CN111781097A - 一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，包括如下步骤：S1、取定量定浓度的泥浆于玻璃容器中；S2、向一个玻璃容器试验泥浆中不添加混凝材料，记为空白组，向其他的玻璃容器试验泥浆中分别添加n组不同质量比例的混凝材料，充分搅拌均匀，n为大于零的自然整数；S3、在设定的混凝反应间隔时段测定所有玻璃容器内的泥浆凝胶指数P；S4、对比相同时间记录的凝胶指数P，相同时间，凝胶指数P越大，混凝剂凝胶效能N越强。本发明通过对各种泥浆固化配料的凝胶指数的测定，在设置具有同一性的空白对照Po，达成相对比较方式，快速确定各种泥浆固化前处理混凝配料的优劣，最终达到筛选效能较高的泥浆固化混凝配方的目标。

Description

一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法

技术领域

本发明涉及固废处理技术领域，尤其涉及一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法。

背景技术

通常对建筑泥浆、河湖淤泥及其他城市污泥的固化处理都会涉及到泥浆前处理混凝配料的选择问题，这些混凝材料主要包括：水硬性晶体矿物质、有机无机盐或聚合盐等。但对这些泥浆固化混凝剂配方的筛选及优劣评判尚未有一种行之有效的实验检测方法。对泥浆机械脱水固化方式的前处理配方选择，通常是将大量的泥浆和较多的混凝配料混合后直接上机(如离心机、带式机、板框机等)测试，这种测试实际属于中试范畴，缺乏基础配料试验支撑，费工、费时、费料而且试验环境复杂，试验误差较大，往往难于得到准确的结论。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种通过对各种泥浆固化前处理混凝配料的优劣，最终达到筛选效能较高的泥浆固化混凝配方的目标的基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法。

本发明的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，包括如下步骤：

S1、取定量定浓度的泥浆于玻璃容器中；

S2、向一个玻璃容器试验泥浆中不添加混凝材料，记为空白组，向其他的玻璃容器试验泥浆中分别添加n组不同质量比例的混凝材料，充分搅拌均匀，n为大于零的自然整数；

S3、在设定的混凝反应间隔时段测定所有玻璃容器内的泥浆凝胶指数 P；

S4、对比相同时间记录的凝胶指数P，相同时间，凝胶指数P越大，混凝剂凝胶效能N越强。

所述凝胶指数P通过分别放置在每个玻璃容器中的比重计测得，比重计读数等于凝胶指数P。

进一步的，步骤S2中的混凝材料包括m种混凝剂，m种混凝剂组合成 C¹ _m+C² _m+C³ _m……+C^m _m种混凝材料，每种混凝材料均设有n组不同添加质量比例的水平，m为大于零的自然整数。

进一步的，m＝1时，单个混凝材料在n组水平下的平均凝胶效能

其中P_i为第i组质量比例的玻璃容器内的比重计读数， P_o为空白组中的玻璃容器内的比重计读数。

进一步的，m>1时，每种复配混凝材料在n组水平下的平均凝胶效能

P_i ^Am表示第m 种不同的混凝剂的第i组水平下的凝胶指数P。

进一步的，m>1时，N为正值，表明A1/A2/….Am复配混凝材料凝胶配合相互促进；N值为负值，表明A1/A2/….Am复配混凝材料凝胶配合相互排斥。

进一步的，还包括再设置目标对照组，在定量定浓度的泥浆中添加一定配比的已采用配方混凝材料，得到其凝胶指数P_ck，对比P_i ^A1 P_i ^A2 P_i ^A3…… P_i ^Am与P_ck的数值，判断A1/A2/….Am复配混凝材料在第i组水平下是否为合格的混凝材料。

进一步的，当P_i ^A1 P_i ^A2 P_i ^A3……P_i ^Am与P_ck差值的绝对值小于其他配方与P_ck差值的绝对值，选择A1/A2/….Am复配混凝剂在第i组水平下为合格配方。即P_i ^A1 P_i ^A2 P_i ^A3……P_i ^Am与P_ck相近时。

进一步的，当P_i ^A1 P_i ^A2 P_i ^A3……P_i ^Am大于P_ck，对比P_i-1 ^A1 P_i-1 ^A2 P_i-1 ^A3…… P_i-1 ^Am和P_i+1 ^A1 P_i+1 ^A2 P_i+1 ^A3……P_i+1 ^Am的值，判断A1/A2….Am复配混凝材料随添加质量比例的变化趋势，适当的在第i组添加质量比例的数值附近设置几组不同的配料比，找出A1/A2….Am复配材料的最优配比。

