CN110182819A - 一种改性膨润土及其改性方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性膨润土及其改性方法和应用，所述改性膨润土包括无机磷基聚合物、柠檬酸和膨润土母土；其中无机磷基聚合物是六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或焦磷酸钠中的一种或多种的混合物；其改性方法采用制浆干燥法，步骤包括柠檬酸及磷基聚合物溶液配置、柠檬酸预改性膨润土制备、磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土浆液制备和养护、干燥与研磨。本发明所提供的改性膨润土可应用于阻断强碱性渗滤液运移的水平阻隔屏障和竖向阻隔屏障中，可保障阻隔屏障的良好防渗性能和抗化学腐蚀性能，同时具备调控污染液碱性的功能，可大范围推广应用于强碱性工业废渣堆场渗滤液的污染风险防控措施中。

Description

一种改性膨润土及其改性方法和应用

技术领域

本发明涉及一种改性膨润土及其改性方法和应用，属于污染场地修复技术领域。

背景技术

近年来，我国工业化和现代化进程得到高速发展，氧化铝、乙炔、纯碱等化工品产能逐年增加，随之产生大量诸如赤泥、电石渣和碱渣等强碱性工业固体废弃物最终埋存于地球岩土圈，成为地下环境的集中污染源，这对堆场的生态环境安全提出了严峻挑战，其污染风险控制已成为我国环保领域的重要任务。这些废渣堆场渗滤液污染问题十分突出，以碱污染最为显著，并伴有高浓度的铝、钠等多种离子。例如，赤泥堆场渗滤液pH值主要分布在12.5～13.5之间，最高可达14.3，离子强度可超过1M。如此强碱性的渗滤液一旦进入土水中，将对周围居民身体健康和地下土水环境安全造成严重危害，地下钢筋混凝土构筑物的安全服役亦会受到影响。这不符合我国关于推进生态文明建设和污染防治的要求。因此，亟需开展针对强碱性工业废渣堆场渗滤液污染风险管控措施。

工程阻隔技术是阻断渗滤液污染羽在地下土水环境中迁移的有效手段。膨润土系竖向隔离墙以及膨润土防水毯是两种最典型的竖向和水平阻隔屏障。膨润土是控制这两种阻隔屏障防渗性能的关键材料，国际上主要采用天然钠基膨润土进行膨润土系竖向隔离墙建造或膨润土防水毯加工。我国缺乏优质天然钠基膨润土，防渗工程中通常采用经过钠化处理的钙基膨润土。然而，在pH>12的强碱性多离子溶液环境中，钠基膨润土和钠化膨润土的蒙脱石矿物将会发生溶解，且双电层厚度受高浓度的离子严重压缩，化学腐蚀抗性明显不足，导致阻隔屏障在强碱性渗滤液环境下的渗透系数远高于设计目标限值，需要针对膨润土进行相关改性处理以满足工程应用需求。

国外相关专家学者采用有机聚合物改性钠基膨润土的方法来增强阻隔屏障对强碱性溶液的防渗性能。但是，这些改性膨润土的关键工艺技术多涉及商业机密，难以直接沿用于我国相关工程应用，且高渗透压作用下有机聚合物从膨润土试样中溶脱，防渗性能的长期有效性尚未明晰。同时，现有的有机聚合物改性膨润土材料不具备调控渗出液高pH值的功能，渗滤液一旦穿透阻隔屏障，依然会直接对地下土水环境造成污染威胁。在降低渗出液pH值方面，酸化膨润土具有良好效果，但常规酸化膨润土采用浓硫酸或浓盐酸作为改性剂，这些高强酸会导致蒙脱石矿物溶解，在很大程度上限制了膨润土膨胀性能和防渗性能的发挥。因此，针对我国强碱性废渣体量大、堆场渗滤液问题突出的现状，研发新型高效的、具有调控碱性溶液pH值功能的改性膨润土显得尤为迫切。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种改性膨润土及其改性方法和应用，该改性膨润土有效增强阻隔屏障防渗性能、耐化学腐蚀性能，同时兼具调控碱性溶液pH值功能，突破了未改性膨润土材料耐碱、耐高离子浓度溶液性能不足的瓶颈，克服现有聚有机聚合物改性膨润土关键技术垄断、长期防渗性能不明确、不具备调控强碱性溶液pH值的短板，解决已有酸化膨润土抗渗性能明显偏弱的技术问题，可广泛应用于强碱性工业废渣堆场污染风险防控处置。

