CN115140910A - 一种高含水淤泥土用脱硫灰固化材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种固化材料，具体涉及一种高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，由以下质量份的各组分组成：脱硫灰35‑75份、增强剂5‑50份、无机矿物材料10‑15份、凹凸棒土5份；本发明可用于高含水率的淤泥粉质黏土的固化，其高含水淤泥土用脱硫灰固化材料性能优异，可以提高高含水淤泥土的结构强度和土工性能；同时实现了脱硫灰、无机矿物材料和淤泥土的综合利用，无机矿物材料的大掺量还降低了水泥的使用，从而有益于减少碳排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种固化材料，更具体地说涉及一种高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，属于废物资源化利用技术领域。
背景技术
随着国家工业化的不断推进，可利用的建筑用地也越来越少，于是考虑对水源附近的淤泥土处理后再利用。除此之外，对湖、河流的疏浚，建深层的地下车库和地下城也会产生大量的淤泥土。目前较为认可是方式是将淤泥土作为回填土、地基或路基等工程消耗，然而由于淤泥土含水量高，承载力低，在工程中无法直接使用，必须对其进行固化处理才能使用。物理固化、加热固化和化学固化是淤泥土常用的固化处理手段。然而物理固化与加热固化的处理成本较高、工艺复杂，不适合进行大量淤泥土的处理。化学固化是近年来常用的淤泥固化处理方式，通过向淤泥中加入无机胶凝类材料如水泥、粉煤灰、石灰和矿粉等，使胶凝材料与淤泥的水分发生水化反应，生成硬质水化产物，连接土壤颗粒，提高其承载力、改善工程性能。
近几年，钢铁行业二氧化硫(SO2)年排放量近20万t，居中国工业SO2排放量的第四位。其中，烧结工序所产生的SO2占钢铁行业总排放量的60％～90％，控制烧结机SO2排放已成为钢铁企业控制污染的重点。目前烧结机脱硫工艺主要包括湿法、干法和半干法工艺。由于干法脱硫工艺具有工艺简单、投资低、占地面积小等优点，在烧结烟气脱硫中应用较广泛，但该工艺会产生大量的烧结干法脱硫灰。烧结干法脱疏灰是钢铁烧结厂烟气干法脱硫工艺过程中处于悬浮状态的石灰颗粒与烟气中的二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)和氧气(O2)反应生成的固态亚硫酸钙、硫酸钙以及残余的石灰颗粒，与粉煤灰一起由除尘器收集形成的一种干灰。烧结干法脱硫灰成分复杂，主要组成为CaSO3、CaSO4、CaO、CaCO3、Ca(OH)2等，不同来源和不同批次脱硫灰的性质差异较大。目前，大量的烧结烟气脱硫灰以堆存或外运处置为主，极易对环境造成危害。脱硫灰的资源化利用，既可解决脱硫灰处置、环境污染等问题，又可解决天然资源日趋紧缺的局面，具有显著的社会效益、经济效益和环境效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，可用于高含水率的淤泥粉质黏土的固化，高含水淤泥土用脱硫灰固化材料性能优异，提高了高含水淤泥土的结构强度和土工性能。同时实现了脱硫灰、无机矿物材料和淤泥土的综合利用，无机矿物材料的大掺量还降低了水泥的使用，从而有益于减少碳排放。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，即是在高含水的淤泥土中加入脱硫灰基固化材料并混合均匀获得，其具有降低了淤泥土含水率，提高结构强度等有点。它由以下质量份的各组分组成：