进一步的，步骤S3中设定的混凝反应间隔时段为0.5h、1.0h、1.5h或 2.0h。

本发明中的凝胶指数(自定义)释义：是指对一定浓度范围内的泥浆添加一定比率的混凝材料，经过一定时段的凝固反应所显示的泥浆比重计读数。此时比重计显示值其实已不能反映泥浆溶液真正的比重，而是泥浆与特定配料混凝后对比重计下沉的阻滞力，其混凝效果越好，阻滞力越大，比重计读数就越大。凝胶指数是大于1的无量纲值，仅用于凝胶流变性能比较，而泥浆流变性能与泥浆固化过程的关键参数(如进料时长、脱水时长、单循环时间、泥饼厚度等)显著相关。凝胶指数越大，泥浆脱水固化单循环时间越短，泥饼厚度值越大。

相近的钻井泥浆流变性能指标有：粘度、胶体率和静切力等。这些指标测定方法有的实验误差难于控制，有的耗时过长，有的量化区间狭窄，不适合于本技术发明标的。

本发明的所述凝胶指数P通过分别放置在每个玻璃容器中的比重计测得，比重计读数等于凝胶指数P。

本发明通过对各种泥浆固化配料的凝胶指数的测定，在设置具有同一性的空白对照Po，达成相对比较方式，快速确定各种泥浆固化前处理混凝配料的优劣，最终达到筛选效能较高的泥浆固化混凝配方的目标。

本发明试验条件简单，容易快捷实施。试验结果定量分析指标直观，容易理解；

本发明试验环境单纯，较少产生误差，实验结果精准度高，重现性好；

本发明对配料的单因素凝胶效能、双因素互作凝胶效能、多因素互作凝胶效能的定量分析，有助于对混凝配料加深理解，提高了配方优选的准确性；

本发明基于凝胶指数的试验，原理上把握了泥浆固化前处理化学混凝的本质，试验及定量分析结果对规模化泥浆固化生产指导性强。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

两因素配料混凝试验定量分析

试验设计：

m＝2，两因素A1/A2混凝材料；

n＝3，3级配料水平L1/L2/L3,设水平1～3配料量递增；

2对照P₀(空白--泥浆不加料)和Pck(已知配方)。

2、试验分析：

(1)单因素凝胶效能：

A1材料在Li下的凝胶效能N_i ^A1＝P_i ^A1-P_o

A1材料平均凝胶效能

A2材料在Li下的凝胶效能N_i ^A2＝P_i ^A2-P_o；

A2材料平均凝胶效能

如果

表明在该配料水平范围内，A1材料平均凝胶效能优于 A2材料，反之亦然。

如果N_i ^A1>N_i ^A2,表明在该配料Li时，A1材料的能力优于A2材料，反之亦然。

(2)两因素互作凝胶效能：

A1/A2材料在Li下的凝胶效能N_i ^A1A2＝P_i ^A1A2-P_i ^A1-P_i ^A2+P_o；

A1/A2材料复配平均凝胶效能

值为正值，表明A1/A2复配混凝剂凝胶配合相互促进；

值为负值，表明A1/A2复配混凝剂凝胶配合相互排斥；

值越大，表明 A1/A2材料凝胶配合能力越强。

(3)合格配方(处理)的选择：

设定目标达到对照(Pck)凝胶水平：如当A1A2复配混凝剂凝胶指数 P₁ ^A1A2与Pck相近时，选择水平L1下的A1A2复配混凝剂为合格处理，进一步在实际生产中予以验证。

设定目标超越对照(Pck)凝胶水平：如当A1/A2复配混凝剂凝胶指数 P₃ ^A1A2大于Pck时，选择水平L3下的A1/A2复配混凝剂为合格处理，此时要注意A1/A2复配混凝剂是否存在材料的过度添加造成浪费，因为L1-L3 配料量递增，可以调整L2-L3之间的配料比，尝试找出A1/A2最优配方配料比，当然也可以在实际生产中进行减量验证。

实施例2

三因素配料混凝试验定量分析

1、试验设计：

三因素A1/A2/A3混凝材料；

3级配料水平L1/L2/L3,设水平1～3配料量递增；

2对照P₀(空白--泥浆不加料)和Pck(已知配方)