技术方案：本发明提供了一种改性膨润土，该改性膨润土包括无机磷基聚合物、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土。

其中：

所述的无机磷基聚合物是六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或者焦磷酸钠中的一种或多种的混合物。

所述的无机磷基聚合物的质量为膨润土母土质量的1％～15％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土母土质量的1‰～1％。

本发明还提供了一种改性膨润土的改性方法，该方法包括以下步骤：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和无机磷基聚合物溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为1‰～1％的配比，将有机弱酸柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌制得混合浆料，混合浆料静置后烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据无机磷基聚合物干重与膨润土干重比为1％～15％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合，得到改性泥浆；

4)干燥与研磨：将改性泥浆烘干、研磨即得改性膨润土。

其中：

步骤1)所述的配制有机弱酸柠檬酸溶液，是指将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水中，制备1～2mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH≥3.5、浓度为0.1g/L～0.8g/L的有机弱酸柠檬酸溶液；所述的无机磷基聚合物溶液是指将无机磷基聚合物固体药剂溶于去离子水中，制备20g/L～40g/L的无机磷基聚合物溶液。

步骤2)所述的将有机弱酸柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌制得混合浆料中，搅拌的温度为20～60℃，搅拌的时长为2～6h。

步骤2)所述的混合浆料静置后烘干中，静置时长为12h～24h，烘干是指置于20℃～105℃烘箱中烘干。

步骤3)所述的将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合中，混合温度为20～60℃，时长为12h～24h。

步骤4)所述的将改性泥浆烘干、研磨即得改性膨润土是指将改性泥浆置于20～105℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，研磨后过10目～200目标准筛，制得改性膨润土。

本发明还提供了一种改性膨润土的应用，该改性膨润土应用于强碱性工业废渣堆场水平阻隔屏障和竖向阻隔屏障中。

其中：

所述该改性膨润土应用于水平阻隔屏障中，水平阻隔屏障的防渗层系统结构自上而下为土工膜、改性膨润土防水毯、压实黏土衬层，其施工过程如下：

1)自上而下按照无纺布-改性膨润土-编织布的三层结构，采用针刺法制得厚度为6mm、宽度为3m的改性膨润土防水毯；其中，改性膨润土粒径控制为0.1～2.0mm、限制粒径为0.35mm，改性膨润土干质量-面积的比为4.8kg/m²；

2)在强碱性工业废渣堆场场址底部和侧面铺设黏土层，并用压路机压实成厚度为1m的压实黏土衬层，该衬层分三层铺设，每次压实厚度为0.33m，每层压实度大于90％；对施作完成的黏土衬层表面进行平整性检查，除去凸起的石块或尖锐的异物；

3)在压实黏土衬层4顶面平整地铺设改性膨润土防水毯，相邻两幅改性膨润土防水毯之间的搭接宽度为300mm，并在搭接处底层改性膨润土防水毯距离其边界150mm宽度范围内均匀撒铺改性膨润土粉，用于密封搭接缝隙；堆场坡口处的改性膨润土防水毯末端应额外留有2m长的锚固段。

4)在改性膨润土防水毯顶面均匀平整地铺设土工膜，相邻两幅土工膜之间的搭接宽度为100mm，搭接处采用热焊法焊接。

5)在土工膜2顶面均匀平整地铺设0.3m厚的细沙过滤层。

所述该改性膨润土应用于强碱性工业废渣堆场竖向阻隔屏障中，对于已有的强碱性工业废渣堆场，由于早期的技术限制，老旧堆场底部防渗系统设计不完善，导致堆场存在渗滤液渗漏的问题，为防止强碱性渗滤液随地下水流移动造成污染面积的扩大，需要在堆场周围敷设竖向阻隔屏障，以阻断渗滤液污染羽的扩散，以双轴搅拌桩施作方法为例，改性膨润土在竖向阻隔屏障中的应用见如下步骤：

1)按改性膨润土质量分数为30％的比例，将改性膨润土与自来水均匀拌和，制得改性膨润土搅拌泥浆；

2)在强碱性工业废渣堆场周围平整场地，施作导槽，定位安装搅拌钻机；

3)启动搅拌钻机钻进至竖向屏障设计深度，开启液压泵将制备的改性膨润土搅拌泥浆注入地下，注入压力为500kPa；边喷注改性膨润土搅拌泥浆边提升旋转钻杆，直至钻头提升至距地面0.3m时，停止喷注改性膨润土搅拌泥浆，继续将钻头及钻杆提升出地面，完成一幅钻孔施工；

