CN111018556A - 一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂及制备方法，其组成成分包括45～68份聚硅酸硫酸铝、29～37份聚丙烯酰胺、18～33份聚合氯化铝铁、10～15分表面活性剂、4～8份降粘剂、4～8份助熔剂，表面活性剂包括水玻璃、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇脂肪酸酯，助熔剂包括硼酸锌、六氟铝酸钠、石灰石和碳酸镁中，聚硅酸硫酸铝、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝铁和降黏剂反应陈化得到预混料，加入助熔剂、表面活性剂，熔融挤出造粒，降黏剂均匀喷洒制成，通过处理剂调理可降低污染土壤脱水难度，提高固含率，保证原料粘度减少团聚，提高污染土壤应用于陶粒生产的高温发胀，益于增加参烧比例，获得多孔微观形貌，降低陶粒生产成本，达到环保、资源有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂及制备方法，属于污染土壤环保处理技术领域。
背景技术
陶粒是一种外观特征呈圆形、椭圆形或不规则石状物，通过焙烧表面形成坚硬的陶质或釉质外壳，轻质陶粒内部还具有细密的封闭的蜂窝状，具有隔水保气作用并具有较高强度，还具有密度低、筒压强度高、软化系数高、抗冻性良好、抗碱集料反应性优异等，可用于无土栽培、园林绿化、替代配置混凝土、轻质砂浆、耐酸、耐热混凝土细集料作为工程建筑材料。
污染土壤包括由工业污水、农业污水引起的有机物污染和无机物污染，当土壤中含有过多有害物质，超过土壤的自洁净能力，其累计将通过水域、大气和生物之间循环、食物链传递间接的影响人体健康，导致生产、生活环境污染，通过处理、填埋等方式成本较大，且资源利用率不高，容易产生二次污染，焚烧后产生的主要成分为二氧化硅、三氧化二氯、氧化钙、氮、磷、有机物、重金属等，可以作为黏土质和固体废弃物资源，将其处理后用于陶粒生产不仅具有节能、环保、低碳的特性，且可降低陶粒生产的粘土、页岩土煤粉等原料的添加量，降低粘度成本，有利于拓宽陶粒性能，达到变废为宝，无害化高资源化利用。
由于污染土壤中的除含有微生物、菌丝、虫卵、金属无机物外，还含有多环芳烃、二恶英等大量有机物，与水分的结合较为紧密，通过板框式过滤的脱水比阻较大，含水量较大的污染土壤团聚大、难以与其他陶粒原料均匀混合，造成陶粒内部孔隙分布不均，同时混合料通过回转窑烧制过程中，短时烧结后的陶粒堆积密度和筒压强度较低，并随着污染土壤的添加量增加，污泥中的有机成分高温分解难以满足陶粒坯体烧涨需求，引起陶粒难以难以成形和表面开裂脱落，导致影响陶粒的整体强度和稳定性能，应用困难。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂及制备方法，通过处理剂调理可降低污染土壤脱水难度，提高固含率，保证原料粘度减少团聚，提高污染土壤应用于陶粒生产的高温发胀，益于增加参烧比例，获得多孔微观形貌，降低陶粒生产成本，达到环保、资源有效利用。
本发明是通过如下的技术方案予以实现的：
一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其组成成分按质量分数计为如下：
上述一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其中，所述表面活性剂为水玻璃、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇脂肪酸酯中的一种或多种；
所述降粘剂为分散剂LD1241、分散剂LD6820、分散剂LD1651中的一种或多种；
所述助熔剂为硼酸锌、六氟铝酸钠、石灰石和碳酸镁中的一种或多种；
所述处理剂还包括质量分数为1～2份的杀菌剂，所述杀菌剂采用杀菌剂 DL-R341或异噻唑啉酮杀菌剂；
所述处理剂还包括0.5～1份的氧化铁脱硫剂。
一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂的制备方法，其方法如下：
(1)按质量分数计取45～68份聚硅酸硫酸铝、29～37份聚丙烯酰胺在 25～35℃下搅拌混匀后，再加入18～33份聚合氯化铝铁和2～4份降黏剂升温至 65～80℃下搅拌反应1～2h,静置陈化10～16h，得到预混料；
