CN115286334A - 一种疏浚淤泥快速脱水固化材料及其应用 - Google Patents

一种疏浚淤泥快速脱水固化材料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种疏浚淤泥快速脱水固化材料及其应用。本发明的疏浚淤泥快速脱水固化材料在用于淤泥固化时，先将絮凝剂加入淤泥中进行快速脱水处理，再将固化材料及添加剂与脱水后的疏浚淤泥搅拌均匀，养护处理，实现淤泥固化。本发明中的絮凝剂可使淤泥快速脱水，极大地缩短了淤泥脱水干化的处理时间；所选用的混合固化剂在后续固化过程中能够产生轻微膨胀性，与絮凝剂协同作用，有效降低固化土的收缩性；絮凝固化协同处理后的土块置于外接电场，可吸附极性泥土分子，加速孔隙水分排出；添加的膨胀剂、分散剂和重金属螯合剂，不仅可使获得的固化淤泥具有一定强度，且能有效固化淤泥中的重金属，极大降低重金属溢出的风险。

Description

一种疏浚淤泥快速脱水固化材料及其应用
技术领域
本发明涉及淤泥固化技术领域，特别涉及一种疏浚淤泥快速脱水固化材料及其应用。
背景技术
我国河流港口众多，随着航运要求的升级，疏浚工程产生的大量淤泥，处理这些疏浚淤泥的方法一般还是自然风干后进行埋填，不仅需要更多埋填位置，而且淤泥含水率高风干效率低，难以运输，产生更高的人工成本，既造成资源浪费又引起环境的二次污染。目前应用在疏浚淤泥固化材料，都较为单一的集中在基础的机械强度的提升，而且固化的土体性能不稳定，收缩开裂严重，限制固化淤泥的资源化利用。为了使含水率高的淤泥快速脱水，絮凝剂的添加能有效处理这一问题，但是需要大量絮凝剂的投入，而过量使用絮凝剂不仅会增加成本也会产生二次环境污染，絮凝后的土体存在粘度高及后期应用效率低，所以采用絮凝固化协同作用，添加少量无机固化剂，根据淤泥的pH值一般较低，一些重金属溢出问题也得不到很好的解决，选择常见的水泥跟石灰，处理过程易操作，不过水泥石灰作为固化主体存在体量需求大，固化效果也受限于淤泥自身特质；将一些活性工业废渣跟水泥结合起来应用到固化淤泥中，既有效提高基体性能，又能消纳固废并降低固化成本，达到以废治废的目的。
有关于降低淤泥含水率以及提高固化淤泥固化效果的固化剂使用方法已经有报告，如公告号为CN102557545A的中国发明专利公开了一种淤泥固化剂及使用淤泥固化剂的淤泥固化方法，其将可膨胀石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七种成份混合，加入包括膨胀树脂和水玻璃在内的两种成份一起搅拌充分混合，制成固化剂，加入到淤泥中，可以使淤泥含水率低，并解决淤泥的弱酸性问题，该技术主要根据可膨胀石墨作为粉末载体，对于淤泥中水份，除了一些水本身会被膨胀石墨吸附以外，还会慢慢渗入孔隙与其中的一些寄生物质发生化学反应，进一步吸收水，但是可膨胀石墨成本较高，实际应用受温度跟淤泥含水率等条件限制。公告号为CN111470751A的中国发明专利公开了一种疏浚淤泥固化剂、制备方法与使用方法，其具体公开了一种采用矿物废弃物为原料，利用固体废弃物自身化学性质和相互间的活性激发，配用“凝石”激发剂的协同激发作用，实现疏浚淤泥的固化稳定化。但是该技术所用“凝石”材料的轮碾、物理处理方法使尾矿、电石渣和“凝石”细碎均化、颗粒比表面积增大、表面破损、裂痕，使水分子更易侵入、溶解，溶蚀有效的活性成分二氧化硅、氧化铝、氧化钙等活性氧化物，但是这也增加了施工应用的技术难度。公告号为CN112479673A的中国发明专利公开了一种淤泥固化剂及淤泥固化方法，其具体公开了一种包括：水泥、石灰、矿渣、偏硅酸钠和石膏淤泥固化剂，通过淤泥固化剂之间制备固化淤泥，无需建造厂房和投资购买专业设备，降低技术门槛，节约了大量淤泥转运费用和能源消耗，极大降低制备成本，但是并未阐明后续应用，以及环境风险评估。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种疏浚淤泥快速脱水固化材料，其能够使淤泥快速脱水，有效提高淤泥固化效率，降低固化土体的收缩性，并且对固化土体中的有害重金属进行固化，对上述多种淤泥固化产生的问题进行协同处理，且对含水率不同的各类淤泥能有更广泛的适用性，有效解决了现有疏浚淤泥固化材料固化的土体性能不稳定，收缩开裂严重的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种疏浚淤泥快速脱水固化材料，按重量份计，包括以下组分：淤泥：600～1000份，金属阳离子聚合物絮凝剂：60～100份，水泥：10～30份，锂渣：5～25份，石灰：10～30份，膨胀剂：2～10份，分散剂：4～8份，螯合剂：30～50份。
