CN110683823B - 一种盐湖盐田防渗剂及其制备与施工方法 - Google Patents

Abstract

一种盐湖盐田防渗剂，由组分A和组分B构成，组分A由合成共聚物、黏土和含钙矿物混配而成，组分B由水溶性硅酸盐和淡水混配成；各成分的质量分数为：合成共聚物0.5%~1.5%的，黏土10%~20%，水溶性硅酸盐12%~30%，含钙矿物8%~20%的，其余为淡水，本发明还提供了该防渗剂的施工方法。本发明防渗剂充分利用了各组分之间的特性互补，防渗性能优异；采用的原料均是来源易得、价格低廉的化学品，成本低；制备与施工方法简单易行，适合用于大型工程，特别适用于青海、新疆、西藏等地的盐湖盐田的防渗。

Description

一种盐湖盐田防渗剂及其制备与施工方法

技术领域

本发明涉及一种防渗剂及其制备与施工方法，尤其是涉及一种土壤防渗剂及其制备与施工方法。

背景技术

渗漏是一种自然界水体常见的液相流失现象。

对于盐田而言，无论是在沿海摊晒盐田，还是在西北内陆盐湖的自然蒸发盐田，在生产运行过程当中，渗漏都是不可避免的。

对于盐田生产，渗漏是一个非常值得关注的问题。渗漏使得盐田中的卤水在通过蒸发转变为固体矿之前就流失到地下，一般情况下，大部分流失的卤水在矿山服务期内都无法返回原来赋存的区域，再次成为可开采的资源。这里有两个方面的原因：一方面是由于盐田往往离矿区比较远，从盐田到矿区的长距离地层对卤水的保持和隔离作用比较显著，卤水往往只有极小部分能够流到采矿区回补地下卤水；另一方面，在长距离运行过程中，卤水与土壤砂石等地层构成物之间发生各种吸附、溶入、析出等物理化学行为，质量和组成都可能发生大的变化，甚至可能改变原有卤水体系，如氯化物型卤水渗漏后流入地下，在经过含芒硝的地层时，就容易转变成硫酸盐型卤水。

盐田渗漏不可避免且较难回收，自生产海盐的时代开始就一直是影响制卤量和产盐量的重要因素，既是盐田生产过程中最大的经济损失点，又是最大的成本控制难点。如上世纪90年代我国山东的青岛昌邑盐场，由于盐田建立在砂质基础上，卤水的渗漏率一度达到了近75%，成为制约盐田生产规模的头等问题。随着近几十年开发盐湖钾资源工艺的成熟，我国西北内陆地区的盐湖建立了大量的盐田。从现有情况来看，青海柴达木盆地、新疆塔里木盆地、西藏阿里地区等地的生产盐田，渗漏损失比较严重，其中新疆罗布泊和西藏扎布耶两个地区的盐田尤为严重。卤水渗漏是一项自然流失损失，其量的大小直接反映了盐田池板和堤坝的防渗性能，同时制约着盐田的生产效率和企业的经济效益。

盐田是钾肥生产的重要设施，具有蓄卤、摊晒、调节、兑卤等诸多功能，其中较为重要的是其摊晒功能。通常的无膜盐田底板由天然粘土层经压实处理而成，一般情况下，经过压实处理的盐田底板可以将卤水渗漏率控制在0.7～0.8 mm/d左右。但即使是0.7 mm/d的渗漏率，对大面积盐田而言，还是有大量的卤水流失。卤水流失一方面使得单位面积盐田生产能力下降，增加了成本；另一方面，地下赋存的卤水矿产资源储存量如钾、锂等资源是有限的，资源的流失对矿山服务年限、资源供给能力都会造成较大的影响。根据2012年罗钾盐田的渗漏测试数据（0.7±0.15 mm/d，此处估算采用0.7 mm/d），仅以钾离子为目标进行估算，每年因渗漏流失的硫酸钾将超过200万吨。因此，盐田防渗是盐湖生产面临的极大挑战。

