CN111606635A - 一种利用氨碱法碱渣制备工程土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，包括：依次对碱渣进行沉渣处理、浓缩处理、均化改性、脱水处理、堆放处理后，得到工程土；其中，均化改性的具体步骤为：向浓缩处理后的碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，搅拌均匀，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为0～15:5～20:100。本发明具有提高碱渣制成的工程土的强度及水稳定性的有益效果。

Description

一种利用氨碱法碱渣制备工程土的方法
技术领域
本发明涉及碱渣处理领域。更具体地说，本发明涉及一种利用氨碱法碱渣制备工程土的方法。
背景技术
氨碱厂碱渣是一种孔隙大、颗粒细的固体废弃物，粒径通常为2～5μm，聚集直径为15～25μm。碱渣主要包括CaCO3、CaCl2、CaO、Mg(OH)2、SiO2、CaSO4、NaCl、Al2O3、H2O等物质，与土骨架的主要成分相近，具备可作为工程土利用的基本条件，用于场地、地基、路基等的填筑。国内很多学者对碱渣的综合利用进行了科学研究，取得了一些应用成果，如以碱渣为原料开发土壤改良剂、烟气脱硫剂、水泥混合材、筑路填垫土等，但受到碱渣成份不稳定、削减氯化物困难、膏泥粘稠不宜分离以及处理成本高等诸多因素制约。
碱渣脱水后形成含水率较低的固态碱渣，虽然具有一定的强度，但其灵敏性高，暴露地表遇水后强度明显降低，不宜直接作为工程填料。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，通过向碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，提高碱渣制成的工程土的强度及水稳定性，利于作为工程回填材料。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，包括：依次对碱渣进行沉渣处理、浓缩处理、均化改性、脱水处理、堆放处理后，得到工程土；
其中，均化改性的具体步骤为：向浓缩后的碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，搅拌均匀，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为0～15:5～20:100。
优选的是，堆场的存量碱渣采用挖泥船或者水力冲挖机组采挖，再用压力管道将碱渣浆输送至沉渣池。
优选的是，氨碱法生产纯碱过程的碱渣浆可采用直接排放至沉渣池的方式。
优选的是，浓缩处理前在浓缩池中将所述碱渣浆中碱渣的质量分数调整为10～20％。
优选的是，脱水处理采用板框压滤机进行，板框压滤机的的压滤时间为30～40min。
优选的是，堆放处理的堆放时间为3～5d。
本发明至少包括以下有益效果：通过向碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，一方面改善碱渣的脱水性能，再结合板框压滤脱水工艺，快速降低碱渣含水率，有利于满足碱渣工程土的摊铺碾压施工条件；另一方面，通过碱渣、钙质材料及火山灰活性材料发生化学反应生成胶凝物质，提高碱渣工程土的强度及水稳定性，然后再用于工程回填材料，使回填材料具有高强度和水稳定性；
通过对碱渣进行化浆处理，减少碱渣中的可溶性盐，降低碱渣工程土中的可溶性盐含量，使回填的工程土在遇水后强度稳定，同时大幅降低碱渣体地基中氯离子、硫酸根离子、镁离子对未来建筑物基础中混凝土、钢筋的侵蚀危害。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
对待处理的碱渣进行全成分分析，各成分质量分数含量为：Na2O为6.19％，MgO为12.81％，Al2O3为1.15％，SiO2为2.47％，P2O5为0.05％，SO3为5.49％，CaO为21.62％，TiO2为0.04％，Fe2O3为0.44％，Sr为0.03％，Cl为19.79％，K2O为0.08％，烧失量为29.83％，以上碱渣用于实施例1～3的实施方案中。
<实施例1>
用挖泥船或者水力冲挖机组采挖堆场碱渣，再用压力管道将碱渣浆输送至沉渣池，依次对碱渣进行沉渣处理、浓缩处理、均化改性，浓缩处理前在浓缩池中将碱渣浆中碱渣的质量分数调整为10～20％，再采用板框压滤机进行脱水固结，板框压滤机进料时间为30～40min，压榨时间为5～8min，再堆放3～5d，得到工程土，记录碱渣处理过程中的参数，如表1所示；
其中，均化改性的具体步骤为：向浓缩处理后的碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，搅拌均匀，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为5:16:100，钙质材料在《硅酸盐建筑制品术语》记载，钙质材料包括石灰、电石渣、钢渣等，火山灰活性材料包含粉煤灰、煤矸石、烧粘土、硅质渣、烧页岩、矿渣粉、火山灰、凝灰岩、沸石岩、浮石、硅藻土、硅藻石等。
表1碱渣脱水固结一体化处理前后体积对比
Figure BDA0002456055420000031
<实施例2>
用挖泥船或者水力冲挖机组采挖堆场碱渣，再用压力管道将碱渣浆输送至沉渣池，依次对碱渣进行沉渣处理、浓缩处理、均化改性，浓缩处理前在浓缩池中将碱渣浆中碱渣的质量分数调整为10～20％，再采用板框压滤机进行脱水固结，板框压滤机进料时间为30～40min，压榨时间为5～8min，再堆放3～5d，得到工程土；
其中，均化改性的具体步骤为：向浓缩处理后的碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，搅拌均匀，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为0:20:100。
<实施例3>