4)移动钻机至相邻的下一钻孔位置，依次开展各钻孔施工，直至整幅竖向屏障施作完毕。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明的改性膨润土较未改性膨润土具有表面负电荷密度高、微观结构分散程度好的特征，所以显著提高了膨润土的分散稳定性；此外，无机磷基聚合物在膨润土的土颗粒表面形成空间位阻稳定作用，防止土颗粒相互接触形成絮凝土团，从而增强了改性膨润土的化学腐蚀抗性；

2、本发明提供的改性膨润土具有酸化膨润土的特征，能够调控强碱性溶液pH值，同时不引起膨润土矿物溶解，因此可大幅提升强碱性溶液环境中阻隔屏障的截污能力、延长强碱性溶液击穿阻隔屏障的时间；

3、本发明所涉及的磷基聚合物和柠檬酸，具有无毒无害的环境友好特点，被广泛应用于食品行业；所用膨润土在污染土水处置领域亦得到普遍应用，同属环境友好型材料；

4、本发明提供的改性膨润土及其改性方法具有制造成本低廉、实施过程所需材料及设备简单且易于获取的特点，有利于大规模生产及推广应用；

5、本发明提供的改性膨润土可同时应用于强碱性工业废渣堆场水平阻隔屏障和竖向阻隔屏障，可为堆场渗滤液污染提供全方位的风险防控保障，具有广阔应用前景和市场需求。

附图说明

图1为包含本发明改性膨润土应用在水平阻隔屏障中的结构示意图；

图2为包含本发明改性膨润土应用在竖向阻隔屏障中的施工钻孔布置示意图；

图中有：过滤层1、土工膜2、改性膨润土防水毯3、压实黏土衬层4和强碱性工业废渣5。

具体实施方式

本发明提供了一种无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土及其改性方法和应用，突破未改性膨润土材料耐碱、耐高离子浓度溶液性能不足的瓶颈，克服现有有机聚合物改性膨润土关键技术垄断、长期防渗性能不明确、不具备调控强碱性溶液pH值的短板，解决已有酸化膨润土抗渗性能明显偏弱的技术问题。本发明旨在提供一种有效增强阻隔屏障防渗性能、耐化学腐蚀性能，同时兼具调控碱性溶液pH值功能的改性膨润土及其改性方法，可广泛应用于强碱性工业废渣堆场污染风险防控处置。下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1：

一种改性膨润土，该改性膨润土用于阻控强碱性渗滤液，包括六偏磷酸钠、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土；其中六偏磷酸钠的质量为膨润土母土质量的1％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土质量的1‰。

其改性方法如下：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和六偏磷酸钠溶液：将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水，制备1mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH＝5.5、浓度为0.1g/L的柠檬酸溶液；将六偏磷酸钠溶于去离子水，制备20g/L的六偏磷酸钠溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为1‰的配比，将柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌，制得混合浆料，搅拌温度和时间分别控制为20℃、2h，混合浆料经12h静置后，转移至20℃烘箱中烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)六偏磷酸钠协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据六偏磷酸钠干重与膨润土母土干重比为1％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与六偏磷酸钠溶液充分混合得到混合改性泥浆，混合温度和时间分别控制为20℃、12h；

4)干燥与研磨：将混合改性泥浆放置于20℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，烘干土经研磨后，过10目标准筛得到改性膨润土。

一种改性膨润土的应用，该改性膨润土用于强碱性工业废渣堆场水平阻隔屏障中，阻控强碱性渗滤液进入地下土水系统中造成环境污染；该水平阻隔屏障的防渗层系统结构自上而下为土工膜2、改性膨润土防水毯3、压实黏土衬层4，其施工过程如下：

1)自上而下按照无纺布-改性膨润土-编织布的三层结构，采用针刺法制得厚度为6mm、宽度为3m的改性膨润土防水毯3；其中，改性膨润土粒径控制为0.1～2.0mm、限制粒径为0.35mm，改性膨润土干质量-面积的比为4.8kg/m²；

