CN114345878B - 一种钢渣堆存场地覆盖结构及应用方法 - Google Patents

一种钢渣堆存场地覆盖结构及应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢渣堆存场地覆盖结构，该覆盖结构由下至上依次为基础层、钢渣颗粒排气层、钢铁渣水泥防渗层、排水层、保护层及植被层。本结构中钢渣颗粒排气层和钢铁渣水泥防渗层采用了钢渣、矿渣、胶凝材料等作为基础材料，不仅可以实现对排气层和防渗层无害化材料的有效替代、大幅降低应用成本，同时覆盖结构的核心覆盖层的防渗性和强度均得到了有效提高，为钢渣堆存场覆盖提供了有效可行的技术参考。

Description

一种钢渣堆存场地覆盖结构及应用方法
技术领域
本发明涉及环保新材料制备及应用技术领域，具体涉及一种钢渣堆存场的覆盖结构及应用方法。
背景技术
我国粗钢年产量连年增加，截止2020年已突破10亿吨。钢铁产量的快速增长导致钢渣、矿渣等冶炼渣堆积严重，特别是对于水陆运输条件不便利的地区堆存问题尤为严重。这些冶炼渣主要呈碱性，若未得到安全有效的综合利用或处置，将会对周边生态环境造成严重破坏。
我国提出推动大宗工业固体废物资源化利用，其中冶炼渣是大宗工业固体废物的重点整治对象。2020年12月，生态环保部出台《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB18599-2020)，其中提出一般工业固体废物可以通过充填、回填来实现固废处置利用，但需确保环境风险可以接受。随着国家出台的相关政策和标准的实施，钢铁冶炼渣处置和利用已成为现阶段钢铁企业所面临的棘手问题。
对于工业综合利用率较低的钢渣，实行阻隔和覆盖来对钢渣堆存场进行有效的风险管控，可以最大限度的节约治理成本，为后续钢渣资源的高效利用做好资源储备，是当前处理钢渣固废最佳技术手段。目前主要的覆盖结构中以钢铁渣水泥防渗层为核心，其决定了整个覆盖结构的渗透性，当前广泛使用高密度聚乙烯(HDPE)土工膜等材料作为钢铁渣水泥防渗层材料。此外，排气层主要采用砾石和砂作为覆盖材料，运输费工费力，成本相对较高。由于钢渣堆存量巨大，并且目前开发利用技术相对滞后，急需一种经济有效的阻隔方法进行风险管控。
发明内容
针对上述现有技术中存在的国内现有覆盖材料多为外购材料、材料费用附加运输费用使材料的总成本较大、覆盖层强度和渗透性尚有待提高的技术问题，本发明提供了一种钢渣堆存场地覆盖结构及应用方法，不仅可以实现对覆盖结构中排气层和钢铁渣水泥防渗层无害化材料的有效替代，达到以废治废的目的，大幅降低应用成本，同时钢铁渣水泥防渗层强度得到了大幅提高，为钢渣堆存场覆盖以及其他各类堆存场地的覆盖均提供了可行的技术参考。
一种钢渣堆存场地覆盖结构，其特征在于，所述覆盖结构由下至上依次为基础层、钢渣颗粒排气层、钢铁渣水泥防渗层、排水层、保护层及植被层。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述基础层采用就近土料，该土料接近风干水平，且无石块、树枝及其他大块杂物。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述钢渣颗粒排气层的钢渣来源于钢渣堆存场地，钢渣平均粒径为5-10mm。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述钢铁渣水泥防渗层由钢渣、矿渣、浮石、废石岩、凝灰岩、硅藻土、蛋白石、烧结土、烧页岩、煤渣、粉煤灰、煤矸石灰渣、水泥胶凝材料进行配置。