CN114149202A - 一种高含水率疏浚淤泥固化剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含水率疏浚淤泥固化剂及其制备方法与应用，其中固化剂的原料包括工业钢渣、垃圾焚烧底渣混合物、磷酸钠、秸秆灰和石灰；制备时，将垃圾焚烧底渣与垃圾焚烧底渣磨细粉混合获得垃圾焚烧底渣混合物，将秸秆灰和工业钢渣混合球磨获得秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物，最后将各原料按配比混合制得固化剂。本发明采用废弃物为原料，实现废弃物的资源化利用，所制备的固化剂能够有效固化疏浚淤泥，降低疏浚淤泥的含水率，改善疏浚淤泥的低强度特性，疏浚淤泥经固化处理后可以用作填土材料，实现以废制废、保护环境的目的。
Description
技术领域
本发明属于固化剂技术领域，具体涉及一种高含水率疏浚淤泥固化剂及其制备方法与应用。
背景技术
我国大规模的水利工程建设、水运交通工程建设以及河流湖泊治理工程等，每年都会产生大量的疏浚淤泥。随着海洋强国战略的实施，海洋疏浚淤泥量也在急剧上升。这些工程产生的疏浚淤泥具有含水率高、力学性能差等特点，需要占用大量的土地进行堆放，不仅侵占了耕地，还破坏了当地的生态环境。为了解决疏浚淤泥处理难的问题，需要从降低淤泥含水率、提高淤泥强度的方面进行疏浚淤泥的固化研究，当前固化淤泥主要是以水泥、石灰、粉煤灰等为主材，固化成本高，造成了资源浪费，且固化后的淤泥为水泥土，破坏环境。
我国每年的生活垃圾量急剧增加，对垃圾进行焚烧处理后的底渣量已达到每年数百万吨，这些底渣直接填埋会占用大量的土地。工业钢渣是炼钢过程中的副产品，年产量大，利用率低，堆放占用空间大，且易产生飞灰，造成一定的空气污染。作为农业大国，我国每年都会产生大量的秸秆，秸秆发电厂可以有效处理堆积的秸秆，但是会产生大量的秸秆灰。上述废弃物回收利用率低，堆放占用大量土地，填埋处理又会产生环境污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高含水率疏浚淤泥固化剂及其制备方法与应用，采用垃圾焚烧底渣、工业钢渣、秸秆灰等废弃物为原料，实现废弃物的资源化利用，所制备获得的固化剂，能够有效固化疏浚淤泥，降低疏浚淤泥的含水率，改善疏浚淤泥的低强度特性，疏浚淤泥经固化处理后可以用作填土材料，实现以废制废、保护环境的目的。
本发明提供了如下的技术方案：
一种高含水率疏浚淤泥固化剂，包括以下质量百分比的原料：
工业钢渣 24~36%，
垃圾焚烧底渣混合物 36~42%，
磷酸钠 2~6%，
秸秆灰 12~18%，
石灰 10~14%。
进一步的，所述垃圾焚烧底渣混合物由垃圾焚烧底渣与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合组成，所述垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm。垃圾焚烧底渣经过球磨后获得垃圾焚烧底渣磨细粉，表面积变大，与疏浚淤泥的接触面积变大，固化反应速率更快。垃圾焚烧底渣与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合，粗细颗粒搭配比较合理，骨架性最强，且火山灰活性得到充分发挥，同等掺量下，疏浚淤泥固化后的无侧限抗压强度最高。
进一步的，所述秸秆灰和工业钢渣的质量比为1:2~3，该比例的秸秆灰能够使工业钢渣的潜在活性得到较好的激发。
进一步的，所述秸秆灰和工业钢渣在固化剂中分别以秸秆灰磨细粉及工业钢渣磨细粉的形式存在，所述秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的粒径不大于0.075mm。秸秆灰和工业钢渣经过球磨后获得秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉，表面积变大，与疏浚淤泥的接触面积变大，固化反应速率更快。
一种所述的高含水率疏浚淤泥固化剂的制备方法，包括以下步骤：
对垃圾焚烧底渣和工业钢渣进行初筛，获取垃圾焚烧底渣筛下物和工业钢渣筛下物，并对垃圾焚烧底渣筛下物进行消毒；
将一部分垃圾焚烧底渣筛下物加入球磨机进行球磨，获得垃圾焚烧底渣磨细粉；