(2)取4～8份助熔剂研细，加入10～15分表面活性剂中搅拌混匀，再投入步骤(1)的预混料中，或再加入1～2份的杀菌剂、0.5～1份的氧化铁脱硫剂，混炼1～2h后过筛；
(3)将过筛后的物料熔融挤出造粒，颗粒降温后，将2～4份降黏剂均匀喷洒在颗粒表面，烘干获得处理剂成品。
上述一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂的制备方法，其中，步骤 (1)的搅拌速率为120～150r/min，步骤(2)的混炼温度为90～110℃，混炼速率为75～100r/min，步骤(3)的造粒温度为150～170℃，造粒压力为12～30Pa。
本发明的有益效果为：
(1)复合型高分子-聚硅酸硫酸铝PASS，阳离子高分子-聚丙烯酰胺 PAM、无机高分子-聚合氯化铝铁PSAFS复配稳定性好，能更好地吸附污染土壤中的有机物水分子间的悬浮颗粒、降低流体的摩擦阻力，可降低污染土壤脱水难度，起到控制陶粒生产烧制中硅酸盐晶体的结晶速率，保证陶粒的孔隙率的作用，增加陶粒强度和孔气体量，提高烧结性能和筒压强度，以便提高污染土壤的比例；
(2)表面活性剂具有乳化和增溶作用，可释放絮凝体中的结合水，协同作用进吸附架桥、卷扫凝聚，在陶粒烧结过程中产生颗粒或晶粒重排，而提高晶界迁移率，促进晶粒发育，提高致密性和粘结强度，使陶粒表面不容易开裂剥落；
(3)降黏剂降低表面活性剂作用引起的污染土壤触变粘度，杀菌剂具有良好的黏泥剥离作用和一定的分散、渗透性，氧化铁脱硫剂除臭助熔，应用处理剂的水溶液处理污染土壤，提高污染土壤应用于陶粒生产的高温发胀，益于增加参烧比例，获得多孔微观形貌，降低陶粒生产成本，达到环保、资源有效利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。
实施例1：
一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂的制备方法，其方法如下：
(1)按质量分数计取66份聚硅酸硫酸铝、35份聚丙烯酰胺在32℃下搅拌混匀后，再加入20份聚合氯化铝铁和3份降黏剂升温至75℃下搅拌反应 1h,搅拌速率为130r/min,静置陈化14h，得到预混料；
所述降粘剂为分散剂LD1241、分散剂LD6820混合而成，分散剂LD1241、分散剂LD6820、分散剂LD1651混合时按照质量比5:3；
(2)取5份助熔剂研细，加入13分表面活性剂中搅拌混匀，再投入步骤 (1)的预混料中，再加入1份的杀菌剂、0.6份的氧化铁脱硫剂，混炼1h后过筛,混炼温度为105℃，混炼速率为88r/min；
所述助熔剂为硼酸锌、六氟铝酸钠和石灰石混合而成，硼酸锌、六氟铝酸钠、石灰石混合时按照质量比3：2：5；
所述表面活性剂为六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠和聚乙二醇脂肪酸酯混合而成，六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇脂肪酸酯混合时按照质量比： 4：2：3；
所述杀菌剂采用杀菌剂DL-R341；
(3)将过筛后的物料熔融挤出造粒，造粒温度为165℃，造粒压力为 24Pa,颗粒降温后，将3份降黏剂均匀喷洒在颗粒表面，烘干获得处理剂成品。
实施例2：
一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂的制备方法，其方法如下：
(1)按质量分数计取59份聚硅酸硫酸铝、30份聚丙烯酰胺在28℃下搅拌混匀后，再加入21份聚合氯化铝铁和3份降黏剂升温至78℃下搅拌反应 1.8h,搅拌速率为140r/min,静置陈化15h，得到预混料；
所述降粘剂为分散剂LD6820和分散剂LD1651混合而成，分散剂LD6820、分散剂LD1651混合时按照质量比4:1；
(2)取6份助熔剂研细，加入14分表面活性剂中搅拌混匀，再投入步骤 (1)的预混料中，再加入2份的杀菌剂、0.6份的氧化铁脱硫剂，混炼1.6h 后过筛,混炼温度为95℃，混炼速率为85r/min；
所述助熔剂为硼酸锌、石灰石和碳酸镁中混合而成，硼酸锌、石灰石和碳酸镁混合时按照质量比2：2：3；
所述表面活性剂为水玻璃、六偏磷酸钠、聚乙二醇脂肪酸酯混合，水玻璃、六偏磷酸钠、聚乙二醇脂肪酸酯混合时按照质量比3：1：4；
所述杀菌剂采用异噻唑啉酮杀菌剂；
