CN109896794A

CN109896794A - 一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109896794A
Application number: CN201910335599.7A
Authority: CN
Inventors: 秦凯; 宁红创; 孔维轩
Original assignee: Guizhou Jingjie Technology Co Ltd
Current assignee: Guizhou Jingjie Technology Co Ltd
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2019-06-18
Anticipated expiration: 2039-04-24
Also published as: CN109896794B

Abstract

本发明属于路基复合材料技术领域，公开了一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土80～100份，煤渣20～35份，水泥80～95份，氟石膏10～20份，蔗糖6～12份，聚乙烯醇3～8份、气凝胶20～30份以及水100～130份；本发明气凝胶含有很多的空隙，空隙中填充有空气，聚乙烯醇和水将水泥带入气凝胶的空隙中且将空气挤出从而增加气凝的重量而不再漂浮于空气中，增加水泥稳定性，将锰污染粘土固化，避免粘土中锰离子的流出而造成二次污染，且使得该锰污染粘土能够满足要求公路对路基填料的要求。

Description

一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于路基复合材料技术领域，具体涉及一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料。

背景技术

锰污染是指锰对环境的污染。锰是植物必需的微量营养元素。空气中超过500微克/立方米可造成锰中毒。水中二价锰对人、畜和水生生物的毒性很小。地表水一般为8微克/立方米，土壤中锰含量平均值为1000ppm。对土壤含锰影响最大的是来自大气的锰，酸性土壤易受锰污染。

土壤含锰量在20～10000ppm之间，平均值为1000ppm。在岩石风化为土壤的过程中,锰既不因土壤淋溶而损失，也不会大量富集。例如玄武岩转化为土壤时，锰含量从每公斤岩石含1200毫克变为1300毫克。有人估算：对于未经耕作也未受污染的土壤，岩石风化每年输入每平方米土壤的锰为26毫克；降雨和降尘输入土壤的锰为0.8毫克，从土壤输往生物同从腐烂的枯枝叶输入土壤的锰，数量相当,为400毫克；淋溶从土壤输出约2毫克；对于有中等污染而又耕作过的土壤来说，岩石风化输入的锰，数量不变，降水和降尘输入的锰增为20毫克，通过肥料输入的锰为5毫克，从土壤输往作物的锰为5～60毫克。由此可以看出，除了自然循环以外，对土壤含锰量影响最大的是来自大气中的锰。受锰污染的土壤主要是酸性土壤，可使某些植物发生锰中毒。在土壤中拌石灰，能提高土壤的pH值，使土壤污染状况得到改善。

自然界中没有元素态的锰。以锰为主要元素的矿物近百种，而以锰为次要元素的矿物则更多，其中赋存态为二氧化锰的矿物多于赋存态为碳酸锰和硅酸锰的矿物。

在金属锰制备的过程中产生大量的废水、废气、废渣以及噪声等污染，其中，废气一般经过布袋除尘收集固体颗粒，减少排入大气中含有锰的粉尘，废水一般是经过锰离子富集后再排入水体或土壤中，然而由于长时间的废水排出，使得粘土中的某些成分会跟锰离子结合形成络合物从而造成土壤中的锰含量超标形成锰污染土壤，被锰污染的土壤中含有锰离子的络合物会因为土壤中水的含量增加而溶于水中，而进入饮用水中，造成人体和牲畜中毒。

现有的对锰污染的土壤一般在其中掺入细菌或在上面种植植物，通过细菌或植物将其中的锰离子进行富集，从而通过合理的方式进行收集，达到锰污染的治理。

上述方式均是通过物理的方法对锰离子进行富集，但是该方法需要的时间长，且植物或细菌的存活易受受环境因数的影响，从而导致锰离子的富集不成功或效果不理想。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料。

本发明所采用的技术方案为：一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土80～100份，煤渣20～35份，水泥80～95份，氟石膏10～20份，蔗糖6～12份，聚乙烯醇3～8份、气凝胶20～30份以及水100～130份。