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述钢铁渣水泥防渗层的成分以重量百分比计为：钢渣1-12％、矿渣9-36％、浮石0-4％、废石岩0-4％、凝灰岩0-4％、硅藻土0-4％、蛋白石0-4％、烧结土0-4％、烧页岩0-4％、煤渣0-4％、粉煤灰0-4％、煤矸石灰渣0-4％、水泥胶凝材料50-80％；其中钢渣的用量不超过矿渣的1/3。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述水泥胶凝材料包括水泥熟料和石膏，其中水泥熟料的成分以重量百分比计包括：石灰石80-98％、改性膨润土2-20％；石膏占钢铁渣水泥的重量百分比为1-5％。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述的改性膨润土为聚合物改性的耐碱性材料。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述排水层使用沙土和砾石作为基本原料。
根据上述的覆盖结构，其特征在于，所述保护层的土壤采用就近土料，所述植被层的土壤采用钢渣堆存场地本地适合植被生长的土壤。
一种上述的覆盖结构的应用方法，其特征在于，该方法的具体操作步骤如下：
S1.使用专业工具和设备对钢渣堆表面进行适当平整；
S2.将基础层土料进行均匀覆盖，覆盖后使用专业工具和设备对基础层土层进行平整和压实，施工后基础层厚度不低于100mm；
S3.将钢渣颗粒排气层所需的材料在基础层上进行均匀覆盖、压实，施工后钢渣颗粒排气层厚度不低于300mm；
S4.将钢铁渣水泥防渗层所需的材料按成分配置，制备水泥浆，将制备好的水泥浆均匀砌筑覆盖于钢渣颗粒排气层之上，进行规定保养处置；施工后钢铁渣水泥防渗层厚度不低于280mm；
S5.将排水层所需的材料均匀铺在钢铁渣水泥防渗层上，进行适当压实，施工后排水层渗透系数不低于1.0×10-2cm/s；
S6.取就近土料进行保护层的施工，再取本地适合植被生长的土壤进行植被层的施工，最后在适合制备生长的土壤上种植适合当地的优势绿化植被；施工后保护层和覆盖层的厚度累计不小于250mm。
有益效果：
1.本发明所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构中，钢渣颗粒排气层主要采用钢渣颗粒作为基础材料，覆盖结构的关键部分钢铁渣水泥防渗层材料的钢渣、矿渣、浮石、废石岩、凝灰岩、硅藻土、蛋白石、烧结土、烧页岩、煤渣、粉煤灰、煤矸石灰渣、水泥胶凝材料等不但能增强覆盖层的渗透性、提高覆盖层水泥强度，同时，水泥胶凝材料的水泥熟料中添加了大量耐酸碱的改性膨润土，大幅增强钢铁渣水泥防渗层的抗酸碱性，从而形成对底层固废进行有效阻隔。
2.本发明所述的覆盖结构及方法，不但能实现对钢渣堆存场的有效阻隔，并且在结构材料中掺入大量钢渣、矿渣等钢铁工业固废原料，能充分提高阻隔层的强度和防渗性，并能大幅降低钢铁渣水泥防渗层的成本。钢渣颗粒排气层中钢渣的应用也大幅降低了排气层了的成本。本发明的覆盖结构具有防渗层强度高、抗渗性强、成本低、应用方便的特点。
附图说明
图1为本发明的钢渣堆存场地覆盖结构的示意图。
具体实施方式
以下通过多个实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
实施例1
