CN111470751A - 一种疏浚淤泥固化剂、制备方法与使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种疏浚淤泥固化剂、制备方法与使用方法，属于环境工程技术领域，疏浚淤泥固化剂中，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”按质量百分比为(1～3.5)∶(1～3.5)∶(1～3.5)∶(1～3.5)，其制备方法包括：分别对石英尾矿渣、铁矿尾砂和电石渣进行水洗、烘干、破碎、碾研，“凝石”亦经碾研，处理后，按比例混合均匀。疏浚淤泥固化剂的使用方法包括：疏浚淤泥与添加的疏浚淤泥固化剂按比例搅拌均匀，实现固化，并在常温、常压场地中堆积三天后抗压强度能够达到60～82.6KPa，浸出液的pH介于6.9～8.9。本发明的疏浚淤泥固化剂采用固体废弃物为原料，以废治废，原料来源广泛，成本低。固化后的疏浚淤泥作为道路填筑用土。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及河道疏浚淤泥固化剂、制备方法与使用方法。
背景技术
中国是世界上河流最多的国家之一，中国有许多源远流长的大江，中国的农村有的地区河道星罗密布，给工农业生产和人们的生活，带来了丰富的水资源，创造了物质文明。我国河网密集的东部，有的地区因河道淤积，淤泥上抬，每年洪期，有的地区排洪不畅，洪水泛滥成灾，危涉农庄、农田，给人们带来了自然灾害；河道淤泥淤积，通航受阻，年复一年的河道疏浚淤泥堆积在河道岸边的农地，侵占了可耕的农地，且对环境产生不利影响。
来自河道清淤的疏浚淤泥天然含水量很大，孔隙比大于1.5的一种软土，力学强度低，压缩性强以及抗震性能差的特性。淤泥土质成分的组成与环境有关，如海滨淤泥的粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主，淡水淤泥则以伊利石和高岭石为主，还包含有机质。淤泥成分中包含那些土质和有机质；土质按照颗粒大小可以分为粉土质、黏土质、细砂质以及极细砂质。有机质：一般指植物和动物的遗体、粪便等腐烂后变成的腐殖质。此外，工业生产中排弃的废水、污泥也含有Cu、Zn、Pb及Cd等重金属离子，难免在雨水迁移中排入河道，沉积在河道。淤泥是一种水利、环境和土木工程中大量产生的废弃土。
石英尾矿渣、铁矿尾砂是选矿厂在特定经济技术下，将矿石磨细，选取“有用组分”后排放的废弃物，即矿石分选中未加以充分利用的固体废弃物，堆存在尾矿砂堆积库。作为矿业工程的附加产物，我国现有各种尾矿总量约80亿吨，且仍以每年三亿吨的速度急剧增加；这些尾矿自然堆积于尾矿库中，不仅要耗费大量的建库与维修资金，且侵占土地，而且易诱发多种地质自然灾害问题，例如高尾矿坝不利环境条件下的稳定性问题等，危害生态环境。
目前，我国大量兴建的高速公路，一级、两级公路及乡间村道建设中需要使用大量的粘土作为路基的填筑材料，通常需要征用大量农田，这对经济发达的东部地区土地资源十分紧缺，这种毁地筑路的建设模式无疑要受到一定的限制或制约。
疏浚淤泥占地，尾矿库费地，筑路土方耗地，无疑是对人类赖以生存的土地资源的蚕食浪费，不符合建设资源节约型社会的国策。如若能使疏浚淤泥与尾矿渣合理的资源利用，用作路基填筑材料才是改弦更张的做法，利在当今，加快了疏浚淤泥岸边堆场调转速度，减少淤泥堆积场地与尾矿库占地面积，替代粘土用作路基填筑材料，降低了不可再生的土地资源消耗，对于节省投资优化填筑质量、减少环境污染、保障环境安全等具有重要的技术价值，经济效益、环境与社会效益显著。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了进一步深化疏浚淤泥、尾矿渣的资源再生利用问题，提供一种疏浚淤泥固化剂、制备方法与使用方法，该固化剂采用矿物废弃物为原料，利用固体废弃物自身化学性质和相互间的活性激发，配用“凝石”激发剂的协同激发作用，实现疏浚淤泥的固化稳定化。
本发明的疏浚淤泥固化剂，由石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”组成，成分按质量比为石英尾矿渣∶铁矿尾砂∶电石渣∶“凝石”＝(1～3.5)∶(1～3.5)∶(1～3.5)∶(1～3.5)进行混合；其中，电石渣的Ca(OH)2品位为62～75％，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣、“凝石”粒度均≤100目。
其中，石英尾矿渣含有成分按质量百分比为：二氧化硅87～95.73％，氧化铝1.2～1.55％，氧化钙0.19～0.21％；铁矿尾砂含有成分按质量百分比为：二氧化硅71～75％，一般不含伴生元素，平均粒度为0.04～0.21mm，属于此类尾矿砂是鞍山高硅型铁尾矿，此类的选矿厂有本钢南芬、歪头山、鞍钢东鞍山等；电石渣含有成分按质量百分比为：氧化钙60～75％，石英6～15％，氧化镁2～5％，氧化铝0.5％～1％，三氧化二铁1～3％；“凝石”为矿渣、钢渣、粉煤灰、煤矸石和赤泥的工业废弃物与成岩剂的组成；成岩剂为氢氧化钙、硫酸钙、硫酸钠和硅酸钠的组成，是一种硅铝基胶凝材料，由潍坊凝石山水水泥有限公司、北京蓝资集团出品。