本发明上述的高含水淤泥土用固化方法，其进一步的技术方案是所述的脱硫灰为钙系脱硫灰，亚硫酸钙钙含量为68％，含水率为2-5％。
本发明上述的高含水淤泥土用固化方法，其进一步的技术方案是所述的无机矿物材料由以下质量百分的各组分组成：
本发明上述的高含水淤泥土用固化方法，其进一步的技术方案是所述的增强剂由以下质量百分的各组分组成：
本发明上述的高含水淤泥土用固化方法，其进一步的技术方案是所述的脱硫灰基固化材料由脱硫灰和富硅钙质矿物材料组成，脱硫灰和富硅钙质矿物材料质量比为7：12～15：4。脱硫灰基固化材料为高含水淤泥土质量的5％。
本发明的有益效果如下：
(1)利用脱硫灰和无机矿物材料制备淤泥土固化材料，针对淤泥土中的高含水率，利用其中水分形成胶凝材料，通过脱硫灰中氧化钙对淤泥土水分的吸收，形成致密的氢氧化钙，提高淤泥土的结构强度和土工性能；
(2)利用脱硫灰激发无机矿物材料的胶凝特性，提高固化材料和固化土的工程性能；
(3)利用无机矿物材料的微膨胀性补偿淤泥土水分流失产生的收缩，改善淤泥土的体积稳定性；
(4)凹凸棒土表面的Si-O和Al-O发生水解破裂，水解产生的R-OH上的羟基具有两性，可以与H+和OH-发生反应，这些表面反应使凹凸棒石表面带电荷：表面电荷可以是正电荷，也可以是负电荷，主要取决于矿物结构、电解质浓度，溶液pH值。通过调整矿物结构使其带正电与淤泥土产生吸附，由于凹凸棒石带有结构电荷和表面电荷，此吸附属于胶体吸附和离子交换吸附，极大的提高了淤泥土的耐水性。
(5)本发明操作便捷，成本低廉，可大规模应用，利用工业固体废弃物实现高质量的淤泥土固化和固体废弃物的回收利用。
附图说明
图1为原淤泥土微观电镜图；
图2为掺5％高含水淤泥土用脱硫灰固化材料的淤泥固化土微观电镜图；
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例中所用钙系脱硫灰的化学组成如下表2所示
表2为固化剂所用钙系脱硫灰的化学成分
实施例1
淤泥取自长江下游沿岸，含水率控制在45％。固化剂组分为脱硫灰47份，增强剂38份，无机矿物材料10份，凹凸棒土5份，放于搅拌锅中搅匀。称取淤泥土质量5％的固化材料同淤泥土置于搅拌锅中混合均匀，搅拌4min。出料，将混合好的固化材料采用试验机压制成型，制备Φ50*50mm尺寸的圆柱形试样，标准养护，性能测试结果见表1。
实施例2
淤泥取自长江下游沿岸，含水率控制在45％。固化剂组分为脱硫灰38份，增强剂47份，无机矿物材料10份，凹凸棒土5份，放于搅拌锅中搅匀。称取淤泥土质量5％的固化材料同淤泥土置于搅拌锅中混合均匀，搅拌4min。出料，将混合好的固化材料采用试验机压制成型，制备Φ50*50mm尺寸的圆柱形试样，标准养护，性能测试结果见表1。
实施例3
淤泥取自长江下游沿岸，含水率控制在45％。固化剂组分为脱硫灰57份，增强剂28份，无机矿物材料10份，凹凸棒土5份，放于搅拌锅中搅匀。称取淤泥土质量5％的固化材料同淤泥土置于搅拌锅中混合均匀，搅拌4min。出料，将混合好的固化材料采用试验机压制成型，制备Φ50*50mm尺寸的圆柱形试样，标准养护，性能测试结果见表1。
实施例4
淤泥取自长江下游沿岸，含水率控制在45％。固化剂组分为脱硫灰65份，增强剂20份，无机矿物材料10份，凹凸棒土5份，放于搅拌锅中搅匀。称取淤泥土质量5％的固化材料同淤泥土置于搅拌锅中混合均匀，搅拌4min。出料，将混合好的固化材料采用试验机压制成型，制备Φ50*50mm尺寸的圆柱形试样，标准养护，性能测试结果见表1。
实施例5
