CN111170663A - 一种海泥固化剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种海泥固化剂,固化剂由陶瓷粉、钢渣粉、矿粉、石膏、石灰石、活化剂组成。本发明的固化剂用于海泥固结,通过将海泥搅拌均匀,然后按一定比例掺和固化剂,自然脱水后,成型,养护;其脱水效果及固结后海相软土的性能均能满足各种道路基层和底基层的需要,可用于海泥原位固结和水下浇注固结,具有使用方便,施工进度快,成本低的优势,而且水稳定性好、防渗能力强,能够固化稳定化海泥中含有的重金属元素,具有显著的环境保护作用。同时,该固化剂以工业废渣为原材料,实现了以废治废的目的,对资源进行了充分的回收利用。同时固结强度高,有效固化稳定化重金属,固结后重金属浸出浓度大大降低,保护环境,减少二次污染。

Description

一种海泥固化剂
技术领域
本发明涉及海泥处理技术领域,尤其是一种海泥固化剂。
背景技术
我国近海海域水质为劣四类的面积约6.8万平方千米,较上年增加了2.4万平方千米。近岸约1.9万平方千米的海域呈重度富营养化状态。近10年,我国围海造地面积超过30万公顷,每年疏浚海泥倾倒量达1.5亿m3,面临着巨大的海泥处理难题。
海泥是在海底缺氧的情况下,由于各种微生物的作用和复杂的理化、生物学的变化而产生的胶体物质、有机物质和其他分解产物混合生成的。海泥有良好的可塑性和粘滞性,经显微镜观察,其结构松散,呈明显的棉絮状,结构为蜂窝状,疏松多孔,定向排列明显,层理较发育,具薄层状构造。颗粒间有丝状物相连成网络状,有硫化氢气味。海泥主要由结晶体、胶体、微生物、泥浆等四部分组成。结晶体主要由硫酸钙、磷酸钙、碳酸钙、磷酸镁、碳酸镁、碳酸铁和硅酸盐微粒等无机物质混合而成。胶体中无机物有硫化铁、硫氢化铁、氢氧化亚铁、氢氧化铝、氢氧化锰、氧化铝、氧化锰、氧化钙、氧化镁、氧化钛和五氧化二磷等组成,在海泥形成过程中产生硫化氢弧菌、脱硫螺菌和白硫菌属等微生物约100多种。泥浆由矿物盐类、胶体部分、有机物质的水溶液和气体构成。另外,还含有放射性物质。金属离子尤其是活跃的钠离子,导致海土“遇水泞散,失水干散”的物理化学特征。
现有海泥处理方法主要有物理法(自然晾晒)、热处理(烧结熔融)和化学法(化学固结),存在以下问题:1、物理法占地面积过大,易产生二次污染,适合泥量少;2、热处理法投资成本达,能耗高,适合低含水量泥;3、化学法为现有最佳规模化处理海泥技术,可去除海泥盐分。但需要合适的固结材料工艺,以避免产生差异沉降和裂缝现象。
现有化学法存在的问题主要有:(1)无法改变土的特性,回填后经地下水的渗浸,逐渐松软、分散;(2)成本高;(3)能较好的解决环境二次污染问题。
另外,现有技还通过将海相软土挖起掺入大量生石灰拌合,待水分合适时回填,碾压以实现对海泥的处理。但是由于无法改变土的特性,回填后经地下水的渗浸,逐渐松软、分散。或者通过将海相软土挖起拉走,用塘渣、山石或砂土等筑路材料回填,碾压来对海泥进行处理。但是,由于开采大量塘渣、山石,不但破坏生态环境,而且造成成本增加。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种海泥固化剂,本发明的海泥固化剂具有快速脱水,能够常温固化稳定化海泥中的各种重金属元素的作用,制作固化剂的各种原材料以固体废物为主,低碳、环保,大大降低了海泥处理成本,具有巨大的经济和环保效益。
本发明的技术方案为:一种海泥固化剂,包括以下质量分数的组分:
陶瓷粉5%~25%;
钢渣粉10%~30%;
矿粉30%~55%;
石膏15%~25%;
石灰石3%~15%;
活化剂1%~5%;
通过将上述质量百分的陶瓷粉、钢渣粉、石膏、石灰石混合,球磨搅拌50-70min,得到混合物A;然后再将混合物与上述质量百分比的矿粉、活化剂混合,球磨搅拌10-20min,即可得到固化剂。
优选的,所述的固化剂包括以下质量分数的组分:
陶瓷粉15%~20%;