采用的石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”，因产地不同，同产地的不同批次出产的矿物质化学成分及含量不仍相同，指标差异较大。
步骤1、将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣，分别用水清洗后，在95～105℃条件下烘干5～7h；
步骤2、采用破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣分别逐级破碎至1mm以下，再采用轮碾机分别进行碾研，“凝石”亦经碾研，破碎碾研后各种原料粒径均≤100目；
步骤3、在常温下，将经过处理后的石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”按照疏浚淤泥固化剂的配比混合均匀，形成疏浚淤泥固化剂。
上述的疏浚淤泥固化剂的制备方法的步骤2中，采用双转子破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣进行破碎，采用LNJ-3600细碎轮碾机进行碾研，“凝石”亦进行碾研。
上述的疏浚淤泥固化剂的制备方法的步骤2中，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”的碾研时间均为3～5h，优选4h。
本发明的疏浚淤泥固化剂的使用方法，包括以下步骤：
将疏浚淤泥与疏浚淤泥固化剂，按质量比1∶(0.04～0.09)加入到2LJ系列双轴搅拌机，在常温下搅拌4～6min，搅拌均匀，实现疏浚淤泥的固化。
上述疏浚淤泥固化剂的使用方法中使用的疏浚淤泥，取自于河道清淤、设置在河岸上的堆积场地中的疏浚淤泥，其含水率低于80％。
本发明的有益效果：
1.本发明的疏浚淤泥固化剂，应用于河道清淤的疏浚淤泥的固化处理，用石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”作为固化剂的原料，将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣采用水洗、破碎、轮碾碾研，“凝石”材料也经碾研的预处理优化工艺，水洗去除矿物质存在的可溶性盐的泥状物质，消除可溶性盐后继水化反应固化体系的不良影响，增强胶凝反应的速率，保证疏浚淤泥固化体系的稳定与强度增强。
2.疏浚淤泥固化剂固化体系，尾矿、电石渣的破碎、轮碾及“凝石”材料的轮碾、物理处理方法使尾矿、电石渣和“凝石”细碎均化、颗粒比表面积增大、表面破损、裂痕，水分子更易侵入、溶解，溶蚀有效的活性成分二氧化硅、氧化铝、氧化钙等活性氧化物，在电石渣水化产物Ca(OH)2和“凝石”产生的碱性激发作用下，生成硅铝基凝胶物质；固化体系的尾矿、电石渣、“凝石”和疏浚淤泥中存在的重金属元素，由于硅铝基凝胶的整体胶凝作用、包裹作用被固结，形成疏浚淤泥整体的不溶物，从而实现重金属的稳定化，生成硅铝基凝胶实现疏浚淤泥的固化，使淤泥抗压强度提高，调节淤泥体系为强碱性，保证淤泥固化体系中活性氧化物的充分激发，生成的硅铝基凝胶物质实现疏浚淤泥的固化。
3.该固化剂采用固体废弃物为原料，原料来源广泛，成本低廉，利用固体废弃物自身化学性质和相互间的超叠加效应，赋予混合材料的活性组分稀释分散作用，使之形成多晶聚集体，使固化后的疏浚淤泥强度增强，成为筑路路基的填筑材料，是以废治废、废物资源化利用，变废为宝的新的创举。
4.与传统筑路用土方法相比，采用本发明的固化剂，疏浚淤泥的固化稳定化效果好，且制备简便，固化后的疏浚淤泥对环境不造成二次污染。
5.本发明技术，坚持“节土、省地、利废、环保”的政策原则，是响应建设资源节约型社会的积极行动，具有显著的社会、环境、经济效益，是循环经济技术领域里可持续发展的产业。
具体实施方式
实施例1
本实施例的疏浚淤泥固化剂，由石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”组成，成分按质量比为石英尾矿渣∶铁矿尾砂∶电石渣∶“凝石”＝1∶1∶1∶1进行混合；其中，电石渣的Ca(OH)2品位为67％，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”粒度均≤100目。
石英尾矿渣含有成分按质量百分比为：二氧化硅87.6％，氧化铝1.41％，氧化钙0.2％；铁矿尾砂含有成分按质量比为：二氧化硅72.5％(不含伴生元素)；电石渣含有成分按质量百分比为：氧化钙63％，石英8％，氧化铝0.6％，氧化铁1.3％；“凝石”为工业废弃物与成岩剂组合。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣，分别用水清洗后，在98℃条件下烘干6h；
步骤2、采用双转子破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣分别破碎至1mm以下，采用LNJ-3600细碎轮碾机分别进行碾研，“凝石”亦经碾研，碾研时间均为4h，破碎、碾研后各种物料粒径均≤100目；