2)在强碱性工业废渣堆场场址底部和侧面铺设黏土层，并用压路机压实成厚度为1m的压实黏土衬层4，该衬层分三层铺设，每次压实厚度为0.33m，每层压实度大于90％；对施作完成的黏土衬层表面进行平整性检查，除去凸起的石块或尖锐的异物；

3)在压实黏土衬层4顶面平整地铺设改性膨润土防水毯3，相邻两幅改性膨润土防水毯3之间的搭接宽度为300mm，并在搭接处底层改性膨润土防水毯3距离其边界150mm宽度范围内均匀撒铺改性膨润土粉，用于密封搭接缝隙；堆场坡口处的改性膨润土防水毯3末端应额外留有2m长的锚固段；

4)在改性膨润土防水毯3顶面均匀平整地铺设土工膜2，相邻两幅土工膜2之间的搭接宽度为100mm，搭接处采用热焊法焊接。

5)在土工膜2顶面均匀平整地铺设0.3m厚的细沙过滤层1。

实施例2：

一种改性膨润土，该改性膨润土用于阻控强碱性渗滤液，包括六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土；其中六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量为膨润土母土质量的8％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土质量的50‰。

其改性方法如下：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和无机磷基聚合物溶液：将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水，制备1.5mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH＝4.5、浓度为0.4g/L的柠檬酸溶液；将六偏磷酸钠、三聚磷酸钠溶于去离子水，制备30g/L的无机磷基聚合物溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为50‰的配比，将柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌，制得混合浆料，搅拌温度和时间分别控制为40℃、4h，混合浆料经18h静置后，转移至80℃烘箱中烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据六偏磷酸钠和三聚磷酸钠干重与膨润土母土干重比为8％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合得到混合改性泥浆，混合温度和时间分别控制为40℃、18h。

4)干燥与研磨：将混合改性泥浆放置于90℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，烘干土经研磨后，过80目标准筛得到改性膨润土。

一种改性膨润土的应用，该改性膨润土用于强碱性工业废渣堆场水平阻隔屏障中，阻控强碱性渗滤液进入地下土水系统中造成环境污染。该水平阻隔屏障的防渗层系统结构自上而下为土工膜2、改性膨润土防水毯3、压实黏土衬层4，其施工过程如下：

1)自上而下按照无纺布-改性膨润土-编织布的三层结构，采用针刺法制得厚度为6mm、宽度为3m的改性膨润土防水毯3；其中，改性膨润土粒径控制为0.1～2.0mm、限制粒径为0.35mm，改性膨润土干质量-面积的比为4.8kg/m²；

2)在强碱性工业废渣堆场场址底部和侧面铺设黏土层，并用压路机压实成厚度为1m的压实黏土衬层4，该衬层分三层铺设，每次压实厚度为0.33m，每层压实度大于90％；对施作完成的黏土衬层表面进行平整性检查，除去凸起的石块或尖锐的异物；

3)在压实黏土衬层4顶面平整地铺设改性膨润土防水毯3，相邻两幅改性膨润土防水毯3之间的搭接宽度为300mm，并在搭接处底层改性膨润土防水毯3距离其边界150mm宽度范围内均匀撒铺改性膨润土粉，用于密封搭接缝隙；堆场坡口处的改性膨润土防水毯3末端应额外留有2m长的锚固段；

4)在改性膨润土防水毯3顶面均匀平整地铺设土工膜2，相邻两幅土工膜2之间的搭接宽度为100mm，搭接处采用热焊法焊接；

5)在土工膜2顶面均匀平整地铺设0.3m厚的细沙过滤层1。

实施例3

一种改性膨润土，该改性膨润土用于阻控强碱性渗滤液，包括六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、焦磷酸钠、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土；其中六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠的质量为膨润土母土质量的15％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土质量的1％。

其改性方法如下：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和无机磷基聚合物溶液：将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水，制备2mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH＝3.5、浓度为0.8g/L的柠檬酸溶液；将六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠溶于去离子水，制备40g/L的无机磷基聚合物溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为1％的配比，将柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌，制得混合浆料，搅拌温度和时间分别控制为60℃、6h，混合浆料经24h静置后，转移至105℃烘箱中烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠干重与膨润土母土干重比为15％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合得到混合改性泥浆，混合温度和时间分别控制为60℃、24h。

4)干燥与研磨：将混合改性泥浆放置于105℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，烘干土经研磨后，过200目标准筛得到改性膨润土。