2、试验分析：

(1)单因素凝胶效能：

A1材料在Li下的凝胶效能N_i ^A1＝P_i ^A1-P_o

A1材料平均凝胶效能

A2材料在Li下的凝胶效能N_i ^A2＝P_i ^A2-P_o；

A2材料平均凝胶效能

A3材料在Li下的凝胶效能N_i ^A3＝P_i ^A3-P_o；

A3材料平均凝胶效能

如果

表明A1材料凝胶效能优于A2材料和A3材料，同理类推。

(2)多因素互作凝胶效能：

双因素：A1/A2材料在Li下的凝胶效能N_i ^A1A2＝P_i ^A1A2-P_i ^A1-P_i ^A2+P_o；

A1/A2复配材料平均凝胶效能

值为正值，表明A1A2复配混凝剂凝胶配合相互促进；

值为负值，表明A1A2复配混凝剂凝胶配合相互排斥；

值越大，表明A/B 材料凝胶配合能力越强。

A1/A3材料和A2/A3材料同上类推。

三因素：A1/A2/A3材料

A1/A2/A3复配材料平均凝胶效能

值为正值，表明A1/A2/A3复配混凝剂凝胶配合相互促进；

值为负值，表明A1/A2/A3复配混凝剂凝胶配合相互排斥；

值越大，表明A1/A2/A3材料凝胶配合能力越强。

(3)合格配方(处理)的选择：

设定目标达到对照(Pck)凝胶水平：如当A1/A2/A3复配混凝剂凝胶指数P₁ ^A1A2A3与Pck相近时，选择水平L1下的A1A2复配混凝剂为合格处理，进一步在实际生产中予以验证。

设定目标超越对照(Pck)凝胶水平：如当A1/A2/A3复配混凝剂凝胶指数P₃ ^A1A2A3大于Pck时，选择水平L3下的A1/A2/A3复配混凝剂为合格处理，此时要注意A1/A2/A3复配混凝剂是否存在材料的过度添加造成浪费，因为L1-L3配料量递增，可以调整L2-L3之间的添配料比，尝试找出 A1/A2/A3复配混凝剂，当然也可以在实际生产中进行减量验证。

本发明还可用于对以往已知配方的合理性分析和单因素配料的替换试验分析:

实施例3

已知应用配方的混凝试验合理性分析：

试验设计：已知配方为三因素配料组合A1/A2/A3，A1/A2为无机水硬性矿物质，A3为无机絮凝剂。配料水平选择实际生产的混凝剂水平(1 水平)，即n＝1。以泥浆与混凝剂混凝2小时的各处理凝胶指数为基准，定量分析A1/A2/A3各组分对本配方的凝胶效能贡献率。

试验结果：

表1泥浆固化应用配方的合理性试验结果(2018，宁波)

注：P2.0--混凝2小时的凝胶指数；以P2.0作试验结果分析。

试验结果分析：

①单因素凝胶效能：N^A1＝0.35 N^A2＝0.14 N^A3＝0.05 N^A1>N^A2>N^A3表明A配料在三因素固化配方中起主要作用。

②双因素互作凝胶效能：N^A1A2＝0.60-0.35-0.14＝0.11

N^A2A3＝0.15-0.14-0.05＝-0.04

N^A1A3＝0.62-0.35-0.05＝0.22

表明A1A3组合凝胶配合力>A1A2>A2A3，而且A2A3组合互作配合力为负值，表明A2\A3材料在泥浆固化凝胶反应中相互排斥。

③双因素配料A1A2、A1A3的凝胶能分别为0.6、0.62已十分接近于三因素配料A1A2A3的凝胶效能0.62，而且双因素互作凝胶效能24.5％大于三因素互作凝胶效能值(14％)，于理不通，表明A2A3两个材料复配在一起时在配料间凝胶性能相互排斥，或因素材料超量添加。

实际生产减量验证：大幅降低了A2材料配料量，生产效能不变。

实施例4

已知应用配方的单因素替换混凝试验分析：

试验设计：已知混凝剂配方为三因素配料组合A1/A2/A3，A1/A2为无机水硬性矿物质，A3为无机絮凝剂。试验目的是以A1/A2/A3为基础配方，以A4无机絮凝剂替换A3材料，比较A1/A2/A3配方与A1/A2/A4配方的凝胶性能。