本发明的工作原理/有益效果为：煤渣具有一定的硬度和空隙，能够容纳一定量的锰污染粘土颗粒从而达到一部分锰污染粘土的固定，氟石膏用作锰污染粘土的固化剂，蔗糖能延缓水泥的凝固时间，使得水泥在与水混合的情况下充分地流动且进入煤渣和锰污染粘土的空隙中；气凝胶含有很多的空隙，空隙中填充有空气，聚乙烯醇和水将水泥带入气凝胶的空隙中且将空气挤出从而增加气凝的重量而不再漂浮于空气中，增加水泥稳定性，避免粘土中锰离子的流出而造成二次污染。

进一步限定，该路基复合材料由以下质量份的组分组成，锰污染粘土88～95份，煤渣25～30份，水泥85～90份，氟石膏13～18份，蔗糖7～10份，聚乙烯醇4～6份，气凝胶22～28份以及水110～120份。

本发明的工作原理/有益效果：当各成分的配比在此范围内时，形成的路基复合材料坚固且锰污染土壤被包裹严实，从而达到有效效果。

进一步限定，该路基复合材料由以下质量份的组分组成，锰污染粘土92份，煤渣27份，水泥88份，氟石膏15份，蔗糖9份，聚乙烯醇5份，气凝胶25以及份水115份。

进一步限定，所述锰污染粘土的粒径0.05～0.15mm之间的颗粒质量含量>96％。

本发明还提供了一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a.备料：干燥锰污染粘土使得锰污染粘土中的含水量<0.5％，干燥煤渣使得煤渣中的含水量<0.2％；

采用干法粉碎锰污染粘土，粒径为0.05～0.15mm；煤渣和氟石膏在球磨机中球磨成粒径为0.05～0.15mm的颗粒；

b.将步骤a中所得的煤渣颗粒、锰污染粘土颗粒、水泥以及氟石膏颗粒混合均匀，得到固态混合物；

c.将蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水混合均匀且静置1～1.5小时，得到液态混合物；

d.将固态混合物和液态混合物充分混合，形成路基复合材料。

本发明的工作原理/有益效果为：煤渣和锰污染粘土的干燥便于碾磨，将固态的煤渣颗粒、锰污染粘土颗粒、水泥以及氟石膏颗粒先混合均匀避免与液态物料一起加入时，导致结块而使得物料不能充分的混合，最后得到固态混合物；将气凝胶、蔗糖、聚乙烯醇以及水混合，聚乙烯醇和蔗糖充分用于水中，且在聚乙烯醇和蔗糖的带动下将水带入气凝胶的空隙中且将空隙中的空气充分挤出使得气凝胶沉淀下来，得到液态混合物；最后将固态混合物和液态混合物充分混合，得到路基材料，该混合方式能够将各材料充分的混合起来，得到性能良好的路基复合材料，避免了锰污染中锰离子的扩散。

进一步限定，步骤a中所述煤渣、锰污染粘土以及氟石膏在粉碎之前进行除杂处理。

进一步限定，步骤c中具体为：先将聚乙烯醇向气凝胶中加入，加入的过程中不停地搅拌，且搅拌完成后静置20～30分钟，得到液态混合物A；然后将蔗糖加入水中进行充分搅拌和溶解，且搅拌完成后静置10～20分钟，得到液态混合物B；最后将液态混合物A和液态混合物B混合，静置30～40分钟，得到液态混合物。

本发明的工作原理/有益效果为：聚乙烯醇能够进入气凝胶的空隙中增加气凝胶的重量从而沉淀下来，得到液态混合物A，蔗糖溶于水中能够形成稳定的溶液，得到液态混合物B，液态混合物A中的聚乙烯醇与液态混合物B中的蔗糖能够稳定结合，最终形成稳定的液态混合物。

进一步限定，所述聚乙烯醇加入气凝胶中，搅拌均匀后对该混合物进行施压使得盛有该混合物的容器内部的压力为2MPa～4MPa。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合；下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。

实施例1

本实施例提供一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土80份，煤渣20份，水泥80份，氟石膏10份，蔗糖6份，聚乙烯醇3份、气凝胶20份以及水100份；该路基复合材料的制备方法包括如下步骤：a.备料：干燥锰污染粘土使得锰污染粘土中的含水量<0.5％，干燥煤渣使得煤渣中的含水量<0.2％；