一种改性膨润土的应用，该改性膨润土用于强碱性工业废渣堆场水平阻隔屏障中，阻控强碱性渗滤液进入地下土水系统中造成环境污染。该水平阻隔屏障的防渗层系统结构自上而下为土工膜2、改性膨润土防水毯3、压实黏土衬层4，其施工过程如下：

1)自上而下按照无纺布-改性膨润土-编织布的三层结构，采用针刺法制得厚度为6mm、宽度为3m的改性膨润土防水毯3；其中，改性膨润土粒径控制为0.1～2.0mm、限制粒径为0.35mm，改性膨润土干质量-面积的比为4.8kg/m²；

2)在强碱性工业废渣堆场场址底部和侧面铺设黏土层，并用压路机压实成厚度为1m的压实黏土衬层4，该衬层分三层铺设，每次压实厚度为0.33m，每层压实度大于90％；对施作完成的黏土衬层表面进行平整性检查，除去凸起的石块或尖锐的异物；

3)在压实黏土衬层4顶面平整地铺设改性膨润土防水毯3，相邻两幅改性膨润土防水毯3之间的搭接宽度为300mm，并在搭接处底层改性膨润土防水毯3距离其边界150mm宽度范围内均匀撒铺改性膨润土粉，用于密封搭接缝隙；堆场坡口处的改性膨润土防水毯3末端应额外留有2m长的锚固段；

4)在改性膨润土防水毯3顶面均匀平整地铺设土工膜2，相邻两幅土工膜2之间的搭接宽度为100mm，搭接处采用热焊法焊接；

5)在土工膜2顶面均匀平整地铺设0.3m厚的细沙过滤层1。

实施例4：

一种改性膨润土，该改性膨润土用于阻控强碱性渗滤液，包括六偏磷酸钠、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土；其中六偏磷酸钠的质量为膨润土母土质量的15％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土质量的1％。

其改性方法如下：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和六偏磷酸钠溶液：将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水，制备1mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH＝5.5、浓度为0.1g/L的柠檬酸溶液；将六偏磷酸钠溶于去离子水，制备20g/L的六偏磷酸钠溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为1％的配比，将柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌，制得混合浆料，搅拌温度和时间分别控制为20℃、2h，混合浆料经12h静置后，转移至20℃烘箱中烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)六偏磷酸钠协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据六偏磷酸钠干重与膨润土母土干重比为1％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与六偏磷酸钠溶液充分混合得到混合改性泥浆，混合温度和时间分别控制为20℃、12h。

4)干燥与研磨：将混合改性泥浆放置于20℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，烘干土经研磨后，过200目标准筛得到改性膨润土。

一种改性膨润土的应用，该改性膨润土用于强碱性工业废渣堆场竖向阻隔屏障中。对于已有的强碱性工业废渣堆场，由于早期的技术限制，老旧堆场底部防渗系统设计不完善，导致堆场存在渗滤液渗漏的问题，为防止强碱性渗滤液随地下水流移动造成污染面积的扩大，需要在堆场周围敷设竖向阻隔屏障，以阻断渗滤液污染羽的扩散，以双轴搅拌桩施作方法为例，改性膨润土在竖向阻隔屏障中的应用见如下步骤：

1)按改性膨润土质量分数为30％的比例，将改性膨润土与自来水均匀拌和，制得改性膨润土搅拌泥浆；

2)在强碱性工业废渣堆场周围平整场地，施作导槽，定位安装搅拌钻机；

3)启动搅拌钻机钻进至竖向屏障设计深度，开启液压泵将制备的改性膨润土搅拌泥浆注入地下，注入压力为500kPa；边喷注改性膨润土搅拌泥浆边提升旋转钻杆，直至钻头提升至距地面0.3m时，停止喷注改性膨润土搅拌泥浆，继续将钻头及钻杆提升出地面，完成一幅钻孔施工；

4)移动钻机至相邻的下一钻孔位置，依次开展各钻孔施工，直至整幅竖向屏障施作完毕。

对比例1：仅取实施例4中膨润土母土，不添加改性剂。

对比例2：同实施例4，不同的是改性剂仅由柠檬酸构成，不包括六偏磷酸钠改性剂。

实施例5：

一种改性膨润土，该改性膨润土用于阻控强碱性渗滤液，包括六偏磷酸钠和三聚磷酸钠、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土；其中六偏磷酸钠和三聚磷酸钠的质量为膨润土母土质量的8％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土质量的50‰。

