CN101215115A - 利用制碱厂碱渣、磷矿尾矿砂和hec固化剂制作工程土的方法 - Google Patents
利用制碱厂碱渣、磷矿尾矿砂和hec固化剂制作工程土的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种利用制碱厂碱渣、磷矿尾矿砂和HEC固化剂制作工程土的方法，各物质按重量百分比计，按以下步骤进行：取25～60％的制碱厂的膏状碱渣和20～65％磷矿尾矿砂拌匀后，再掺入10～20％HEC固化剂再混合均匀，在气温≥10℃条件下，堆放3～7天，进行直接碾压即可。本发明契合国家经贸委对碱渣利用的指导原则：碱渣用量大、技术含量不太复杂、安全可靠、不造成二次污染，可以将大量的碱渣处理成工程土。
Description
技术领域
本发明涉及工业废弃物资源化再生利用领域，具体涉及一种利用制碱厂碱渣和磷矿尾矿砂掺高强高耐水土体(HEC)固化剂制作工程土的方法。
背景技术
废渣、废液特别是废渣的综合利用已成为世界包括我国在内的纯碱工业可持续发展的一个紧迫问题。因此国内外生产规模比较大的氨碱厂都将废渣、废液综合利用摆到重要研究的课题位置。为此，国家经贸委对碱渣综合利用还专门做出了一个指导原则：在废渣的综合利用的发展方向上，要鼓励那些废渣用量大、技术含量不太复杂、安全可靠、不造成二次污染的项目。国内各大制碱企业也都本着规模化、快捷性、高效性来研究和选择综合利用碱渣的技术方案，这已成为我国碱渣利用的发展趋势。
众所周知，纯碱是最重要的基础化工原料之一，常被称为“化工之母”，其产量和消费量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。我国纯碱工业诞生于1917年，从1999年开始，我国纯碱工业已连续多年保持较好的发展势头。2004年全国纯碱年产量已超过1200万吨左右，列世界纯碱生产第一位。目前，世界上主要生产纯碱的方法是氨碱法和联碱法。由于联碱法生产投资大，70万吨纯碱生产能力的联碱法，需投资50亿以上。而且联碱法的生产工艺较为复杂，特别是该法需要大型合成氨厂提供配套，很不经济，因此联碱法在国内外都未形成主要的生产份额。国内外大型纯碱生产企业都以氨碱法为主。氨碱法制碱已问世130多年，由于生产该方法的生产工艺过程中会产生大量废渣废液，致使每生产1吨纯碱约排放10m3废液，废液中的固渣含量为3-5％。其排放形式是以固液混合呈白色膏泥排放。我国每年排放的废渣废液就将近1000万吨。碱渣和废液的pH值、悬浮物含量，氯含量、温度都不符合环境保护的要求，造成碱厂所在地域不同程度的污染，尤其会使水产业和生态环境受到深重的影响；同时，废渣沉积占用土地造成“白海”。已成为制约世界上纯碱工业发展的一大难题。国内外有不少工厂因无法解决“白海”或废液渗入地下、海洋造成污染而被迫关闭。特别是发达国家纷纷关闭了氨碱法制碱厂。如美国原有9个氨碱厂，总能力为526万吨，1986年前都关闭；西欧的德、比、法等国家氨碱法制碱厂亦不断萎缩；日本原有的5个氨碱法制碱厂全关闭。上述国际制碱格局就给我国纯碱出口创造了机遇，刺激我国纯碱生产的发展。我国现在年出口纯碱100万吨以上。
如此一来，纯碱出口产量的剧增使得氨碱法制碱产生的废渣、废液特别是废渣的综合利用在我国的情势就十分紧迫和严峻了。一直以来，碱厂排出的碱渣因其高碱度和难于处理的粘稠膏状态使环保部门束手无策。致使各碱厂的碱渣由于得不到处理，日复一日年复一年地堆积如山，给城市、地区和企业各级环保部门产生巨大的压力。因此国内生产规模比较大的氨碱厂都将废渣、废液综合利用摆到重要的研究处理课题，大家从不同的条件出发和不同的应用方向进行探索。但都受到碱渣成份含量的不稳定性、降低氯化物及膏泥粘稠不宜分离等技术难度，以及经济成本、市场开发等诸多因素制约，进展缓慢，目前大多停留在研究阶段，尚未见有有效的综合利用方法。本发明正是在如此技术背景下产生的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用制碱厂碱渣、磷矿尾矿砂和HEC固化剂制作工程土的方法，本方法利用磷矿尾矿砂和HEC固化剂将制碱厂碱渣便捷地改造为无害并可利用的工程土。