科研人员对盐田的防渗技术进行了大量的研究，开发了多种防渗技术，关注度比较高的几种防渗技术分别是生物防渗、粘土防渗、化学防渗和塑膜防渗。目前国内以粘土防渗和塑膜防渗为主。但是，在盐湖地区黏土资源紧缺，尤其是新疆罗布泊、西藏等地方；塑膜铺底成本较高、施工难度较大，一般只用于特定场合的防渗，如盐田中经济效益较高的沉钾池一般采用塑膜铺底的防渗方式。

采用化学防渗技术国内所见报道不多，CN100417689C公开了一种水田防渗剂，其方法是将聚丙烯酞胺、过氧化钙、膨润土和磷酸二氢钾与一定量的细沙混匀后撒入水田。CN102977893A公开了一种农用保水防渗剂，它是由膨润土、硅酸盐水泥熟料、石膏粉和阴离子型聚丙烯酞胺组成。这两种专利所发明的农用保水防渗剂主要应用于农田淡水环境下的防渗节水，不适用于盐田等含高浓度盐或腐蚀性较强的场所。

CN105084805A公开了一种无机-有机复合渗透结晶型防水剂，它是由硅酸钠、甲基硅酸钠、海藻酸钠、明胶、十二烷基乙氧基磺酸甜菜碱、碳酸钠、柠檬酸钠、三乙醇胺、硫酸铝钾、硫酸钙、聚丙烯酞胺、木质素磺酸钙、经乙基甲基纤维素、氢氧化钙、硼酸和水组成。但该公开方案主要应用于屋面、地下室和卫生间等混凝土建筑领域的防水，不适用于盐田等含高浓度盐或腐蚀性较强的场所。

以上防渗剂对我国西部地区（如青海、新疆、西藏等）修建盐田所用的土质各异的各类特定组成的表层或浅层土壤的防渗未见报道，而这些地区的土壤中含有大量的碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐，使得其内部含有大量大小不一的孔隙，容易引起渗漏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种盐湖盐田防渗剂及其制备与施工方法。该防渗剂成本低，制备与施工方法简便，防渗效果好；适合用于大型工程项目，特别适用于青海、新疆、西藏等地的盐湖盐田的防渗。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种盐湖盐田防渗剂，其特征在于，由组分A和组分B构成，组分A由合成共聚物、黏土和含钙矿物混配而成，组分B由水溶性硅酸盐和淡水混配成；优选的，各成分的质量分数为：合成共聚物0.5% ~ 1.5%的，黏土10%~ 20%，水溶性硅酸盐12% ~ 30%，含钙矿物8% ~ 20%的，其余为淡水，所述百分比的计算基准为合成共聚物、黏土、水溶性硅酸盐、含钙矿物和淡水质量之和。

优选的，所述合成共聚物是水溶性共聚物，具有吸水膨胀功能，由丙烯酰胺羟基磺酸盐的单体A以及乙烯类的单体B聚合而成。

优选的，所述合成共聚物的原料中，单体A的质量占比为15% ~ 90%；含量过高或过低，获得的共聚物聚合度以及转化率较低。

优选的，所述单体A为水溶性丙烯酰胺羟基磺酸钠盐，所述单体B为水溶性羧酸类或者水溶性非离子丙烯酸类单体。

优选的，所述单体B为甲基丙酸烯、丙烯酸、顺丁烯、丙烯酰胺中的一种或多种。

单体A与单体B通过聚合反应生成水溶性共聚物。共聚物从反相悬浮聚合体系中分离出来，经过洗涤、干燥工序后，可得到粒度范围为50μm-2mm的白色合成共聚物颗粒。合成共聚物在水中具有良好的柔韧性和膨胀性，能减少脆性过强所形成的开裂，增强土壤的防渗性能。同时可以填充和封堵土壤中的孔隙和裂缝，进一步增强土壤的抗渗性能。