其改性方法如下：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和无机磷基聚合物溶液：将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水，制备1.5mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH＝4.5、浓度为0.4g/L的柠檬酸溶液；将六偏磷酸钠和三聚磷酸钠溶于去离子水，制备30g/L的无机磷基聚合物溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为50‰的配比，将柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌，制得混合浆料，搅拌温度和时间分别控制为40℃、4h，混合浆料经18h静置后，转移至80℃烘箱中烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据六偏磷酸钠和三聚磷酸钠干重与膨润土母土干重比为8％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合得到混合改性泥浆，混合温度和时间分别控制为40℃、18h；

4)干燥与研磨：将混合改性泥浆放置于90℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，烘干土经研磨后，过200目标准筛得到改性膨润土。

一种改性膨润土的应用，该改性膨润土用于强碱性工业废渣堆场竖向阻隔屏障中。对于已有的强碱性工业废渣堆场，由于早期的技术限制，老旧堆场底部防渗系统设计不完善，导致堆场存在渗滤液渗漏的问题，为防止强碱性渗滤液随地下水流移动造成污染面积的扩大，需要在堆场周围敷设竖向阻隔屏障，以阻断渗滤液污染羽的扩散，以双轴搅拌桩施作方法为例，改性膨润土在竖向阻隔屏障中的应用见如下步骤：

1)按改性膨润土质量分数为30％的比例，将改性膨润土与自来水均匀拌和，制得改性膨润土搅拌泥浆；

2)在强碱性工业废渣堆场周围平整场地，施作导槽，定位安装搅拌钻机；

3)启动搅拌钻机钻进至竖向屏障设计深度，开启液压泵将制备的改性膨润土搅拌泥浆注入地下，注入压力为500kPa；边喷注改性膨润土搅拌泥浆边提升旋转钻杆，直至钻头提升至距地面0.3m时，停止喷注改性膨润土搅拌泥浆，继续将钻头及钻杆提升出地面，完成一幅钻孔施工；

4)移动钻机至相邻的下一钻孔位置，依次开展各钻孔施工，直至整幅竖向屏障施作完毕。

实施例6：

一种改性膨润土，该改性膨润土用于阻控强碱性渗滤液，包括六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土；其中六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠的质量为膨润土母土质量的15％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土质量的1％。

其改性方法如下：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和无机磷基聚合物溶液：将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水，制备2mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH＝3.5、浓度为0.8g/L的柠檬酸溶液；将六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠溶于去离子水，制备40g/L的无机磷基聚合物溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为1％的配比，将柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌，制得混合浆料，搅拌温度和时间分别控制为60℃、6h，混合浆料经24h静置后，转移至105℃烘箱中烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据六偏磷酸钠、三聚磷酸钠和焦磷酸钠干重与膨润土母土干重比为15％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合得到混合改性泥浆，混合温度和时间分别控制为60℃、24h；

4)干燥与研磨：将混合改性泥浆放置于105℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，烘干土经研磨后，过200目标准筛得到改性膨润土。

一种改性膨润土的应用，该改性膨润土用于强碱性工业废渣堆场竖向阻隔屏障中。对于已有的强碱性工业废渣堆场，由于早期的技术限制，老旧堆场底部防渗系统设计不完善，导致堆场存在渗滤液渗漏的问题，为防止强碱性渗滤液随地下水流移动造成污染面积的扩大，需要在堆场周围敷设竖向阻隔屏障，以阻断渗滤液污染羽的扩散，以双轴搅拌桩施作方法为例，改性膨润土在竖向阻隔屏障中的应用见如下步骤：

1)按改性膨润土质量分数为30％的比例，将改性膨润土与自来水均匀拌和，制得改性膨润土搅拌泥浆；

2)在强碱性工业废渣堆场周围平整场地，施作导槽，定位安装搅拌钻机；

3)启动搅拌钻机钻进至竖向屏障设计深度，开启液压泵将制备的改性膨润土搅拌泥浆注入地下，注入压力为500kPa；边喷注改性膨润土搅拌泥浆边提升旋转钻杆，直至钻头提升至距地面0.3m时，停止喷注改性膨润土搅拌泥浆，继续将钻头及钻杆提升出地面，完成一幅钻孔施工；