(3)将过筛后的物料熔融挤出造粒，造粒温度为155℃，造粒压力为 18Pa,颗粒降温后，将4份降黏剂均匀喷洒在颗粒表面，烘干获得处理剂成品。
实施例3：
一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂的制备方法，其方法如下：
(1)按质量分数计取47份聚硅酸硫酸铝、36份聚丙烯酰胺在33℃下搅拌混匀后，再加入25份聚合氯化铝铁和3份降黏剂升温至70℃下搅拌反应2h,搅拌速率为145r/min,静置陈化11h，得到预混料；
所述降粘剂为分散剂LD1241、分散剂LD6820、分散剂LD1651混合而成，分散剂LD1241、分散剂LD6820、分散剂LD1651混合时按照质量比2:3:1；
(2)取8份助熔剂研细，加入12分表面活性剂中搅拌混匀，再投入步骤 (1)的预混料中，再加入2份的杀菌剂，混炼2h后过筛,混炼温度为105℃，混炼速率为90r/min；
所述助熔剂为硼酸锌、六氟铝酸钠、石灰石和碳酸镁混合而成，硼酸锌、六氟铝酸钠、石灰石和碳酸镁混合时按照质量比1：1：1：1；
所述表面活性剂为水玻璃和十二烷基硫酸钠混合，水玻璃、十二烷基硫酸钠混合时按照质量比5：2；
所述杀菌剂采用异噻唑啉酮杀菌剂；
(3)将过筛后的物料熔融挤出造粒，造粒温度为160℃，造粒压力为28Pa,颗粒降温后，将3份降黏剂均匀喷洒在颗粒表面，烘干获得处理剂成品。
本发明的机理为：
复合型高分子-聚硅酸硫酸铝PASS，阳离子高分子-聚丙烯酰胺PAM、无机高分子-聚合氯化铝铁PSAFS复配使用提高稳定性，聚硅酸硫酸铝具有多羟基聚铝结构，硅参与了羟基铝配位聚合，聚合氯化铝铁保留了铝铁均聚物的优点，克服处理后污染土壤中的铝铁浓度过高和易凝胶的问题，具有较强的电中和能力，能更好地吸附污染土壤中的有机物水分子间的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用；
复配处理后呈半网状结构，使细颗粒形成比较大的絮团而加快沉降，能有效地降低流体的摩擦阻力，避免高粘度产生撕裂作用而使絮凝剂细小或松散易碎导致难以脱水，避免处理剂处理污染土壤时由于稀释和污泥中的pH影响而产生水解聚合转化，以便减小用量，同时铝可以取代硅酸盐晶体结构中的硅氧四面体而形成固溶体，起到控制陶粒生产烧制中硅酸盐晶体的结晶速率，保证陶粒的孔隙率的作用，硅的比例增加使陶粒中的酸碱氧化物比率降低，晶体中的微孔被硅酸盐液态熔体填充形成晶态熔融体，而增加陶粒强度，铁可使陶粒坯体中的高温液相量增加，提高烧结性能和筒压强度，以便提高污染土壤的比例，增加成孔气体量；
水玻璃、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇脂肪酸酯混合时按照质量比(1～5)：(1～5)：(1～5)：(1～5)，水玻璃是一种水溶性硅酸盐、六偏磷酸钠是一种玻璃状磷酸盐、苄基三乙基氯化铵BTEAC阴离子表面活性剂，脂肪酸聚乙二醇酯是一种非离子型表面活性剂，加入表面活性剂的一种或多种具有乳化和增溶作用，可释放絮凝体中的结合水，降低絮体对水的亲和力，与预混料协同作用，降低污染土壤内颗粒间的静电排斥和水合作用，促进吸附架桥、卷扫凝聚，细颗粒形成比较大的紧实絮团而便于脱水剥离，降低滤饼含水量，提高固含率，保证陶粒原料粘度，在陶粒烧结过程中产生颗粒或晶粒重排，而提高晶界迁移率，促进晶粒发育，提高致密性和粘结强度，使陶粒表面不容易开裂剥落；
分散剂LD1241、分散剂LD6820、分散剂LD1651混合时按照质量比 (1～6):(1～4):(1～2)，分散剂LD1241、分散剂LD6820、分散剂LD1651购自于扬州市立达树脂有限公司，分散剂LD1241是一种活性基团的超高分子聚氨酯溶液，分散剂LD6820是一种聚合低泡型分散剂，分散剂LD1651含有多个锚定基团的线型结构脂肪族丙烯酸聚氨酯高分子，具有较高的稳定性，可降低由于预混料和表面活性剂作用引起的污染土壤触变粘度，增加分散性能和粘度稳定性，减少团聚，避免处理后的污染土壤在陶粒其他原料中难以均匀分散而影响陶粒生产均匀稳定性。
硼酸锌、六氟铝酸钠、石灰石和碳酸镁混合时按照质量比(1～5)： (1～5)：(1～5)：(1～5)，硼酸锌可与陶粒中的硅酸盐定形反应提高乳浊度，降低高温粘度，提高助熔性和稳定性，六氟铝酸钠使陶粒原料的表面溶液比体内溶液具有更大的过饱和度，以促进表面成核，石灰石、碳酸镁可增加熔液的扩散系数和边界层厚度，并随着陶粒原料熔融物的增加，烧成时产生的液相量、液相粘度能满足陶粒坯体中高温生成气的发胀需求，提高污染土壤应用于陶粒生产的高温发胀，益于增加参烧比例，获得多孔微观形貌，降低陶粒生产成本，达到环保、资源有效利用。