将另一部分垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉混合，获得垃圾焚烧底渣混合物；
将秸秆灰和工业钢渣筛下物按比例混合，加入球磨机进行球磨，获得秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物；
将垃圾焚烧底渣混合物、秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物、磷酸钠和石灰按比例混合，即得高含水率疏浚淤泥固化剂。
进一步的，对垃圾焚烧底渣和工业钢渣进行初筛时采用孔径为10mm的网筛，垃圾焚烧底渣筛下物采用喷雾机喷洒消毒液进行消毒。
进一步的，所述垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm，所述垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合。
进一步的，所述秸秆灰和工业钢渣筛下物按质量比1:2~3混合，所述秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物的粒径不大于0.075mm。
一种所述的高含水率疏浚淤泥固化剂在疏浚淤泥治理中的应用，包括步骤：采用混凝土搅拌机将所述固化剂与疏浚淤泥混合，所得混合物固化后，即可用作填料。
进一步的，所述固化剂与疏浚淤泥按干基质量比1:4~5混合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明采用的原料包括工业钢渣、垃圾焚烧底渣混合物和秸秆灰，为工农业废弃物以及城市垃圾处理后的废弃物，与水泥、石灰、粉煤灰等常见固化材料相比，不需消耗自然资源，节约大量的填埋土地，对保护耕地具有重要的意义，同时还可以消耗掉大量的废弃工业钢渣、垃圾焚烧底渣和秸秆灰，实现工农业废弃物的资源化再利用；
（2）与现有疏浚淤泥固化剂相比，本发明原料中不需要添加水泥，避免淤泥固化后成为水泥土而破坏环境，同时降低了成本，可以有效节能；
（3）工业钢渣具有火山灰性质，可以与疏浚淤泥发生水化水解反应，生成大量的水化硅酸钙与凝胶，提高疏浚淤泥强度；工业钢渣磨细粉和疏浚淤泥在发生化学反应的过程中，吸收一部分水分，同时反应放出热量，促进水分蒸发，从而使疏浚淤泥含水率降低；
（4）工业钢渣的成分和常见水泥的成分比较相似，具有一定的水泥特性，其硬度高难于研磨，且活性很低；秸秆灰是一种高活性的材料，用秸秆灰激发钢渣，秸秆灰需水量大和钢渣沁水性差的特性能够得到改善，秸秆灰中无定形的SiO2使得钢渣微粒在母体内产生部分移位，形成分散度较高的产物，而复合体微粒移位松动的钢渣，容易被磨细，从而提高钢渣活性；
（5）垃圾焚烧底渣为城市垃圾焚烧厂的底渣，含水率低，吸水性强，加入疏浚淤泥后会吸收淤泥中的水分，从而降低疏浚淤泥的含水率；疏浚淤泥的颗粒较细，充分搅拌后，垃圾焚烧底渣的粗颗粒可以起到骨架作用，提高疏浚淤泥强度；
（6）磷酸钠、秸秆灰和石灰具有激发剂的作用，磷酸钠、秸秆灰、石灰水化产生较强的碱性环境，激发工业钢渣磨细粉和垃圾焚烧底渣磨细粉的火山灰特性，生成更多的水化产物，附着在垃圾焚烧底渣粗颗粒形成的疏浚淤泥骨架上，形成更稳固的结构，提高疏浚淤泥强度；此外，秸秆灰、石灰的含水率都比较低，当掺入高含水率的疏浚淤泥中时，能够吸收淤泥中的部分水分，使得疏浚淤泥的含水率降低；
（7）本发明制备的固化剂与疏浚淤泥以1：4~5的干基质量比混合时，疏浚淤泥固化后28天的无侧限抗压强度即可以满足作为填料的要求，固化剂掺入量较少，能够有效降低固化成本。
附图说明
图1是本发明中高含水率疏浚淤泥固化剂的制备与应用流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例所用的材料，如无特殊说明，均可在市场上购买。
如无特殊说明，本发明实施例所用试验方法，均在常温下进行即可。
实施例1
本实施例制备一种高含水率疏浚淤泥固化剂，用于处理含水量为60%的疏浚淤泥。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂，包括以下质量百分比的原料：工业钢渣28%，垃圾焚烧底渣混合物42%，磷酸钠6%，秸秆灰14%，石灰10%。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂的制备和应用方法，包括以下步骤：