4)移动钻机至相邻的下一钻孔位置，依次开展各钻孔施工，直至整幅竖向屏障施作完毕。

对实施例4、对比例1-2中的含改性膨润土的竖向屏障墙体材料进行室内三轴柔性壁渗透试验，试验标准参考美国土木工程师学会发布的《Standard test methods formeasurement of hydraulic conductivity of saturated porous materials using aflexible wall permeameter》(ASTM D5084-10)以及《Standard test method forhydraulic conductivity compatibility testing of soils with aqueous solutions》(ASTM D7100-11)。测试结果如表1所示。

表1改性前后竖向屏障墙体材料的三轴柔性渗透试验结果

注：自来水pH＝7.0，强碱性渗滤液pH＝13.1。

由表1的试验结果可看出，自来水和强碱性渗滤液渗透条件下，经含有无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土的屏障材料的渗透系数较包含未改性膨润土或柠檬酸预改性膨润土的屏障材料降低2个数量级；且强碱性渗滤液作用下，含有无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土的屏障材料的渗透系数未有增加趋势，表明其化学腐蚀抗性较对比例1-2中的材料优越。此外，无机磷基聚合物协同柠檬酸改性后，渗出液pH值最低。

以上所述仅针对本发明的优选实施例进行举例说明，并非对本发明结构做任何形式上的限制。凡是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、等同变化与润饰，均仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性膨润土，其特征在于：该改性膨润土包括无机磷基聚合物、有机弱酸柠檬酸和膨润土母土。

2.如权利要求1所述的一种改性膨润土，其特征在于：所述的无机磷基聚合物是六偏磷酸钠、三聚磷酸钠或者焦磷酸钠中的一种或多种的混合物。

3.如权利要求1所述的一种改性膨润土，其特征在于：所述的无机磷基聚合物的质量为膨润土母土质量的1％～15％，有机弱酸柠檬酸的质量为膨润土母土质量的1‰～1％。

4.一种如权利要求1～3任一权利要求所述的改性膨润土的改性方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1)配制有机弱酸柠檬酸溶液和无机磷基聚合物溶液；

2)柠檬酸预改性膨润土制备：以有机弱酸柠檬酸干重与膨润土母土干重比为1‰～1％的配比，将有机弱酸柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌制得混合浆料，混合浆料静置后烘干，得到柠檬酸预改性膨润土；

3)无机磷基聚合物协同柠檬酸改性膨润土浆液制备与养护：根据无机磷基聚合物干重与膨润土干重比为1％～15％的比例规格，将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合，得到改性泥浆；

4)干燥与研磨：将改性泥浆烘干、研磨即得改性膨润土。

5.如权利要求4所述的一种改性膨润土的改性方法，其特征在于：步骤1)所述的配制有机弱酸柠檬酸溶液，是将有机弱酸柠檬酸充分溶于去离子水中，制备1～2mol/L柠檬酸标准储备液，用去离子水对该储备液进行稀释，得到pH≥3.5、浓度为0.1g/L～0.8g/L的有机弱酸柠檬酸溶液；所述的配制无机磷基聚合物溶液是指将无机磷基聚合物固体药剂溶于去离子水中，制备20g/L～40g/L的无机磷基聚合物溶液。

6.如权利要求4所述的一种改性膨润土的改性方法，其特征在于：步骤2)所述的将有机弱酸柠檬酸溶液与膨润土母土进行混合搅拌制得混合浆料中，搅拌的温度为20～60℃，搅拌的时长为2～6h。

7.如权利要求4所述的一种改性膨润土的改性方法，其特征在于：步骤2)所述的混合浆料静置后烘干中，静置时长为12h～24h，烘干是指置于20℃～105℃烘箱中烘干。

8.如权利要求4所述的一种改性膨润土的改性方法，其特征在于：步骤3)所述的将柠檬酸预改性膨润土与无机磷基聚合物溶液充分混合中，混合温度为20～60℃，时长为12h～24h。

9.如权利要求4所述的一种改性膨润土的改性方法，其特征在于：步骤4)所述的将改性泥浆烘干、研磨即得改性膨润土，是指将改性泥浆置于20℃～105℃的烘箱中进行烘干处理至恒重，研磨后过10目～200目标准筛，制得改性膨润土。

10.一种如权利要求1～3任一权利要求所述的改性膨润土的应用，其特征在于：该改性膨润土应用于强碱性工业废渣堆场水平阻隔屏障和竖向阻隔屏障中。