优选的，所述黏土具有层状晶体结构，为膨润土、蒙脱石、滑石粉、绿脱石中的一种或多种。；层状结构的黏土，具有强的吸湿性和膨胀性，可吸附几十倍甚至上千倍于自身体积的水量，体积膨胀可达数十倍，具有良好的密封防水性。

优选的，所述水溶性硅酸盐包括水玻璃、甲基硅酸盐；水玻璃能够与土壤中含钙矿物发生反应形成硅酸钙物质，增强土壤密实性以及增强土壤力学性能；甲基硅酸盐能与土壤颗粒表面的羟基发生反应，在土壤表层及内部形成不溶性憎水性化合物薄膜，同时填充土壤中的孔隙和裂缝，从而实现防水的目的。

优选的，所述水玻璃占水溶性硅酸盐总质量的33% ~ 83%。

优选的，所述水玻璃的模数为2.2 ~ 2.8，波美度为30 ~ 45°Bé。

优选的，所述含钙矿物为石灰、石膏中的一种或多种；既能够与水玻璃反应增强土壤固化能力，又可增强土壤抗渗性能。

本发明盐湖盐田防渗剂的制备与施工方法，包括以下步骤：

（1）单体A与单体B聚合反应，洗涤、干燥，得合成共聚物；

（2）将黏土、含钙矿物与所述合成共聚物搅拌均匀，得防渗剂的组分A；将水溶性硅酸盐、淡水搅拌均匀，得防渗剂的组分B；

（3）向施工的土壤喷撒防渗剂的组分A，并耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分A相对混匀；

（4）将防渗剂的组分B喷洒在步骤（3）混有防渗剂的组分A的土壤上，并耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分B相对混匀；

（5）将所述土壤碾压夯实，待7 ~ 15天后，在土壤的表面喷洒防渗剂的组分B进行补强。

其中防渗剂的组分A可长期保存。

优选的，所述防渗剂的总用量为10 ~ 15 kg/m²。

优选的，步骤（5）中，所述补强的防渗剂的组分B用量为0.8 ~ 1.2 kg/m²。

本发明充分利用了各组分之间的特性互补，利用合成共聚物胶结特性，增强土壤柔软性并且微膨胀作用，可以补偿收缩、减少开裂，硅酸盐在土壤表层及内部形成不溶性憎水性化合物薄膜增强土壤粘结强度，含钙矿物填充土壤中的孔隙和裂缝增强土壤密实度，从而实现防水的目的。

本发明有益效果：（1）本发明防渗剂充分利用了各组分之间的特性互补与协同作用，防渗性能优异；（2）采用的原料均是来源易得、价格低廉的化学品，成本低；（3）制备与施工方法简单易行，适合用于大型工程，特别适用于青海、新疆、西藏等地的盐湖盐田的防渗。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。在实施例中，渗漏系数的计算采用2011年中国水利水电出版社出版的《土工试验》中的方法，作者为李宝玉。

实施例1

一种盐湖盐田防渗剂，其成分为：

质量分数为1.5%的合成共聚物、质量分数为10%的模数为2.6、波美度为30°Bé的水玻璃、质量分数为15%的膨润土、质量分数为5%的甲基硅酸钠、质量分数为10%的二水石膏，其余部分为水。

本实施例防渗剂的制备与施工方法，具体步骤为：

（1）共聚物合成：单体A选定为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠，单体B选定为丙烯酸，配比为单体A质量3.0 kg，单体B质量7.0 kg，将单体A与单体B通过常规的聚合反应操作生成水溶性共聚物，经过洗涤、干燥工序后，得到质量为9.5 kg的白色合成共聚物颗粒；

（2）按配比将合成共聚物、膨润土、二水石膏搅拌均匀，即得防渗剂的组分A，按配比将水玻璃、甲基硅酸钠、淡水搅拌均匀，得防渗剂的组分B，防渗剂的组分A可长期保存；

（3）施工时，向盐湖盐田土壤喷撒防渗剂的组分A，并用土方设备耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分A相对混匀；