（1）对垃圾焚烧底渣和工业钢渣分别过10mm筛网进行初步筛选，筛除大颗粒的块体，获取垃圾焚烧底渣筛下物和工业钢渣筛下物，并对垃圾焚烧底渣筛下物采用喷雾机喷洒消毒液进行消毒；
（2）将一部分垃圾焚烧底渣筛下物加入球磨机进行球磨，获得垃圾焚烧底渣磨细粉，垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm；将另一部分垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合，获得垃圾焚烧底渣混合物；
（3）将秸秆灰和工业钢渣筛下物按质量比1:2混合，加入球磨机进行球磨，获得粒径不大于0.075mm的秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物；
（4）将垃圾焚烧底渣混合物、秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物、磷酸钠和石灰按前述质量百分比称取，加入混凝土拌合机中进行搅拌混合，即得高含水率疏浚淤泥固化剂；
（5）按1：5的干基质量比称取所述高含水率疏浚淤泥固化剂和疏浚淤泥，采用混凝土搅拌机对称取的固化剂和疏浚淤泥进行搅拌混合，所得混合物通过机械运送的方式运送到堆填场地；疏浚淤泥固化处理后，28天龄期时无侧限抗压强度为98kPa，含水率为34%，可作为回填材料利用。
注：步骤（5）中的干基质量比是指不含水的固化剂和不含水的疏浚淤泥的质量比，实际中，疏浚淤泥是含水的，因此需要事先根据其含水率换算为干基质量。
实施例2
本实施例制备一种高含水率疏浚淤泥固化剂，用于处理含水量为70%的疏浚淤泥。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂，包括以下质量百分比的原料：工业钢渣30%，垃圾焚烧底渣混合物40%，磷酸钠5%，秸秆灰14%，石灰11%。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂的制备和应用方法，包括以下步骤：
（1）对垃圾焚烧底渣和工业钢渣分别过10mm筛网进行初步筛选，筛除大颗粒的块体，获取垃圾焚烧底渣筛下物和工业钢渣筛下物，并对垃圾焚烧底渣筛下物采用喷雾机喷洒消毒液进行消毒；
（2）将一部分垃圾焚烧底渣筛下物加入球磨机进行球磨，获得垃圾焚烧底渣磨细粉，垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm；将另一部分垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合，获得垃圾焚烧底渣混合物；
（3）将秸秆灰和工业钢渣筛下物按质量比1:2.14混合，加入球磨机进行球磨，获得粒径不大于0.075mm的秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物；
（4）将垃圾焚烧底渣混合物、秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物、磷酸钠和石灰按前述质量百分比称取，加入混凝土拌合机中进行搅拌混合，即得高含水率疏浚淤泥固化剂；
（5）按1：5的干基质量比称取所述高含水率疏浚淤泥固化剂和疏浚淤泥，采用混凝土搅拌机对称取的固化剂和疏浚淤泥进行搅拌混合，所得混合物通过机械运送的方式运送到堆填场地；疏浚淤泥固化处理后，28天龄期时无侧限抗压强度为85kPa，含水率为37.8%，可作为回填材料利用。
实施例3
本实施例制备一种高含水率疏浚淤泥固化剂，用于处理含水量为80%的疏浚淤泥。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂，包括以下质量百分比的原料：工业钢渣35%，垃圾焚烧底渣混合物36%，磷酸钠4%，秸秆灰13%，石灰12%。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂的制备和应用方法，包括以下步骤：