可选地，所述淤泥的含水率为75～80％，淤泥中软土粒径≤5mm，有机质含量≤10％。
可选地，所述水泥为普通硅酸盐微膨胀自应力水泥、铝酸盐微膨胀自应力水泥中的一种或多种。
可选地，所述锂渣的活性SiO2和Al2O3含量不低于60％，比表面积≥950cm2/g。
可选地，所述金属阳离子聚合物絮凝剂为聚合硫酸铝、聚合硫酸铁的一种或多种。
可选地，所述膨胀剂为硫酸钙、铝粉、双氧水中一种或多种，其能在水化过程产生适宜膨胀，并能够除菌除臭。
可选地，所述石灰为生石灰，其中有效氧化钙含量≥85％。
可选地，所述分散剂为奈系减水剂。
可选地，所述螯合剂为硫代羧基甲酸盐、小分子福美钠螯合剂、磷酸钙中的一种或多种。
本发明的第二目的在于提供一种上述疏浚淤泥快速脱水固化材料在淤泥固化中的应用，该应用，包括以下步骤：
将所述金属阳离子聚合物絮凝剂加入所述淤泥快速脱水，得到脱水淤泥；
将所述水泥、所述锂渣、所述石灰、所述膨胀剂、所述分散剂、所述螯合剂混合均匀后，与所述脱水淤泥拌合均匀，搅拌5～10min，待所述脱水淤泥固化后置于外接电场，电渗脱水后密封养护，使其固化达到一定强度，其中所添加的絮凝剂、固化剂以及膨胀剂和分散剂，能达到加速脱水，除臭除菌并有效抑制固化淤泥的收缩，而添加的螯合剂能有效固化重金属。
本发明的淤泥固化原理为：
本发明的疏浚淤泥快速脱水固化材料，以处理疏浚淤泥，采用阳离子型聚合物絮凝剂对高含水率淤泥进行快速脱水处理，同时配制其他固化材料，包括水泥，石灰，活性工业废渣等胶结材料，水化后的水化产物赋予固化土体强度；少量膨胀剂跟分散剂的加入，能有效降低固化淤泥土体的收缩性；另外添加螯合剂能够稳定固化重金属以及与阳离子型的絮凝剂作用，固化有毒重金属。
相对于现有技术，本发明所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料具有以下优势：
1、本发明提供的疏浚淤泥快速脱水固化材料，采用絮凝-无机胶凝固化剂的协同反应，获得快速脱水固化效果，适用于含水率高工程体量大的疏浚工程，固化土体有更高的强度，更好的耐久性以及处理成本低廉。
2、本发明采用石灰提供碱度，调节固化过程的pH；采用一些活性较高的工业废渣锂渣等进行协同固化，起到粘结并填充孔隙的作用进而提高强度，施工简单，固化效率高。
3、本发明采用添加少量膨胀剂，膨胀剂为硫酸钙、铝粉或双氧水等引气组份，不仅可以与废渣二次反应的同时，生成产物可以起到一定膨胀填充的作用，有效降低收缩，还能够产生杀菌除臭的效果。
4、本发明用到的分散剂为奈系减水剂，能够有效吸附一些极性淤泥分子，打开孔隙通道，加速水分排出，并且改善固化体系的稳定性，为后期固化土提供强度。
5、本发明用到的螯合剂为硫代羧基甲酸盐，小分子福美钠螯合剂，磷酸钙的一种或几种，有效固化有害重金属，降低重金属溢出的风险。
6、本发明采用一种外接电场处置固化淤泥，通过带电荷离子的吸附功能，进一步加速水分子的排出，提高固化效率。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种疏浚淤泥快速脱水固化材料在淤泥固化中的应用，具体包括以下步骤：
按重量份计，取含水率为80％，软土粒径为2-5mm，有机质含量为10％的淤泥600份，然后，添加金属阳离子聚合物絮凝剂聚合硫酸铝60份，使淤泥快速脱水自然风干，得到含水量为30％的脱水淤泥；