本实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构由下至上依次为基础层、钢渣颗粒排气层、钢铁渣水泥防渗层、排水层、保护层及植被层。钢渣堆存场地的覆盖结构中的基础层采用就近土料；钢渣堆存场地的覆盖结构中的钢渣颗粒排气层中使用了颗粒钢渣作为填充材料，钢渣平均粒径为5mm；钢渣堆存场地的钢铁渣水泥防渗层的成分以重量百分比计为：钢渣(12％)、矿渣(36％)、浮石(0％)、废石岩(0％)、凝灰岩(0％)、硅藻土(0％)、蛋白石(0％)、烧结土(0％)、烧页岩(0％)、煤渣(0％)、粉煤灰(0％)、煤矸石灰渣(0％)、石灰石(41％)、改性膨润土(10％)和石膏(1％)，其中改性膨润土应用的是聚合物改性的耐碱性材料；钢渣堆存场地的覆盖结构中的排水层使用沙土和砾石混合料；钢渣堆存场地的覆盖结构中最上层为保护层及植被层。
本实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构的应用方法，首先使用专业工具和设备对钢渣堆表面进行适当平整；将基础层土料进行均匀覆盖，覆盖后使用专业工具和设备对基础层土层进行平整和压实，施工后基础层厚度为100mm；将钢渣颗粒排气层所需的材料在基础层上进行均匀覆盖、压实，施工后钢渣颗粒排气层厚度为300mm；将钢铁渣水泥防渗层所需的材料按成分配置，制备水泥浆，将制备好的水泥浆均匀砌筑覆盖于钢渣颗粒排气层之上，进行规定保养处置，施工后钢铁渣水泥防渗层厚度为280mm；将排水层的砾石、粗砂均匀铺在钢铁渣水泥防渗层上，进行适当压实，施工后排水层渗透系数不低于1.0×10-2cm/s；取就近土料进行保护层的施工，再取本地适合植被生长的土壤进行植被层的施工，最后在适合制备生长的土壤上种植适合当地的优势绿化植被；施工后保护层和覆盖层的厚度累计为250mm。
对本实施例覆盖结构的关键部分覆盖结构的渗透层进行强度和渗透性检测，检测结果为渗透层的抗压强度为33.1MPa，渗透系数为4.2×10-7cm/s，高于覆盖的基本要求，可以实现覆盖要求。
实施例2
实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构由下至上依次为基础层、钢渣颗粒排气层、钢铁渣水泥防渗层、排水层、保护层及植被层。钢渣堆存场地的覆盖结构中的基础层采用就近土料；钢渣堆存场地的覆盖结构中的钢渣颗粒排气层中使用了颗粒钢渣作为填充材料，钢渣粒径为7mm；钢渣堆存场地的钢铁渣水泥防渗层的成分以重量百分比计为：钢渣(8％)、矿渣(32％)、浮石(1％)、废石岩(1％)、凝灰岩(1％)、硅藻土(1％)、蛋白石(1％)、烧结土(1％)、烧页岩(1％)、煤渣(1％)、粉煤灰(1％)、煤矸石灰渣 (1％)、石灰石(42％)、改性膨润土(5％)和石膏(3％)，其中改性膨润土应用的是聚合物改性的耐碱性材料，钢渣堆存场地的覆盖结构中的排水层使用沙土和砾石混合料；钢渣堆存场地的覆盖结构中最上层为保护层及植被层。
本实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构的应用方法，首先使用专业工具和设备对钢渣堆表面进行适当平整；将基础层土料进行均匀覆盖，覆盖后使用专业工具和设备对基础层土层进行平整和压实，施工后基础层厚度为120mm；将钢渣颗粒排气层所需的材料在基础层上进行均匀覆盖、压实，施工后钢渣颗粒排气层厚度为320mm；将钢铁渣水泥防渗层所需的材料按成分配置，制备水泥浆，将制备好的水泥浆均匀砌筑覆盖于钢渣颗粒排气层之上，进行规定保养处置，施工后钢铁渣水泥防渗层厚度为300mm；将排水层的砾石、粗砂均匀铺在钢铁渣水泥防渗层上，进行适当压实，施工后排水层渗透系数不低于1.0×10-2cm/s；取就近土料进行保护层的施工，再取本地适合植被生长的土壤进行植被层的施工，最后在适合制备生长的土壤上种植适合当地的优势绿化植被；施工后保护层和覆盖层的厚度累计为270mm。