（1）对垃圾焚烧底渣和工业钢渣分别过10mm筛网进行初步筛选，筛除大颗粒的块体，获取垃圾焚烧底渣筛下物和工业钢渣筛下物，并对垃圾焚烧底渣筛下物采用喷雾机喷洒消毒液进行消毒；
（2）将一部分垃圾焚烧底渣筛下物加入球磨机进行球磨，获得垃圾焚烧底渣磨细粉，垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm；将另一部分垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合，获得垃圾焚烧底渣混合物；
（3）将秸秆灰和工业钢渣筛下物按质量比1:2.7混合，加入球磨机进行球磨，获得粒径不大于0.075mm的秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物；
（4）将垃圾焚烧底渣混合物、秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物、磷酸钠和石灰按前述质量百分比称取，加入混凝土拌合机中进行搅拌混合，即得高含水率疏浚淤泥固化剂；
（5）按1：5的干基质量比称取所述高含水率疏浚淤泥固化剂和疏浚淤泥，采用混凝土搅拌机对称取的固化剂和疏浚淤泥进行搅拌混合，所得混合物通过机械运送的方式运送到堆填场地；疏浚淤泥固化处理后，28天龄期时无侧限抗压强度为71.5kPa，含水率为42.8%，可作为回填材料利用。
实施例4
本实施例制备一种高含水率疏浚淤泥固化剂，用于处理含水量为90%的疏浚淤泥。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂，包括以下质量百分比的原料：工业钢渣36%，垃圾焚烧底渣混合物36%，磷酸钠3%，秸秆灰12%，石灰13%。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂的制备和应用方法，包括以下步骤：
（1）对垃圾焚烧底渣和工业钢渣分别过10mm筛网进行初步筛选，筛除大颗粒的块体，获取垃圾焚烧底渣筛下物和工业钢渣筛下物，并对垃圾焚烧底渣筛下物采用喷雾机喷洒消毒液进行消毒；
（2）将一部分垃圾焚烧底渣筛下物加入球磨机进行球磨，获得垃圾焚烧底渣磨细粉，垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm；将另一部分垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合，获得垃圾焚烧底渣混合物；
（3）将秸秆灰和工业钢渣筛下物按质量比1: 3混合，加入球磨机进行球磨，获得粒径不大于0.075mm的秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物；
（4）将垃圾焚烧底渣混合物、秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物、磷酸钠和石灰按前述质量百分比称取，加入混凝土拌合机中进行搅拌混合，即得高含水率疏浚淤泥固化剂；
（5）按1：4.5的干基质量比称取所述高含水率疏浚淤泥固化剂和疏浚淤泥，采用混凝土搅拌机对称取的固化剂和疏浚淤泥进行搅拌混合，所得混合物通过机械运送的方式运送到堆填场地；疏浚淤泥固化处理后，28天龄期时无侧限抗压强度为58kPa，含水率为46.5%，可作为回填材料利用。
实施例5
本实施例制备一种高含水率疏浚淤泥固化剂，用于处理含水量为95%的疏浚淤泥。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂，包括以下质量百分比的原料：工业钢渣30%，垃圾焚烧底渣混合物40%，磷酸钠2%，秸秆灰14%，石灰14%。
所述高含水率疏浚淤泥固化剂的制备和应用方法，包括以下步骤：
（1）对垃圾焚烧底渣和工业钢渣分别过10mm筛网进行初步筛选，筛除大颗粒的块体，获取垃圾焚烧底渣筛下物和工业钢渣筛下物，并对垃圾焚烧底渣筛下物采用喷雾机喷洒消毒液进行消毒；
（2）将一部分垃圾焚烧底渣筛下物加入球磨机进行球磨，获得垃圾焚烧底渣磨细粉，垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm；将另一部分垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合，获得垃圾焚烧底渣混合物；