按重量份计，将普通硅酸盐微膨胀自应力水泥10份、锂渣5份、石灰10份、膨胀剂2份、分散剂4份、螯合剂30份混合均匀后，与脱水淤泥拌合5～10min，使其充分混合，并陈化1h，使其固化后置于外接电场，电渗电流为2800A，电渗脱水后密封养护。其中，锂渣的活性SiO2和Al2O3含量为60％，比表面积为980cm2/g；石灰为生石灰，有效CaO含量为85％；膨胀剂为硫酸钙，分散剂为敏感性奈系减水剂，螯合剂为硫代羧基甲酸盐。
对密封养护所得的固化淤泥进行测试。
经测试可知，采用本实施例方法所得的固化淤泥机械强度较高，其抗压强度为1.7MPa，收缩率为1.0×10-3，重金属含量为0.05mg/L，环境友好。
实施例2
一种疏浚淤泥快速脱水固化材料在淤泥固化中的应用，具体包括以下步骤：
按重量份计，取含水率为78％，软土粒径为2-5mm，有机质含量为9％的淤泥700份，然后，添加金属阳离子聚合物絮凝剂聚合硫酸铁70份，使淤泥快速脱水自然风干，得到含水量为25％的脱水淤泥；
按重量份计，将铝酸盐微膨胀自应力水泥15份、锂渣10份、石灰15份、膨胀剂4份、分散剂4.5份、螯合剂35份混合均匀后，与脱水淤泥拌合5～10min，使其充分混合，并陈化1.2h，使其固化后置于外接电场，电渗电流为2600A，电渗脱水后密封养护。其中，锂渣的活性SiO2和Al2O3含量为60％，比表面积为980cm2/g；石灰为生石灰，有效CaO含量为85％；膨胀剂为铝粉，分散剂为敏感性奈系减水剂，螯合剂为小分子福美钠螯合剂。
对密封养护所得的固化淤泥进行测试。
经测试可知，采用本实施例方法所得的固化淤泥机械强度较高，其抗压强度为1.75MPa，收缩率为0.95×10-3，重金属含量为0.048mg/L，环境友好。
实施例3
一种疏浚淤泥快速脱水固化材料在淤泥固化中的应用，具体包括以下步骤：
按重量份计，取含水率为77％，软土粒径为2-5mm，有机质含量为8.5％的淤泥800份，淤泥的然后，添加金属阳离子聚合物絮凝剂聚合硫酸铝与聚合硫酸铁的混合物总计80份，其中，聚合硫酸铝与聚合硫酸铁的质量比为1∶1，使淤泥快速脱水自然风干，得到含水量为22％的脱水淤泥；
按重量份计，将普通硅酸盐微膨胀自应力水泥20份、锂渣15份、石灰20份、膨胀剂6份、分散剂5份、螯合剂40份混合均匀后，与脱水淤泥拌合5～10min，使其充分混合，并陈化1.5h，使其固化后置于外接电场，电渗电流为2400A，电渗脱水后密封养护。其中，锂渣的活性SiO2和Al2O3含量为60％，比表面积为980cm2/g；石灰为生石灰，有效CaO含量为85％；膨胀剂为双氧水，分散剂为敏感性奈系减水剂，螯合剂为磷酸钙。
对密封养护所得的固化淤泥进行测试。
经测试可知，采用本实施例方法所得的固化淤泥机械强度较高，其抗压强度为1.77MPa，收缩率为0.9×10-3，重金属含量为0.045mg/L，环境友好。
实施例4
一种疏浚淤泥快速脱水固化材料在淤泥固化中的应用，具体包括以下步骤：
按重量份计，取含水率为76％，软土粒径为2-5mm，有机质含量为8％的淤泥900份，然后，添加金属阳离子聚合物絮凝剂聚合硫酸铝与聚合硫酸铁的混合物总计90份，其中，聚合硫酸铝与聚合硫酸铁的质量比为1∶1.2，使淤泥快速脱水自然风干，得到含水量为28％的脱水淤泥；
按重量份计，将普通硅酸盐微膨胀自应力水泥25份、锂渣20份、石灰25份、膨胀剂8份、分散剂6份、螯合剂45份混合均匀后，与脱水淤泥拌合5～10min，使其充分混合，并陈化1.8h，使其固化后置于外接电场，电渗电流为2400A，电渗脱水后密封养护。其中，锂渣的活性SiO2和Al2O3含量为60％，比表面积为980cm2/g；石灰为生石灰，有效CaO含量为85％；膨胀剂为硫酸钙、铝粉及双氧水等质量混合的混合物，分散剂为敏感性奈系减水剂，螯合剂为硫代羧基甲酸盐、小分子福美钠螯合剂和磷酸钙等质量混合的混合物。
对密封养护所得的固化淤泥进行测试。
经测试可知，采用本实施例方法所得的固化淤泥机械强度较高，其抗压强度为1.78MPa，收缩率为0.92×10-3，重金属含量为0.045mg/L，环境友好。
实施例5
一种疏浚淤泥快速脱水固化材料在淤泥固化中的应用，具体包括以下步骤：
