20min后，搅匀后覆膜打包即可。
所述环保型疏浚淤泥生态改性剂实施例1～3中的组分及配比参见表1：(三个组分合计100％重量百分数计)。
表1
Figure BDA0001772437630000041
表2
Figure BDA0001772437630000042
按照上述配合比进行实施，选三组样品分别对浙江省湖州市南浔区东苕溪疏浚淤泥进行改性，将改性后的样品进行检测，发现对淤泥效果十分明显，检测结果如表2所示。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种疏浚淤泥生态改性剂，其特征在于，所述疏浚淤泥生态改性剂按照重量百分比计，包括以下组分：纯化处理怀俄明型膨润土5～15％，活化钢渣湿选尾泥40～50％，莫来石磨细粉10～20％，高炉水渣磨细粉20～40％，三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物0.1～1％，FDN0.3～3％，上述组分合计100％。
2.如权利要求1所述的疏浚淤泥生态改性剂，其特征在于，所述三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物的分子量为30000～50000。
3.如权利要求1所述的疏浚淤泥生态改性剂，其特征在于，所述莫来石磨细粉和高炉水渣磨细粉的比表面积均不低于400m2/kg。
4.如权利要求1所述的疏浚淤泥生态改性剂，其特征在于，所述高炉水渣磨细粉为95级矿渣微粉。
5.如权利要求1所述的疏浚淤泥生态改性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钢渣湿选尾泥用盐酸浸泡活化4-8小时，然后烘干后用球磨机磨细至不低于200目备用；
2)将怀俄明型膨润土利用饱和石灰水液浸泡6小时以上，得到纯化处理怀俄明型膨润土，所述纯化处理怀俄明型膨润土的吸蓝量值不低于90mg/g；
3)将活化钢渣湿选尾泥、纯化处理怀俄明型膨润土、莫来石磨细粉、高炉水渣磨细粉、三乙醇胺、甲基环氧丙烷的聚合物及FDN加入封闭三轴搅拌机搅拌10～20min后，覆膜打包即得到所述疏浚淤泥生态改性剂。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中的盐酸的体积浓度为15％。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的莫来石磨细粉和高炉水渣磨细粉的比表面积不低于400m2/kg。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高炉水渣磨细粉为95级矿渣微粉。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述高炉水渣磨细粉与活化钢渣湿选尾泥的质量比为1:1-2。
10.如权利要求1-4任一项所述的疏浚淤泥生态改性剂在河道疏浚或湖泊底泥生态修复中的应用。
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