步骤3、在常温下，将经过处理的石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”按照疏浚淤泥固化剂的配比混合均匀，形成疏浚淤泥固化剂。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的使用方法，包括以下步骤：
将疏浚淤泥投加到2LJ系列双轴搅拌机，添加疏浚淤泥固化剂，疏浚淤泥与疏浚淤泥固化剂的质量比为1∶0.04，在常温条件下、开动2LJ双轴搅拌机搅拌3.5min，搅拌均匀，实现疏浚淤泥的固化。
本实施例中固化后的疏浚淤泥在常温常压场地堆积3天后，采用万能试验机测量其抗压强度为60KPa；根据标准HJ557-2010，采用水平震荡法，用pH计测量浸出液的pH，pH为6.9。
实施例2
本实施例的疏浚淤泥固化剂，由石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”组成，成分按质量比为石英尾矿渣∶铁矿尾砂∶电石渣∶“凝石”＝2∶2∶3∶3进行混合；其中，电石渣的Ca(OH)2品位为67.9％，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”粒度均≤100目。
石英尾矿渣含有成分按质量百分比为：二氧化硅89.3％，氧化铝1.2％，氧化钙0.97％；铁矿尾砂含有成分按质量比为：二氧化硅74.2％(不含伴生元素)；电石渣含有成分按质量百分比为：氧化钙60％，石英6.7％，氧化镁2.7％；氧化铝0.5％，氧化铁1％；“凝石”为工业废弃物与成岩剂组合。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣，分别用水清洗后，在95℃条件下烘干6h；
步骤2、采用双转子破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣分别破碎至1mm以下，采用LNJ-3600细碎轮碾机分别进行碾研，“凝石”亦经碾研，碾研时间均为4h，破碎、碾研后各种物料粒径均≤100目；
步骤3、在常温下，将经过处理的石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”按照疏浚淤泥固化剂的配比混合均匀，形成疏浚淤泥固化剂。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的使用方法，包括以下步骤：
将疏浚淤泥投加到2LJ系列双轴搅拌机，添加疏浚淤泥固化剂，疏浚淤泥与疏浚淤泥固化剂的质量比为1∶0.05，在常温条件下、开动2LJ双轴搅拌机搅拌4min，搅拌均匀，实现疏浚淤泥的固化。
本实施例中固化后的疏浚淤泥在常温常压场地堆积3天后，采用万能试验机测量其抗压强度为63KPa；根据标准HJ557-2010，采用水平震荡法，用pH计测量浸出液的pH，pH为7.3。
实施例3
本实施例的疏浚淤泥固化剂，由石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”组成，成分按质量比为石英尾矿渣∶铁矿尾砂∶电石渣∶“凝石”＝2∶2∶3∶3.5进行混合；其中，电石渣的Ca(OH)2品位为72.8％，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”粒度均≤100目。
石英尾矿渣含有成分按质量百分比为：二氧化硅91.10％，氧化铝1.55％，氧化钙1.80％；铁矿尾砂含有成分按质量百分比为：二氧化硅71％(不含伴生元素)；电石渣含有成分按质量百分比为：氧化钙67.40％，石英10.30％，氧化镁4.80％：氧化铝1％，氧化铁1.70％；“凝石”为工业废弃物与成岩剂组合。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣，分别用水清洗后，在105℃条件下烘干6h；
步骤2、采用双转子破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣分别破碎至1mm以下，采用LNJ-3600细碎轮碾机分别进行碾研，“凝石”亦经碾研，碾研时间均为4h，破碎、碾研后各种物料粒径均≤100目；
步骤3、在常温下，将经过处理的石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”按照疏浚淤泥固化剂的配比混合均匀，形成疏浚淤泥固化剂。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的使用方法，包括以下步骤：
将疏浚淤泥投加到2LJ系列双轴搅拌机，添加疏浚淤泥固化剂，疏浚淤泥与疏浚淤泥固化剂的质量比为1∶0.06，在常温条件下、开动2LJ双轴搅拌机搅拌4min，搅拌均匀，实现疏浚淤泥的固化。
本实施例中固化后的疏浚淤泥在常温常压场地堆积3天后，采用万能试验机测量其抗压强度为70.2KPa；根据标准HJ557-2010，采用水平震荡法，用pH计测量浸出液的pH，pH为8.1。
实施例4
本实施例的疏浚淤泥固化剂，由石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”组成，成分按质量比为石英尾矿渣∶铁矿尾砂∶电石渣∶“凝石”＝2∶2∶3.5∶3.5进行混合；其中，电石渣的Ca(OH)2品位为71.7％，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”粒度均≤100目。