按重量份计，取含水率为75％，软土粒径为2-5mm，有机质含量为7.8％的淤泥1000份，然后，添加金属阳离子聚合物絮凝剂聚合硫酸铝与聚合硫酸铁的混合物总计100份，其中，聚合硫酸铝与聚合硫酸铁的质量比为1.2∶1混合均匀的混合絮凝剂，使淤泥快速脱水自然风干，得到含水量为20％的脱水淤泥；
按重量份计，将铝酸盐微膨胀自应力水泥30份、锂渣20份、石灰30份、膨胀剂10份、分散剂8份、螯合剂50份混合均匀后，与脱水淤泥拌合5～10min，使其充分混合，并陈化2h，使其固化后置于外接电场，电渗电流为2200A，电渗脱水后密封养护。其中，锂渣的活性SiO2和Al2O3含量为60％，比表面积为980cm2/g；石灰为生石灰，有效CaO含量为85％；膨胀剂为硫酸钙、铝粉及双氧水等质量混合的混合物，分散剂为敏感性奈系减水剂，螯合剂为硫代羧基甲酸盐、小分子福美钠螯合剂和磷酸钙等质量混合的混合物。
对密封养护所得的固化淤泥进行测试。
经测试可知，采用本实施例方法所得的固化淤泥机械强度较高，其抗压强度为1.8MPa，收缩率为0.88×10-3，重金属含量为0.042mg/L，环境友好。
通过实施例1-5测试结果可知，本发明的疏浚淤泥快速脱水固化材料固化淤泥时，具有抗压强度高、收缩率低等机械性能优良，重金属浸出风险低等优点。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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之内。

Claims (10)

1.一种疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：淤泥：600～1000份，金属阳离子聚合物絮凝剂：60～100份，水泥：10～30份，锂渣：5～25份，石灰：10～30份，膨胀剂：2～10份，分散剂：4～8份，螯合剂：30～50份。
2.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述淤泥的含水率为75～80％，淤泥中软土粒径≤5mm，有机质含量≤10％。
3.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐微膨胀自应力水泥、铝酸盐微膨胀自应力水泥中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述锂渣的活性SiO2和Al2O3含量不低于60％，比表面积≥950cm2/g。
5.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述金属阳离子聚合物絮凝剂为聚合硫酸铝、聚合硫酸铁的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述膨胀剂为硫酸钙、铝粉、双氧水中一种或多种。
7.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述石灰为生石灰，其中有效氧化钙含量≥85％。
8.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述分散剂为奈系减水剂。
9.根据权利要求1所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料，其特征在于，所述螯合剂为硫代羧基甲酸盐、小分子福美钠螯合剂、磷酸钙中的一种或多种。
10.权利要求1-9任一项所述的疏浚淤泥快速脱水固化材料在淤泥固化中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
将所述金属阳离子聚合物絮凝剂加入所述淤泥快速脱水，得到脱水淤泥；
将所述水泥、所述锂渣、所述石灰、所述膨胀剂、所述分散剂、所述螯合剂混合均匀后，与所述脱水淤泥拌合均匀，搅拌5～10min，待所述脱水淤泥固化后置于外接电场，电渗脱水后密封养护。
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