将锰污染粘土、煤渣以及氟石膏进行除杂处理，除杂包括铁杂质、铜杂质等

c.先将聚乙烯醇向气凝胶中加入，加入的过程中搅拌不停地搅拌，且搅拌完成后对该混合物进行施压使得盛有该混合物的容器内部的压力为2MPa；

静置20～30分钟，得到液态混合物A；然后将蔗糖加入水中进行充分搅拌和溶解，且搅拌完成后静置10～20分钟，得到液态混合物B；最后将液态混合物A和液态混合物B混合，静置30～40分钟，得到液态混合物；

实施例2

本实施例提供一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土100份，煤渣35份，水泥95份，氟石膏20份，蔗糖12份，聚乙烯醇8份、气凝胶30份以及水130份；该路基复合材料的制备方法包括如下步骤：a.备料：干燥锰污染粘土使得锰污染粘土中的含水量<0.5％，干燥煤渣使得煤渣中的含水量<0.2％；

实施例3

本实施例提供一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土88份，煤渣25份，水泥85份，氟石膏13份，蔗糖7份，聚乙烯醇4份、气凝胶22份以及水110份；该路基复合材料的制备方法包括如下步骤：a.备料：干燥锰污染粘土使得锰污染粘土中的含水量<0.5％，干燥煤渣使得煤渣中的含水量<0.2％；

实施例4

本实施例提供一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土95份，煤渣30份，水泥90份，氟石膏18份，蔗糖10份，聚乙烯醇6份、气凝胶28份以及水120份；该路基复合材料的制备方法包括如下步骤：a.备料：干燥锰污染粘土使得锰污染粘土中的含水量<0.5％，干燥煤渣使得煤渣中的含水量<0.2％；

实施例5

一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土90份，煤渣26份，水泥88份，氟石膏15份，蔗糖8份，聚乙烯醇5份、气凝胶25份以及水115份；该路基复合材料的制备方法包括如下步骤：

分别取实施例1-5的路基复合材料，采用干土法制作最佳含水量附近的击石试件，按照《公路土工试验规程》中承载比(CBR)试验测试其CBR值，以评价路基的强度，并采用干湿循环3次试样CBR进一步反映真实情况下土强度稳定性，试验结果如下表所示：

由此可见，向锰污染粘土中加入煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水，不仅使得锰污染粘土能够满足各级公路对路基填料的要求，并且受干湿循环的影响显著减小，因此表面强度与稳定性得到明显提高；且能够避免污染粘土中锰离子的扩散，减少粘土的污染。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims

1.一种利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，其特征在于，由锰污染粘土、煤渣、水泥、氟石膏、蔗糖、聚乙烯醇、气凝胶以及水组成；其中，各组分的质量配比为：锰污染粘土80～100份，煤渣20～35份，水泥80～95份，氟石膏10～20份，蔗糖6～12份，聚乙烯醇3～8份、气凝胶20～30份以及水100～130份。

2.根据权利要求1所述的利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，其特征在于，该路基复合材料由以下质量份的组分组成，锰污染粘土88～95份，煤渣25～30份，水泥85～90份，氟石膏13～18份，蔗糖7～10份，聚乙烯醇4～6份，气凝胶22～28份以及水110～120份。

3.根据权利要求1所述的利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，其特征在于，该路基复合材料由以下质量份的组分组成，锰污染粘土92份，煤渣27份，水泥88份，氟石膏15份，蔗糖9份，聚乙烯醇5份，气凝胶25以及份水115份。

4.根据权利要求1-3任一项所述的利用锰污染粘土所制备的路基复合材料，其特征在于，所述锰污染粘土的粒径0.05～0.15mm之间的颗粒质量含量>96％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的利用锰污染粘土所制备的路基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的利用锰污染粘土所制备的路基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a中所述煤渣、锰污染粘土以及氟石膏在粉碎之前进行除杂处理。

7.根据权利要求5所述的利用锰污染粘土所制备的路基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤c中具体为：先将聚乙烯醇向气凝胶中加入，加入的过程中不停地搅拌，且搅拌完成后静置20～30分钟，得到液态混合物A；然后将蔗糖加入水中进行充分搅拌和溶解，且搅拌完成后静置10～20分钟，得到液态混合物B；最后将液态混合物A和液态混合物B混合，静置30～40分钟，得到液态混合物。

8.根据权利要求7所述的利用锰污染粘土所制备的路基复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇加入气凝胶中，搅拌均匀后对该混合物进行施压使得盛有该混合物的容器内部的压力为2MPa～4MPa。