CN116874273A - 一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及工业废渣处理技术领域，具体公开了一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料及其施工方法。所述地质聚合物工程材料包括如下重量份的组分：碱渣56‑64份，粉煤灰18‑22份，铁尾矿30‑50份，脱硫石膏10‑15份，添加剂1‑5份，所述添加剂的组分包括水泥、碱性激发剂、早强剂、凝胶助剂和速凝剂。将本申请的地质聚合物工程材料加水形成的拌和物用作堆场垫层及道路基层的工程土之后，不仅表现出良好的密实性能，而且颗粒之间的胶结性强，能够更好地满足工程土的力学性能指标。
Description
技术领域
本申请涉及工业废渣处理技术领域，更具体地说，它涉及一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料。
背景技术
固体废弃物是指人类在生产、消费、生活和其他活动中产生的固态、半固态废弃物质，简称固废。以碱渣为例，碱渣是指氨碱法制纯碱工艺中排放的碱性固废，据统计，每生产1吨的纯碱，会产生碱渣0.3-0.6吨，而除了碱渣之外，粉煤灰、铁尾矿、脱硫石膏也都是年产量较大的固废。这些固废除了堆放需要占用大量土地以外，还可能造成环境污染。为了减少固废堆积造成的影响，目前主流的处理手段是将固废应用于各种建筑工程中，以对固废进行高值化利用。
碱渣中主要所含的碳酸钙、硫酸钙都可以作为工程土骨架的组成部分。因此，在相关技术中，有人尝试过将碱渣作为工程土加水拌和，并将得到的拌和物用于修筑建筑地基、道路地基，或用于填垫低洼地面。
针对上述中的相关技术，发明人认为，相关技术虽然实现了对固废的利用，但是该技术所利用的固废种类有限，仅有碱渣一种。碱渣的结构松散，最大干密度小，作为工程土服役时容易因所含的盐类溶解流失而产生孔隙。孔隙的产生会导致承载力下降，因此单独使用的碱渣往往难以充分满足工程土的力学性能指标。而且碱渣属于轻质回填材料，并且是一种高液限土，不易失水，其自身的胶结作用有限，难以作为路基材料使用。
发明内容
相关技术中仅实现了对碱渣的回收利用，而碱渣作为工程土服役时容易因所含的盐类溶解流失而产生孔隙，导致承载力下降，难以充分满足工程土的力学性能指标。而且，碱渣自身的胶结作用有限，难以作为路基材料使用。为了改善这些缺陷，本申请提供一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料。
第一方面，本申请提供一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，采用如下的技术方案：
一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，所述地质聚合物工程材料包括如下重量份的组分：碱渣56-64份，粉煤灰18-22份，铁尾矿30-50份，脱硫石膏10-15份，添加剂1-5份，所述添加剂的组分包括水泥、碱性激发剂、早强剂、凝胶助剂和速凝剂。
通过采用上述技术方案，本申请在碱渣的基础上添加了粉煤灰、铁尾矿和脱硫石膏，扩充了利用的固废种类，并在固废的基础上加入了添加剂，得到了固废基地质聚合物工程材料。在该地质聚合物工程材料与水混合后，粉煤灰的活性被碱性激发剂和硫酸钙激发，并发生火山灰反应，产生一定量的凝胶产物。碱渣中的碳酸钙和硫酸钙等成分作为骨架结构并与凝胶产物结合，在此过程中脱硫石膏、粉煤灰以及碱性激发剂共同提供的碱性环境有利于碱激发胶凝材料的充分反应。铁尾矿在碱渣骨架内部提供物理填充，以及其中的活性二氧化硅在碱性条件下生成硅酸盐类胶凝材料成分。凝胶产物的形成能够堵塞因盐类流失而产生的孔隙，实现了可溶性盐的固化，并改善了固废颗粒之间的胶结作用。将本申请的地质聚合物工程材料加水形成的拌和物用作道路基层、堆场垫层的工程土之后，不仅表现出良好的密实性能，而且颗粒之间的胶结性强，能够更好地满足工程土的力学性能指标。
作为优选，所述粉煤灰的游离氧化钙含量为1-4%。
通过采用上述技术方案，粉煤灰虽然已经在混凝土中得到了广泛的应用，但是对于生产混凝土的粉煤灰而言，其游离氧化钙含量通常需要尽可能低（通常在1%以下为优），以减少游离氧化钙对安定性的影响。而对于本申请的地质聚合物工程材料而言，由于盐类溶解流失产生孔隙这一现象的存在，使得游离氧化钙的膨胀作用对安定性造成的影响较小，并且能够更好地填充盐类流失所产生的孔隙。同时，游离氧化钙含量较高的粉煤灰在和水混合后产生的氢氧化钙较多，因此具有更好的胶凝性能。因此，本申请优选了游离氧化钙含量相对较高的粉煤灰，有助于改善地质聚合物工程材料的拌和物硬化之后的强度性能。
作为优选，所述添加剂包括如下重量份的组分：水泥5-10份，碱性激发剂1-4份，早强剂1-4份，凝胶助剂1-4份，速凝剂1-4份。
通过采用上述技术方案，本申请在固废的基础上新增了由水泥、碱性激发剂、早强剂、凝胶助剂、速凝剂复配而成的添加剂，有助于改善地质聚合物工程材料的强度性能。
作为优选，所述水泥选用铁铝酸盐水泥或硅酸盐水泥。
通过采用上述技术方案，与硅酸盐水泥相比，铁铝酸盐水泥中的铁铝酸四钙等铁相矿物相含量较高，而铁铝酸四钙等铁相矿物水化之后产生的水化铁酸钙为凝胶状态，有助于增加地质聚合物工程材料加水拌和之后产生的凝胶总量，改善了对孔隙的填充效果。同时，铁铝酸四钙水化之后产生的水化铝酸钙还能够和氯离子结合形成具有增加强度效果的水化氯铝酸钙（Friedel盐）。因此，选用铁铝酸盐水泥之后，地质聚合物工程材料的拌和物硬化之后的力学性能能够得到更好的改善。
作为优选，所述地质聚合物工程材料的组分还包括铁铝酸四钙单矿。
通过采用上述技术方案，由于水泥原料和烧制工艺的限制，水泥中的铁铝酸四钙含量存在上限。而通过补加铁铝酸四钙单矿的方式，能够更加有效地增加地质聚合物工程材料中的铁铝酸四钙总量，进而促进凝胶产物和水化氯铝酸钙的生成，有助于改善地质聚合物工程材料硬化后的力学性能。