对本实施例覆盖结构的关键部分覆盖结构的渗透层进行强度和渗透性检测，检测结果为渗透层的抗压强度为38.5MPa，渗透系数为7.3×10-7cm/s，高于覆盖的基本要求，可以实现覆盖要求。
实施例3
实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构由下至上依次为基础层、钢渣颗粒排气层、钢铁渣水泥防渗层、排水层、保护层及植被层。钢渣堆存场地的覆盖结构中的基础层采用就近土料；钢渣堆存场地的覆盖结构中的钢渣颗粒排气层中使用了颗粒钢渣作为填充材料，钢渣粒径为10mm；钢渣堆存场地的钢铁渣水泥防渗层的成分以重量百分比计为：钢渣(1％)、矿渣(9％)、浮石(4％)、废石岩(4％)、凝灰岩(4％)、硅藻土(4％)、蛋白石(4％)、烧结土(4％)、烧页岩(4％)、煤渣(4％)、粉煤灰(4％)、煤矸石灰渣 (4％)、石灰石(44％)、改性膨润土(1％)和石膏(5％)，其中改性膨润土应用的是聚合物改性的耐碱性材料，钢渣堆存场地的覆盖结构中的排水层使用沙土和砾石混合料；钢渣堆存场地的覆盖结构中最上层为保护层及植被层。
本实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构的应用方法，首先使用专业工具和设备对钢渣堆表面进行适当平整；将基础层土料进行均匀覆盖，覆盖后使用专业工具和设备对基础层土层进行平整和压实，施工后基础层厚度为130mm；将钢渣颗粒排气层所需的材料在基础层上进行均匀覆盖、压实，施工后钢渣颗粒排气层厚度为330mm；将钢铁渣水泥防渗层所需的材料按成分配置，制备水泥浆，将制备好的水泥浆均匀砌筑覆盖于钢渣颗粒排气层之上，进行规定保养处置，施工后钢铁渣水泥防渗层厚度为310mm；将排水层的砾石、粗砂均匀铺在钢铁渣水泥防渗层上，进行适当压实，施工后排水层渗透系数不低于1.0×10-2cm/s；取就近土料进行保护层的施工，再取本地适合植被生长的土壤进行植被层的施工，最后在适合制备生长的土壤上种植适合当地的优势绿化植被；施工后保护层和覆盖层的厚度累计为280mm。
对本实施例覆盖结构的关键部分覆盖结构的渗透层进行强度和渗透性检测，检测结果为渗透层的抗压强度为43.2MPa，渗透系数为8.1×10-7cm/s，高于覆盖的基本要求，可以实现覆盖要求。
实施例4
实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构由下至上依次为基础层、钢渣颗粒排气层、钢铁渣水泥防渗层、排水层、保护层及植被层。钢渣堆存场地的覆盖结构中的基础层采用就近土料；钢渣堆存场地的覆盖结构中的钢渣颗粒排气层中使用了颗粒钢渣作为填充材料，钢渣粒径为7mm；钢渣堆存场地的钢铁渣水泥防渗层的成分以重量百分比计为：钢渣(1％)、矿渣(9％)、浮石(1％)、废石岩(1％)、凝灰岩(1％)、硅藻土(1％)、蛋白石(1％)、烧结土(1％)、烧页岩(1％)、煤渣(1％)、粉煤灰(1％)、煤矸石灰渣 (1％)、石灰石(67％)、改性膨润土(10％)和石膏(3％)，其中改性膨润土应用的是聚合物改性的耐碱性材料，钢渣堆存场地的覆盖结构中的排水层使用沙土和砾石混合料；钢渣堆存场地的覆盖结构中最上层为保护层及植被层。