（4）然后用洒水车将防渗剂的组分B喷洒在土壤上，并用土方设备耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分B相对混匀；

（5）所有防渗剂成分都与土壤混合后，采用重锤或者夯实机将土壤碾压夯实，待7天后，再在表面喷洒防渗剂的组分B进行补强。

将本实施例产品用于新疆罗布泊盐湖盐田浅层土壤防渗，其用量为10.0 kg/m²，其中补强喷洒量为1.0 kg/m²；实施对象在未使用本防渗剂之前的渗漏系数为5.0×10^-5 cm/s，使用本实施例防渗剂后45天内的平均渗漏系数为1.3×10^-7 cm/s，防渗效果显著。

实施例2

一种盐湖盐田防渗剂，其成分为：

质量分数为1.0%的合成共聚物，质量分数为15%、模数为2.6、波美度为30 °Bé的水玻璃，质量分数为12%的膨润土，质量分数为8%的甲基硅酸钠，质量分数为8%的二水石膏，其余部分为水。

本实施例防渗剂的制备与施工方法，具体步骤为：

（1）共聚物合成：单体A选定为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠，单体B选定为甲基丙烯酸，配比为单体A质量4.5 kg，单体B质量5.5 kg，将单体A与单体B通过常规的聚合反应操作生成水溶性共聚物，经过洗涤、干燥工序后，可得到质量为9.1 kg的白色合成共聚物颗粒；

（2）按配比将合成共聚物、膨润土、二水石膏搅拌均匀，即得防渗剂的组分A，按配比将水玻璃、甲基硅酸钠、淡水搅拌均匀，得防渗剂的组分B，防渗剂的组分A可长期保存；

（3）施工时，向盐湖盐田土壤喷撒防渗剂的组分A，并用土方设备耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分A相对混匀；

（4）然后用洒水车将防渗剂的组分B喷洒在土壤上，并用土方设备耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分B相对混匀；

（5）所有防渗剂成分都与土壤混合后，采用重锤或者夯实机将土壤碾压夯实，待7天后，再在表面喷洒防渗剂的组分B进行补强。

将本实施例产品用于青海盐湖盐田的浅层土壤防渗，其用量为12.0 kg/m²，其中补强喷洒量为0.8 kg/m²；实施对象在未使用本防渗剂之前的渗漏系数为3.0×10^-6 cm/s，使用防渗剂后45天内的平均渗漏系数为2.4×10^-7 cm/s，防渗效果显著。

实施例3

一种盐湖盐田防渗剂，其成分为：

质量分数为0.8%的合成共聚物，质量分数为18%、模数为2.6、波美度为30 °Bé的水玻璃，质量分数为10%的膨润土，质量分数为10%的甲基硅酸钠，质量分数为12%的二水石膏，其余部分为水。

本实施例防渗剂的制备与施工方法，具体步骤为：

（1）共聚物合成：单体A选定为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠，单体B选定为甲基丙烯酸，配比为单体A质量4.5 kg，单体B质量5.5 kg，将单体A与单体B通过常规的聚合反应操作生成水溶性共聚物，经过洗涤、干燥工序后，可得到质量为9.1 kg的白色合成共聚物颗粒；

（2）按配比将合成共聚物、膨润土、二水石膏搅拌均匀，即得防渗剂的组分A，按配比将水玻璃、甲基硅酸钠、淡水搅拌均匀，得防渗剂的组分B，防渗剂的组分A可长期保存；

（3）施工时，向盐湖盐田土壤喷撒防渗剂的组分A，并用土方设备耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分A相对混匀；

（4）然后用洒水车将防渗剂的组分B喷洒在土壤上，并用土方设备耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分B相对混匀；