作为优选，所述速凝剂选用铝氧熟料速凝剂。
通过采用上述技术方案，铝氧熟料速凝剂在发挥速凝作用的同时还能够产生水化铝酸钙，有助于增加水化氯铝酸钙的生成量，不仅改善了对氯离子的固化效果，而且能够更充分地提高地质聚合物工程材料硬化后的力学性能。
作为优选，所述凝胶助剂选用硅酸锂。
通过采用上述技术方案，硅酸锂的渗透性较好，且硅酸锂在碱性条件下能够与反应体系中的钙离子反应形成硅酸钙凝胶，有助于增加地质聚合物工程材料加水拌和之后产生的凝胶总量，改善了对孔隙的填充效果，改善了地质聚合物工程材料的拌和物硬化之后的力学性能。
作为优选，所述碱性激发剂选用生石灰或电石渣。
通过采用上述技术方案，电石渣是电石工业产生的固体废弃物，主要成分为氢氧化钙，而生石灰水化后的产物也是氢氧化钙，因此电石渣与生石灰均可作为碱性激发剂，且在本申请的方案中能够调节地质聚合物工程材料加水拌和之后产生的氢氧化钙总量。与生石灰相比，电石渣由于经过了消解，因此使用前无需磨细，利用成本较低。生石灰虽然成本相对较高，但是生石灰的膨胀作用能够改善对孔隙的填充效果，有助于更加充分地提高地质聚合物工程材料硬化后的力学性能。
作为优选，所述早强剂选用硝酸铁。
通过采用上述技术方案，硝酸铁与地质聚合物工程材料加水拌和之后产生的氢氧化钙反应之后，能够产生氢氧化铁凝胶和硝酸钙。氢氧化铁凝胶对孔隙具有填充作用，能够发挥密实效果，有助于提高地质聚合物工程材料的拌和物硬化之后的力学性能。
第二方面，本申请提供一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料的施工方法，采用如下的技术方案。
一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料的施工方法，包括以下步骤：
（1）配制如以上任一所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，备用；
（2）将用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料和水混合，经过搅拌后得到地聚物拌和物；
（3）对地聚物拌和物进行摊铺和分层压实，即可完成施工。
通过采用上述技术方案，本申请将固废基地质聚合物工程材料作为工程土使用，通过加水拌和得到拌和物之后还进行了摊铺和分层压实，即可完成施工留流程。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请在碱渣的基础上添加了粉煤灰、铁尾矿和脱硫石膏，扩充了利用的固废种类，得到了固废基地质聚合物工程材料。将本申请的地质聚合物工程材料加水形成的拌和物用作道路基层、堆场垫层的工程土之后，不仅表现出良好的密实性能，而且颗粒之间的胶结性强，能够更好地满足工程土的力学性能指标。
2、本申请中优选了水泥的具体类型为铁铝酸盐水泥或硅酸盐水泥，铁铝酸盐水泥更有助于增加地质聚合物工程材料加水拌和之后产生的凝胶产物总量，改善了对孔隙的填充效果，同时铁铝酸盐水泥水化之后产生的水化铝酸钙更多，因此促进了水化氯铝酸钙的生成。选用铁铝酸盐水泥之后，地质聚合物工程材料的拌和物硬化之后的力学性能能够得到更好的改善。
具体实施方式
以下结合实施例、制备例和对比例对本申请作进一步详细说明，本申请涉及的原料均可通过市售获得。
Claims (10)
1.一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述地质聚合物工程材料包括如下重量份的组分：碱渣56-64份，粉煤灰18-22份，铁尾矿30-50份，脱硫石膏10-15份，添加剂1-5份，所述添加剂的组分包括水泥、碱性激发剂、早强剂、凝胶助剂和速凝剂。
2.根据权利要求1所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述粉煤灰的游离氧化钙含量为1-4%。
3.根据权利要求1所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述添加剂包括如下重量份的组分：水泥5-10份，碱性激发剂1-4份，早强剂1-4份，凝胶助剂1-4份，速凝剂1-4份。
4.根据权利要求3所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述水泥选用铁铝酸盐水泥或硅酸盐水泥。
5.根据权利要求4所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述地质聚合物工程材料的组分还包括铁铝酸四钙单矿。
6.根据权利要求3所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述速凝剂选用铝氧熟料速凝剂。
7.根据权利要求3所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述凝胶助剂选用硅酸锂。
8.根据权利要求3所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述碱性激发剂选用生石灰或电石渣。
9.根据权利要求8所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，其特征在于，所述早强剂选用硝酸铁。
10.一种用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配制如以上任一所述的用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料，备用；
（2）将用于碱渣治理及综合利用的固废基地质聚合物工程材料和水混合，经过搅拌后得到地聚物拌和物；
（3）对地聚物拌和物进行摊铺和分层压实，即可完成施工。
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