淤泥取自长江下游沿岸，含水率控制在45％。固化剂组分为脱硫灰70份，增强剂15份，无机矿物材料10份，凹凸棒土5份，放于搅拌锅中搅匀。称取淤泥土质量5％的固化材料同淤泥土置于搅拌锅中混合均匀，搅拌4min。出料，将混合好的固化材料采用试验机压制成型，制备Φ50*50mm尺寸的圆柱形试样，标准养护，性能测试结果见表1。
实施例6
淤泥取自长江下游沿岸，含水率控制在45％。固化剂组分为脱硫灰75份，增强剂10份，无机矿物材料10份，凹凸棒土5份，放于搅拌锅中搅匀。称取淤泥土质量5％的固化材料同淤泥土置于搅拌锅中混合均匀，搅拌4min。出料，将混合好的固化材料采用试验机压制成型，制备Φ50*50mm尺寸的圆柱形试样，标准养护，性能测试结果见表1。
实施例7
淤泥取自长江下游沿岸，含水率控制在45％。固化剂组分为脱硫灰75份，增强剂5份，无机矿物材料15份，凹凸棒土5份，放于搅拌锅中搅匀。称取淤泥土质量5％的固化材料同淤泥土置于搅拌锅中混合均匀，搅拌4min。出料，将混合好的固化材料采用试验机压制成型，制备Φ50*50mm尺寸的圆柱形试样，标准养护，性能测试结果见表1。
经实验测试和分析：
相比其他试样，实施例1的试样抗压强度较高，上述的脱硫灰固化淤泥土的方法中，其最优方案是脱硫灰47份，增强剂38份，无机矿物材料10份，凹凸棒土5份，固化材料为淤泥土质量的5％。随着脱硫灰掺量的增加，试样的早期强度较低，这与脱硫灰早期的缓凝作用有关。固化处理后的淤泥土性状有了明显改善，含水率有了较大降低。
请参照图1和图2，对比两图可以发现，原土壤有较宽的裂纹，水化产物与土壤颗粒无序的胶结在一起，而掺了5％固化剂固化的土壤中裂纹较少，且整个表面比较平整，水化产物与土壤颗粒能在统一的方向胶结和发展。这归因于激发剂中的硫酸钙成分促进了早期钙矾石的形成，从而形成了一定的“骨骼”框架，后续C3S和C2S矿物的水化产物会沿着钙矾石结构生成，结合着无机矿物材料和土壤颗粒进行胶结，所以其整体性也更高。
表3为掺加5％固化剂后的水稳定性与原土的对比。
通过表3中数据可以得知，掺加了固化剂的淤泥土在经过养护后再浸水，均有强度，且强度数值均有较大的增加。它们的水稳系数也是在固化剂的掺入后增加，水稳越高，耐水性也就越强。其原因是生成的水化产物及无机矿物材料的微膨胀不断的填充土壤中的缝隙，胶结土壤颗粒，进而固化土的耐水性提高。
表1：实施例中固化材料试样的性能测试结果
表3固化剂掺加前后的耐水性效果
本发明的基本教导已加以说明，对具有本领域通常技能的人而言，许多延伸和变化将是显而易知者。由于说明书揭示的本发明可在未脱离本发明精神或大体特征的其它特定形式来实施，且这些特定形式的一些形式已经被指出，所以，说明书揭示的实施例应视为举例说明而非限制。本发明的范围是由所附的申请专利范围界定，而不是由上述说明所界定，对于落入申请专利范围的均等意义与范围的所有改变仍将包含在其范围之内。
Claims (4)
1.一种高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，其特征在于由以下质量份的各组分组成：
2.根据权利要求1所述的高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，其特征在于，所述的脱硫灰为钙系脱硫灰，亚硫酸钙钙含量为68％，含水率为2-5％。
3.根据权利要求1所述的高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，其特征在于，所述的无机矿物材料由以下质量百分的各组分组成：
4.根据权利要求1所述的高含水淤泥土用脱硫灰固化材料，其特征在于，所述的增强剂由以下质量百分的各组分组成：
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