钢渣粉12%~20%;
矿粉30%~45%;
石膏18%~20%;
石灰石9%~10%;
活化剂3%~4%。
优选的,所述的陶瓷粉、钢渣粉、矿粉的含水量小于4%。
优选的,所述矿粉为高细度、高活性的水淬高炉矿渣,所述的水淬高炉矿渣为经过干燥、粉磨活化工艺处理后得到的高细度、高活性粉料。
优选的,所述石膏为脱硫石膏,其中,所述脱硫石膏的二水硫酸钙质量百分比含量≥93%。
优选的,所述的活化剂为Na2CO3、NaOH、Na2SO4、K2NO2、NaF、K2CO3、乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或多种复合,利用游离的OH-为水化环境提供碱度,破坏矿粉等材料的化学键,为重组创造充分条件。
优选的,所述的陶瓷粉中包含有活性SiO2和活性Al2O3,其以粉状及水存在时,能在常温,特别是在水热处理或蒸汽养护条件下,与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应,生成具有水硬胶凝性能的化合物,可以成为一种增加强度和耐久性的材料。
优选的,所述的钢渣粉中含有具有水硬胶凝性的硅酸三钙C3S)、硅酸二钙C2S及铁铝酸盐等活性矿物。赋予了固化剂具有耐磨、抗折强度高、耐腐蚀、抗冻等优良特性。
本发明固化剂的陶瓷粉、钢渣粉和矿粉都属于潜在的活性物质,通过石灰石和活化剂的激发其活性,能够保证充填体强度稳定地增长,石膏提供CaSO4,生成有利于强度增长的硫铝酸钙,基于上述各组分的综合协同作用,使其成为一种高效、环保、新型的海泥固化材料。
优选的,本发明的固化剂用于海泥固结,具体为:通过将海泥搅拌均匀,然后按一定比例掺和固化剂,自然脱水后,成型,养护。
优选的,所述固化剂的内掺用量占拌合后总重量的4%-10%。
优选的,优选的,所述海泥的含水率为50%-80%。
优选的,所述海泥的有机质含量为6%-8%。
优选的,所述海泥的粒度满足粒径小于50微米的质量百分比含量在80%以上。
优选的,所述成型采用常温压制成型的方法。
优选的,所述养护采用常温自然保湿养护的方式。
本发明的有益效果为:
1、本发明的固化剂组成成分包含了陶瓷粉、钢渣粉、矿粉三种废渣,大量消纳了固体废弃物,实现了废渣的资源化利用,达到以废治废的效果,大大降低了海泥处置成本;
2、本发明能有效替代传统的建筑材料,直接将本发明固化剂和海泥拌合碾压,形成坚固的基础板块,将海泥资源化利用,解决了对海泥开挖、外运、堆放难题,减少了土地占用和环境污染;
3、本发明能有效节约资源,使用固体废物替代了传统常用的石料、水泥等材料,进一步降低了成本,同时实现废物再利用;
4、本发明利用固化剂实现海泥的固化,固结强度高,有效固化稳定化重金属,固结后重金属浸出浓度大大降低,保护环境,减少二次污染;
5、本发明实现原位固化稳定化,有效降低建设成本,可减少施工环节,加快施工进度,创造更大的经济效益;
6、本发明的海泥固化剂不仅原材料来源广泛、成本低、生产工艺简单,而且多种固体废弃物相结合实现了高效地综合利用率。
具体实施方式
下面本发明的具体实施方式作进一步说明:
实施例1
一种海泥固化剂,所述的固化剂的各组分的质量百分比见表1,具体为:将表1中的陶瓷粉、钢渣粉、石膏、石灰石混合,球磨搅拌60min,制备得到的混合物A,然后再与水淬高炉矿渣粉料和碳酸钠混合,球磨搅拌10min,制得固化剂。
海泥的固结方法:
将海泥与固化剂按94:6的比例称重后拌匀,堆积成约20cm高的土堆,自然干燥脱水,待达到最有含水率,再将晾干的污泥进行搅拌混匀,压制Φ5×5cm圆柱试块及2*6.18cm环刀样。
采用常温自然保湿养护工艺,将压制好的试块及环刀样进行标准养护,待到养护龄期(7d、 28d),进行各项性能检测。
实施例2
活化剂为硫酸钠,按表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法,在表1中列出了测试结果。
实施例3