（5）所有防渗剂成分都与土壤混合后，采用重锤或者夯实机将土壤碾压夯实，待7天后，再在表面喷洒防渗剂的组分B进行补强。

将本实施例产品用于西藏盐湖盐田的浅层土壤防渗，其用量为15.0 kg/m²，其中补强喷洒量为1.0 kg/m²；实施对象在未使用本防渗剂之前的渗漏系数为4.2×10^-5 cm/s，使用防渗剂后45天内的平均渗漏系数为1.6×10^-7 cm/s，防渗效果显著。

Claims (11)

1.一种盐湖盐田防渗剂，其特征在于，由组分A和组分B构成，组分A由合成共聚物、黏土和含钙矿物混配而成，组分B由水溶性硅酸盐和淡水混配成；各成分的质量分数为：合成共聚物0.5% ~ 1.5%，黏土10% ~ 20%，水溶性硅酸盐12% ~ 30%，含钙矿物8% ~ 20%，其余为淡水，所述百分比的计算基准为合成共聚物、黏土、水溶性硅酸盐、含钙矿物和淡水质量之和；

所述合成共聚物是水溶性共聚物，具有吸水膨胀功能，由丙烯酰胺羟基磺酸盐的单体A以及乙烯类的单体B聚合而成；合成共聚物的原料中，单体A的质量占比为15% ~ 90%；

所述水溶性硅酸盐包括水玻璃、甲基硅酸盐；

所述含钙矿物为石灰、石膏中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的盐湖盐田防渗剂，其特征在于，所述单体A为水溶性丙烯酰胺羟基磺酸钠盐，所述单体B为水溶性羧酸类或者水溶性非离子丙烯酸类单体。

3.根据权利要求1或2所述的盐湖盐田防渗剂，其特征在于，所述单体B为甲基丙酸烯、丙烯酸、顺丁烯、丙烯酰胺中的一种或多种。

4.根据权利要求1或2所述的盐湖盐田防渗剂，其特征在于，所述黏土具有层状晶体结构，为膨润土、蒙脱石、滑石粉、绿脱石中的一种或多种。

5.根据权利要求3所述的盐湖盐田防渗剂，其特征在于，所述黏土具有层状晶体结构，为膨润土、蒙脱石、滑石粉、绿脱石中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的盐湖盐田防渗剂，其特征在于，水玻璃占水溶性硅酸盐总质量的33% ~ 83%，水玻璃的模数为2.2 ~ 2.8，波美度为30 ~ 45°Bé。

7.根据权利要求3所述的盐湖盐田防渗剂，其特征在于，水玻璃占水溶性硅酸盐总质量的33% ~ 83%，水玻璃的模数为2.2 ~ 2.8，波美度为30 ~ 45°Bé。

8.根据权利要求4所述的盐湖盐田防渗剂，其特征在于，水玻璃占水溶性硅酸盐总质量的33% ~ 83%，水玻璃的模数为2.2 ~ 2.8，波美度为30 ~ 45°Bé。

9.如权利要求1所述的一种盐湖盐田防渗剂的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）单体A与单体B聚合反应，洗涤、干燥，得合成共聚物；

（2）将黏土、含钙矿物与所述合成共聚物搅拌均匀，得防渗剂的组分A；将水溶性硅酸盐、淡水搅拌均匀，得防渗剂的组分B；

（3）向施工的土壤喷撒防渗剂的组分A，并耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分A相对混匀；

（4）将防渗剂的组分B喷洒在步骤（3）混有防渗剂的组分A的土壤上，并耕犁土壤，使土壤与防渗剂的组分B相对混匀；

（5）将所述土壤碾压夯实，待7 ~ 15天后，在土壤的表面喷洒防渗剂的组分B进行补强。

10.根据权利要求9所述的盐湖盐田防渗剂的施工方法，其特征在于，所述防渗剂的总用量为10 ~ 15 kg/m²。

11.根据权利要求9或10所述的盐湖盐田防渗剂的施工方法，其特征在于，步骤（5）中，所述补强的防渗剂的组分B用量为0.8 ~ 1.2 kg/m²。