本实施例所述的一种钢渣堆存场地覆盖结构的应用方法，首先使用专业工具和设备对钢渣堆表面进行适当平整；将基础层土料进行均匀覆盖，覆盖后使用专业工具和设备对基础层土层进行平整和压实，施工后基础层厚度为120mm；将钢渣颗粒排气层所需的材料在基础层上进行均匀覆盖、压实，施工后钢渣颗粒排气层厚度为300mm；将钢铁渣水泥防渗层所需的材料按成分配置，制备水泥浆，将制备好的水泥浆均匀砌筑覆盖于钢渣颗粒排气层之上，进行规定保养处置，施工后钢铁渣水泥防渗层厚度为290mm；将排水层的砾石、粗砂均匀铺在钢铁渣水泥防渗层上，进行适当压实，施工后排水层渗透系数不低于1.0×10-2cm/s；取就近土料进行保护层的施工，再取本地适合植被生长的土壤进行植被层的施工，最后在适合制备生长的土壤上种植适合当地的优势绿化植被；施工后保护层和覆盖层的厚度累计为270mm。
对本实施例覆盖结构的关键部分覆盖结构的渗透层进行强度和渗透性检测，检测结果为渗透层的抗压强度为39.4MPa，渗透系数为4.7×10-7cm/s，高于覆盖的基本要求，可以实现覆盖要求。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种钢渣堆存场地覆盖结构，其特征在于，所述覆盖结构由下至上依次为基础层、钢渣颗粒排气层、钢铁渣水泥防渗层、排水层、保护层及植被层；
所述钢渣颗粒排气层的钢渣来源于钢渣堆存场地，钢渣平均粒径为5-10 mm；
所述钢铁渣水泥防渗层的成分以重量百分比计为：钢渣1-12%、矿渣9-36%、浮石0-4%、废石岩0-4%、凝灰岩0-4%、硅藻土0-4%、蛋白石0-4%、烧结土0-4%、烧页岩0-4%、煤渣0-4%、粉煤灰0-4%、煤矸石灰渣0-4%、水泥胶凝材料50-80%；其中钢渣的用量不超过矿渣的1/3；
所述水泥胶凝材料包括水泥熟料和石膏，其中水泥熟料的成分以重量百分比计包括：石灰石80-98%、改性膨润土2-20%；石膏占钢铁渣水泥的重量百分比为1-5%。
2.根据权利要求1所述的覆盖结构，其特征在于，所述基础层采用就近土料，该土料接近风干水平，且无石块、树枝及其他大块杂物。
3.根据权利要求1所述的覆盖结构，其特征在于，所述的改性膨润土为聚合物改性的耐碱性材料。
4.根据权利要求1所述的覆盖结构，其特征在于，所述排水层使用沙土和砾石作为基本原料。
5.根据权利要求1所述的覆盖结构，其特征在于，所述保护层的土壤采用就近土料，所述植被层的土壤采用钢渣堆存场地本地适合植被生长的土壤。
6.一种权利要求1-5之一所述的覆盖结构的应用方法，其特征在于，该方法的具体操作步骤如下：
S1.使用专业工具和设备对钢渣堆表面进行适当平整；
S2.将基础层土料进行均匀覆盖，覆盖后使用专业工具和设备对基础层土层进行平整和压实，施工后基础层厚度不低于100 mm；
S3.将钢渣颗粒排气层所需的材料在基础层上进行均匀覆盖、压实，施工后钢渣颗粒排气层厚度不低于300 mm；
S4.将钢铁渣水泥防渗层所需的材料按成分配置，制备水泥浆，将制备好的水泥浆均匀砌筑覆盖于钢渣颗粒排气层之上，进行规定保养处置；施工后钢铁渣水泥防渗层厚度不低于280 mm；
S5.将排水层所需的材料均匀铺在钢铁渣水泥防渗层上，进行适当压实，施工后排水层渗透系数不低于1.0×10-2 cm/s；
S6.取就近土料进行保护层的施工，再取本地适合植被生长的土壤进行植被层的施工，最后在适合制备生长的土壤上种植适合当地的优势绿化植被；施工后保护层和覆盖层的厚度累计不小于250 mm。
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