活化剂为氢氧化钠,按以1中指定的各组分含量重复实施例1的方法,在表1中列出了测试结果。
实施例4
按表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法,但海泥与固化剂重量比为96:4,在表 1中列出了测试结果。
实施例5
按表1中指定的各组分含量重复实施例1的方法,但海泥与固化剂重量比为92:8,在表 1中列出了测试结果。
对比实施例1
购买市售某海泥固化剂A,海泥与固化剂重量比为92:8,在表1中列出了测试结果。
对比实施例2
购买市售某海泥固化剂B,海泥与固化剂重量比为92:8,在表1中列出了测试结果。
表1不同质量百分比组合固化剂及海泥原位固结测试结果
上述表1中各实施例的原位固结性能的测试数据说明,无论在单一性能上,还是在综合性能上,本发明可以得出范围内不同组分质量百分比的固化剂均能满足各种道路基层和底基层的路基要求。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种海泥固化剂,其特征在于,包括以下质量分数的组分:
陶瓷粉5%~25%;
钢渣粉10%~30%;
矿粉30%~55%;
石膏15%~25%;
石灰石3%~15%;
活化剂1%~5%;
各个组分的重量百分比之和为100%;
通过将上述质量百分的陶瓷粉、钢渣粉、石膏、石灰石混合,球磨搅拌50-70min,得到混合物A;然后再将混合物与上述质量百分比的矿粉、活化剂混合,球磨搅拌10-20min,即可得到固化剂。
2.根据权利要求1所述的一种海泥固化剂,其特征在于:所述的固化剂包括以下质量分数的组分:
陶瓷粉15%~20%;
钢渣粉12%~20%;
矿粉30%~45%;
石膏18%~20%;
石灰石9%~10%;
活化剂3%~4%。
3.根据权利要求1或2所述的一种海泥固化剂,其特征在于:所述的陶瓷粉、钢渣粉、矿粉的含水量小于4%。
4.根据权利要求1或2所述的一种海泥固化剂,其特征在于:所述矿粉为高细度、高活性的水淬高炉矿渣;
所述的水淬高炉矿渣为经过干燥、粉磨活化工艺处理后得到的高细度、高活性粉料。
5.根据权利要求1或2所述的一种海泥固化剂,其特征在于:所述石膏为脱硫石膏,其中,所述脱硫石膏的二水硫酸钙质量百分比含量≥93%。
6.根据权利要求1或2所述的一种海泥固化剂,其特征在于:所述的活化剂为Na2CO3、NaOH、Na2SO4、K2NO2、NaF、K2CO3、乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或多种复合,所述的活化剂利用游离的OH-为水化环境提供碱度,破坏矿粉材料的化学键,为重组创造充分条件。
7.根据权利要求1或2所述的一种海泥固化剂,其特征在于:所述的陶瓷粉中包含有活性SiO2和活性Al2O3活性物质,其以粉状及水存在时,能在常温,或水热处理或蒸汽养护条件下,与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应,生成具有水硬胶凝性能的化合物,可以成为一种增加强度和耐久性的材料。
8.根据权利要求1或2所述的一种海泥固化剂,其特征在于:所述的钢渣粉中含有具有水硬胶凝性的硅酸三钙C3S)、硅酸二钙C2S及铁铝酸盐的活性矿物。
9.根据权利要求1或2所述的一种海泥固化剂,其特征在于,所述的固化剂用于海泥固结,具体为:通过将海泥搅拌均匀,然后按一定比例掺和固化剂,自然脱水后,成型,养护;
其中,所述固化剂的内掺用量占拌合后总重量的4%-10%;
所述成型采用常温压制成型的方法;
所述养护采用常温自然保湿养护的方式。
10.根据权利要求9所述的一种海泥固化剂,其特征在于:
所述海泥的含水率为50%-80%;
所述海泥的有机质含量为6%-8%;
所述海泥的粒度满足粒径小于50微米的质量百分比含量在80%以上。
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