混凝剂水平选择实际生产的配料水平(1水平)，即n＝1，以泥浆与混凝剂混凝2小时的各处理凝胶指数为基准，定量分析A1/A2/A3/A4各组分对本配方的凝胶效能贡献率。

试验结果：

表2已知应用配方的单因素替换凝胶试验结果(2018，宁波)

注：P2.0--混凝2小时的凝胶指数，以P2.0作试验结果分析。

试验结果分析：

①单因素凝胶效能：N^A1＝0.15 N^A2＝0.05 N^A3＝0.05 N^A4＝0.03， N^A1>N^A2>N^A3>N^A4表明N^A3配料单因素凝胶效能优于N^A4配料。

②双因素互作凝胶效能：N^A1A2＝0.40-0.15-0.05＝0.20

N^A1A4＝0.55-0.15-0.03＝0.37

N^A2A4＝0.08-0.05-0.03＝0

表明A1A4组合凝胶配合力>A1A2>A2A4，A1A4组合配合力最优。而 A2A4两材料之间的凝胶配合力为零。

③双因素配料A1A4的凝胶效能0.55已超过已知应用配方A1A2A3的凝胶效能0.40，而且配方A1A2A4三因素互作凝胶效能值109％远大于双因素互作凝胶效能71％，表明该三因素配方A1A2A4配方优势明显。

实际生产验证：配方A1A2A4在长时间的生产实践中表现良好，说明采用A4絮凝剂替代A3絮凝剂，配方A1A2A4替代A1A2A3具有可行性。

以上未涉及之处，适用于现有技术。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、取定量定浓度的泥浆于玻璃容器中；

S2、向一个玻璃容器试验泥浆中不添加混凝剂，记为空白组，向其他的玻璃容器试验泥浆中分别添加n组不同配比的混凝剂，充分搅拌均匀，n为大于零的自然整数；

S3、在设定的混凝反应间隔时段测定所有玻璃容器内的泥浆凝胶指数P；

S4、对比相同时间记录的凝胶指数P，相同时间，凝胶指数P越大，混凝剂凝胶效能N越强。

2.如权利要求1所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：步骤S2中的混凝剂包括m种混凝材料，m种混凝材料组合成C¹ _m+C² _m+C³ _m……+C^m _m种混凝剂，每种混凝剂均设有n组不同添加质量比例的水平，m为大于零的自然整数。

3.如权利要求2所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：m＝1时，单个混凝剂在n组水平下的平均凝胶效能

其中P_i为第i组质量比例的玻璃容器内的比重计读数，P_o为空白组中的玻璃容器内的比重计读数。

4.如权利要求3所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：m>1时，每种复配混凝剂在n组水平下的平均凝胶效能

P_i ^Am表示第m种不同的混凝剂的第i组水平下的凝胶指数P。

5.如权利要求4所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：m>1时，N为正值，表明A1/A2/….Am复配混凝剂凝胶配合相互促进；N值为负值，表明A1/A2/….Am复配混凝剂凝胶配合相互排斥。

6.如权利要求5所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：还包括再设置目标对照组，在定量定浓度的泥浆中添加一定配比的已采用配方混凝剂，得到其凝胶指数P_ck，对比P_i ^A1P_i ^A2P_i ^A3……P_i ^Am与P_ck的数值，判断A1/A2/….Am复配混凝剂在第i组添加质量比例下是否为合格的混凝剂。

7.如权利要求6所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：当P_i ^A1P_i ^A2P_i ^A3……P_i ^Am与P_ck差值的绝对值小于其他配方与P_ck差值的绝对值，选择A1/A2/….Am复配混凝剂在第i组水平下为合格配方。

8.如权利要求6所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：当P_i ^A1P_i ^A2P_i ^A3……P_i ^Am大于P_ck，对比P_i-1 ^A1P_i-1 ^A2P_i-1 ^A3……P_i-1 ^Am和P_i+1 ^A1P_i+1 ^A2P_i+1 ^A3……P_i+1 ^Am的值，判断A1/A2….Am复配混凝剂随添加质量比例的变化趋势，适当的在第i组添加质量比例的数值附近设置几组不同的配料比，找出A1/A2….Am复配材料的最优配比。

9.如权利要求1所述的一种基于凝胶指数的泥浆固化配料试验定量分析方法，其特征在于：步骤S3中设定的混凝反应间隔时段为0.5h、1.0h、1.5h或2.0h。