用挖泥船或者水力冲挖机组采挖堆场碱渣，再用压力管道将碱渣浆输送至沉渣池，依次对碱渣进行沉渣处理、浓缩处理、均化改性，浓缩处理前在浓缩池中将碱渣浆中碱渣的质量分数调整为10～20％，再采用板框压滤机进行脱水固结，板框压滤机进料时间为30～40min，压榨时间为5～8min，再堆放3～5d，得到工程土；
其中，均化改性的具体步骤为：向浓缩处理后的碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，搅拌均匀，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为15:5:100。
<实施例4>
将氨碱法生产纯碱过程的碱渣浆排放至沉渣池，依次对碱渣进行沉渣处理、浓缩处理、均化改性，浓缩处理前在浓缩池中将碱渣浆中碱渣的质量分数调整为10～20％，再采用板框压滤机进行脱水固结，板框压滤机进料时间为30～40min，压榨时间为5～8min，再堆放3～5d，得到工程土；
其中，均化改性的具体步骤为：向浓缩处理后的碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，搅拌均匀，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为12:10:100。
<对比例1>
与实施例1的方法相同，其中，不同的是，不进行均化改性。
<对比例2>
与实施例1的方法相同，其中，不同的是，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为20:0:100。
<工程土物理学指标检测>
对实施例1和对比例1中脱水固结后的碱渣进行检测，检测方法按照GB/T 50123-2019土工试验方法标准进行，检测结果如表2所示。
表2仅脱水与脱水固结一体化制备碱渣工程土物理力学指标对比结果
Figure BDA0002456055420000041
由表2可知，实施例1中的工程土7d无侧限抗压强度强于对比例1中的工程土、凝聚力优于对比例1中的工程土、内摩擦角大于对比例1中的工程土，由此可知，加入钙质材料和火山灰活性材料利于提高工程土的强度。其原因可能为钙质材料、碱渣与火山灰活性材料发生火山灰反应，主要反应产物为水化硅酸钙(C-S-H凝胶)、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙(钙矾石AFt、AFm)，压实后的碱渣体在很短的时间内被胶凝材料粘结成为牢固的整体，具有较高的强度，成为具有高承载力的地基。
<脱水固结处理后的碱渣指标检测>
对实施例1～3和对比例2中脱水固结后的碱渣进行检测，脱水固结后的试件压实度为93％，检测方法按照GB/T 50123-2019土工试验方法标准进行，检测结果如表3所示。
表3碱渣经脱水固结一体化处理后的固结程度
Figure BDA0002456055420000051
由表3可知，实施例1～3中脱水固结一体化处理后的碱渣的无侧限抗压强度超过0.5MPa，满足行业标准JTG/T F20《公路路面基层施工技术细则》中对石灰粉煤灰稳定材料及其他工业废渣稳定材料的7d龄期无侧限抗压强度标准要求，实施例1～3中脱水固结一体化处理后的碱渣的承载比超过8％，满足行业标准JTG/T 3610-2019《公路路基施工技术规范》中对各等级公路路基填料的最小承载比要求。实施例1～3的工程土优于对比例2的7d无侧限抗压强度和承载比，表明同时将钙质材料和火山灰质材料加入碱渣中，有利于提高工程土的固结程度。
<易溶盐含量检测>
对实施例1～3和对比例1～2中的工程土的易溶盐含量进行检测，检测方法按照GB/T50123-2019土工试验方法标准进行，检测结果如表4所示。
表4原碱渣与碱渣工程土的易溶盐总量对比结果
Figure BDA0002456055420000052
由表4可知，通过水洗和脱水固结的方法，易溶盐总量从21％降低到4％以下，一方面大量氯离子在水洗化浆和脱水固结的过程中从碱渣中溶出，另一方面碱渣、钙质材料和火山灰活性材料反应生成的胶凝物质对硫酸根离子和镁离子的吸附和包裹效应使其固化稳定化，因此，碱渣工程土内的氯离子含量大幅降低、硫酸根离子、镁离子活性低，能大幅降低碱渣体地基中氯离子、硫酸根离子、镁离子对未来建筑物基础中混凝土、钢筋的侵蚀危害。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (6)

1.一种利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，其特征在于，包括：依次对碱渣进行沉渣处理、浓缩处理、均化改性、脱水处理、堆放处理后，得到工程土；
其中，均化改性的具体步骤为：向浓缩处理后的碱渣中加入钙质材料和火山灰活性材料，搅拌均匀，钙质材料、火山灰活性材料与浓缩处理后的碱渣中的干物质的质量比为0～15:5～20:100。
2.如权利要求1所述的利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，其特征在于，堆场的存量碱渣采用挖泥船或者水力冲挖机组采挖，再用压力管道将碱渣浆输送至沉渣池。
3.如权利要求1所述的利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，其特征在于，氨碱法生产纯碱过程的碱渣浆可采用直接排放至沉渣池的方式。
4.如权利要求2或3任一项所述的利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，其特征在于，浓缩处理前在浓缩池中将所述碱渣浆中碱渣的质量分数调整为10～20％。
5.如权利要求1所述的利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，其特征在于，脱水处理采用板框压滤机进行，板框压滤机的的压滤时间为30～40min。
6.如权利要求1所述的利用氨碱法碱渣制备工程土的方法，其特征在于，堆放处理的堆放时间为3～5d。
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