杀菌剂DL-R341、非氧化型-异噻唑啉酮杀菌剂购自于济南德蓝化工有限公司，具有广谱型杀菌抑菌作用，并能与表面活性剂配伍混溶，依据污染土壤的酸碱度选择，可控制菌藻繁殖和黏泥生长，与污泥中的微生物、胞外聚合物接触后迅速断开蛋白键，具有良好的黏泥剥离作用和一定的分散、渗透作用，提高絮凝处理作用。
通过陈化使预混料中的沉淀完全析出，并放置后使预混料中的小晶粒变为大晶粒，另聚硅酸硫酸铝PASS、聚丙烯酰胺PAM和聚合氯化铝铁PSAFS充分反应，过筛防止团聚不均，提高复配稳定性；
氧化铁脱硫剂购自于承德县中博活性炭厂，通过化学吸附净化恶臭气体，并生成硫化铁或硫化亚铁，并可通过氧气再生产生氧化铁，起到助熔作用，降低陶粒原料整体熔点，有助于陶粒更好的膨胀与致密化。
通过先加入一部分降黏剂，再将另一部分降黏剂喷洒包覆在颗粒表面，能提高颗粒形状稳定性，增加在水中的溶解速度，应用在污泥处理中时，先将处理剂溶解在水中，再调节污染土壤pH，用处理剂的水溶液对污染土壤进行处理，处理后脱除水分，以便与陶粒的其他原料混合，用于陶粒烧结生产。
将实施例1～3制得的处理剂应用于处理污染土壤，与污染土壤直接用于陶粒生产作为对照例，对陶粒性能进行检测，按照GB/T17431.2-2010标准规定检测，其结果如下表：
由上表可知，采用处理剂处理可降低污染土壤脱水难度，提高了处理后的固含率，用于陶粒协同生产，保证原料粘度减少团聚，提高污染土壤应用于陶粒生产的高温发胀，益于增加参烧比例，获得多孔微观形貌，降低陶粒生产成本，遇水后强度损失小，有利于作为建筑材料，达到环保、资源有效利用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其特征在于，其组成成分按质量分数计为如下：
2.根据权利要求1所述的一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其特征在于，所述表面活性剂为水玻璃、六偏磷酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇脂肪酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其特征在于，所述降粘剂为分散剂LD1241、分散剂LD6820、分散剂LD1651中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其特征在于，所述助熔剂为硼酸锌、六氟铝酸钠、石灰石和碳酸镁中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其特征在于，所述处理剂还包括质量分数为1～2份的杀菌剂，所述杀菌剂采用杀菌剂DL-R341或异噻唑啉酮杀菌剂。
6.根据权利要求1所述的一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂，其特征在于，所述处理剂还包括0.5～1份的氧化铁脱硫剂。
7.一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂的制备方法，其特征在于，其方法如下：
(1)按质量分数计取45～68份聚硅酸硫酸铝、29～37份聚丙烯酰胺在25～35℃下搅拌混匀后，再加入18～33份聚合氯化铝铁和2～4份降黏剂升温至65～80℃下搅拌反应1～2h,静置陈化10～16h，得到预混料；
(2)取4～8份助熔剂研细，加入10～15分表面活性剂中搅拌混匀，再投入步骤(1)的预混料中，或再加入1～2份的杀菌剂、0.5～1份的氧化铁脱硫剂，混炼1～2h后过筛；
(3)将过筛后的物料熔融挤出造粒，颗粒降温后，将2～4份降黏剂均匀喷洒在颗粒表面，烘干获得处理剂成品。
8.一种陶粒生产协同处置污染土壤的处理剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)的搅拌速率为120～150r/min，步骤(2)的混炼温度为90～110℃，混炼速率为75～100r/min，步骤(3)的造粒温度为150～170℃，造粒压力为12～30Pa。
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