石英尾矿渣含有成分按质量百分比为：二氧化硅95％，氧化铝1.50％，氧化钙0.21％；铁矿尾砂含有成分按质量百分比为：二氧化硅75％(不含伴生元素)；电石渣含有成分按质量百分比为：氧化钙75％，石英15％，氧化镁5％；氧化铝1％，氧化铁3％；“凝石”为工业废弃物与成岩剂组合。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣，分别用水清洗后，在105℃条件下烘干6h；
步骤2、采用双转子破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣分别破碎至1mm以下，采用LNJ-3600细碎轮碾机分别进行碾研，“凝石”亦经碾研，碾研时间均为4h，破碎、碾研后各种物料粒径均≤100目；
步骤3、在常温下，将经过处理的石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”按照疏浚淤泥固化剂的配比混合均匀，形成疏浚淤泥固化剂。
本实施例的疏浚淤泥固化剂的使用方法，包括以下步骤：
将疏浚淤泥投加到2LJ系列双轴搅拌机，添加疏浚淤泥固化剂，疏浚淤泥与疏浚淤泥固化剂的质量比为1∶0.08，在常温条件下、开动2LJ双轴搅拌机搅拌4min，搅拌均匀，实现疏浚淤泥的固化。
本实施例中固化后的疏浚淤泥在常温常压场地堆积3天后，采用万能试验机测量其抗压强度为82.6KPa；根据标准HJ557-2010，采用水平震荡法，用pH计测量浸出液的pH，pH为8.3。
Claims (4)
1.一种疏浚淤泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣，分别用水清洗后在95～105℃条件下烘干5～7h；按质量比为石英尾矿渣∶铁矿尾砂∶电石渣∶“凝石”＝(1～3.5)∶(1～3.5)∶(1～3.5)∶(1～3.5)，其中电石渣的Ca(OH)2品位为62％～75％：石英尾矿渣含有成分按质量百分比为：二氧化硅87～95.73％，三氧化铝1.2～1.55％，氧化钙0.19～0.21％；铁矿尾砂含有成分按质量百分比为：二氧化硅71～75％；电石渣含有成分按质量百分比为：氧化钙60～75％，石英6～15％，氧化镁2～5％，氧化铝0.5～1％，三氧化铁1～3％，“凝石”为激发剂。
步骤2、采用破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣分别逐级破碎至1mm以下，再采用轮碾机分别进行碾研，“凝石”也经碾研，破碎，碾研后各种物料粒径均≤100目；
步骤3、在常温下，将经过处理后的石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”按照疏浚淤泥固化剂的配比混合均匀，形成疏浚淤泥固化剂。
2.根据权利要求1所述的疏浚淤泥固化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，采用双转子破碎机将石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣进行破碎，采用LNJ-3600细碎轮碾机进行碾研，“凝石”也经细碎轮碾机经行碾研。
3.根据权利要求1所述的疏浚淤泥固化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，石英尾矿渣、铁矿尾砂、电石渣和“凝石”的碾研时间均为3～5h。
4.一种疏浚淤泥固化剂的使用方法，其特征在于，采用权利要求1所述的疏浚淤泥固化剂，包括以下步骤：将疏浚淤泥与疏浚淤泥固化剂，按质量比为1∶(0.04～0.09)加入到2LJ系列双轴搅拌机，在常温下搅拌4～6min，搅拌均匀，实现疏浚淤泥的固化；所用的疏浚淤泥取自河道清淤、设置在河岸上的堆积场地中的疏浚淤泥，其含水率低于80％。
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| 杨华明 等著: "《尾矿废渣的材料化加工与应用》", 30 September 2017 * |
| 邹光华 等主编: "《采矿新技术》", 31 July 2013 * |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN115849644A (zh) * | 2022-08-10 | 2023-03-28 | 河南土化石环保建材有限公司 | 一种淤泥固化改性剂及其制备方法 |
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| CN115140972A (zh) * | 2022-09-05 | 2022-10-04 | 山东黄河顺成水利水电工程有限公司 | 一种利用多源固废的道路铺筑材料及其生产工艺 |
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