（3）将秸秆灰和工业钢渣筛下物按质量比1: 2.14混合，加入球磨机进行球磨，获得粒径不大于0.075mm的秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物；
（4）将垃圾焚烧底渣混合物、秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物、磷酸钠和石灰按前述质量百分比称取，加入混凝土拌合机中进行搅拌混合，即得高含水率疏浚淤泥固化剂；
（5）按1：4的干基质量比称取所述高含水率疏浚淤泥固化剂和疏浚淤泥，采用混凝土搅拌机对称取的固化剂和疏浚淤泥进行搅拌混合，所得混合物通过机械运送的方式运送到堆填场地；疏浚淤泥固化处理后，28天龄期时无侧限抗压强度为55kPa，含水率为46.9%，可作为回填材料利用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高含水率疏浚淤泥固化剂，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：
工业钢渣 24~36%，
垃圾焚烧底渣混合物 36~42%，
磷酸钠 2~6%，
秸秆灰 12~18%，
石灰 10~14%。
2.根据权利要求1所述的高含水率疏浚淤泥固化剂，其特征在于，所述垃圾焚烧底渣混合物由垃圾焚烧底渣与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合组成，所述垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm。
3.根据权利要求1所述的高含水率疏浚淤泥固化剂，其特征在于，所述秸秆灰和工业钢渣的质量比为1:2~3。
4.根据权利要求1所述的高含水率疏浚淤泥固化剂，其特征在于，所述秸秆灰和工业钢渣在固化剂中分别以秸秆灰磨细粉及工业钢渣磨细粉的形式存在，所述秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的粒径不大于0.075mm。
5.一种权利要求1~4中任一项所述的高含水率疏浚淤泥固化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对垃圾焚烧底渣和工业钢渣进行初筛，获取垃圾焚烧底渣筛下物和工业钢渣筛下物，并对垃圾焚烧底渣筛下物进行消毒；
将一部分垃圾焚烧底渣筛下物加入球磨机进行球磨，获得垃圾焚烧底渣磨细粉；
将另一部分垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉混合，获得垃圾焚烧底渣混合物；
将秸秆灰和工业钢渣筛下物按比例混合，加入球磨机进行球磨，获得秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物；
将垃圾焚烧底渣混合物、秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物、磷酸钠和石灰按比例混合，即得高含水率疏浚淤泥固化剂。
6.根据权利要求5所述的高含水率疏浚淤泥固化剂的制备方法，其特征在于，对垃圾焚烧底渣和工业钢渣进行初筛时采用孔径为10mm的网筛，垃圾焚烧底渣筛下物采用喷雾机喷洒消毒液进行消毒。
7.根据权利要求5所述的高含水率疏浚淤泥固化剂的制备方法，其特征在于，所述垃圾焚烧底渣磨细粉的粒径不大于0.075mm，所述垃圾焚烧底渣筛下物与垃圾焚烧底渣磨细粉按质量比1:1混合。
8.根据权利要求5所述的高含水率疏浚淤泥固化剂的制备方法，其特征在于，所述秸秆灰和工业钢渣筛下物按质量比1:2~3混合，所述秸秆灰磨细粉和工业钢渣磨细粉的混合物的粒径不大于0.075mm。
9.一种权利要求1~4中任一项所述的高含水率疏浚淤泥固化剂在疏浚淤泥治理中的应用，其特征在于，包括步骤：采用混凝土搅拌机将所述固化剂与疏浚淤泥混合，所得混合物固化后，即可用作填料。
10.根据权利要求9所述的高含水率疏浚淤泥固化剂在疏浚淤泥治理中的应用，其特征在于，所述固化剂与疏浚淤泥按干基质量比1:4~5混合。
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