干碱渣极易吸水，且见水即成球状，不易拌和均匀。要想将其凝固胶结成具有一定强度的整体，必须掺混一定数量的并与碱渣性能相宜的集料，本发明选用磷矿尾矿砂做集料，实现了双废利用，再通过胶凝材料的胶结力才能实现，本发明选用的胶凝材料是HEC固化剂，其生产厂家为武汉路德材料有限责任公司。
1、氨碱法排出的碱渣的化学成分
氨碱法排出的碱渣化学成分如表1所示：
表1某氨碱法制碱厂排出的碱渣化学成分分析
| 检测项目 | Na2O | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | K2O |
| 检测结果 | 4.79 | 1.93 | 1.11 | 28.46 | 12.47 | 0.08 |
| 检测项目 | TiO2 | Cl | SO3 | SiO2 | P2O5 | 烧失量 |
| 检测结果 | 0.07 | 24.19 | 1.13 | 4.75 | 0.05 | 20.48 |
由化学成分分析可见，该碱渣氯化钙和氯化镁所占成分比例很大，这些成分在技术上、经济上是制约碱渣利用的主要原因。
2、氨碱法排出碱渣的粒级分配
表2氨碱法排出碱渣的粒级分配表
| 粒径/μm | ＜1.6 | 1.6～3.4 | ＞3.4 |
| 含量/％ | 50.1 | 35.2 | 14.7 |
从表2可见，氨碱法排出碱渣粒子的粒径是极小的。在分散体系中，分散颗粒的大小及其处理方法直接影响着分散体系的性质。因为我们的目标是使用制碱厂碱渣、磷矿尾矿砂以及HEC固化剂制作工程土，为此需要在工艺过程中将混合组分拌和均匀。使工程土的每一单元在经过各组分均衡的物理化学作用后的组成成分处处基本保持一致，从而使工程土在应用时性能基本保持平衡稳定状态。如果极细的颗粒是干粉状态，则在上述拌和过程中较易形成均衡；如果极细颗粒是湿膏状态，则在上述拌和过程中需要强制性地反复拌合才能实现形成均衡。
3、磷矿尾矿砂的化学成分
磷矿尾矿砂的化学成分如表3所示：
表3某磷矿尾矿砂化学成分分析
| 检测项目 | Na2O | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | TiO2 |
| 检测结果 | 0.29 | 2.12 | 4.00 | 27.46 | 15.07 | 0.22 |
| 检测项目 | K2O | Cl | SO3 | SiO2 | P2O5 | 烧失量 |
| 检测结果 | 0.72 | 0.12 | 4.16 | 13.54 | 2.98 | 28.38 |
4、HEC固化剂
HEC固化剂是一种无机胶凝材料，其性状为：
(1)灰色粉末状固体
(2)密度为2.80～2.90g/cm3
(3)细度为80μm方孔筛筛余不超过4.0％
本发明使用HEC固化剂做胶凝材料，从武汉路德材料有限责任公司购得，是因为HEC固化剂是一种水硬性胶凝材料。其胶凝原理为：HEC在常温下直接对材料颗粒进行胶结，同时HEC的活性组分渗入材料的基本单元的相界面上，激发其活性，利用多组分复合产生超叠加效应，使之形成多晶聚集体。HEC的核心成分大体上可分为两部分：其中一部分为促进材料活化的活化组分；另一部分为具有潜在活性的载体，本身具有胶凝作用，同时对活性组分起稀释分散作用，使HEC核心成分在作用于材料时分布均匀。
5、各组分的配合比
膏状碱渣、尾矿砂、HEC固化剂的配合比如表4所示
表4膏状碱渣、尾矿砂、HEC固化剂的配合比
| 成分 | 膏状碱渣 | 尾矿砂 | HEC固化剂 |
| 配合比/％ | 25～60 | 20～65 | 10～20 |
6、施工方法
将各组分物质按表4所列的重量百分比配合，并按以下施工步骤进行：
(1)将制碱厂的膏状碱渣和磷矿尾矿砂拌匀；
(2)掺入HEC固化剂再混合均匀；
(3)在气温≥10℃条件下，堆放3-7天，进行直接碾压。
本发明符合国家经贸委对碱渣利用的指导原则：本发明技术含量不复杂、安全可靠、不造成二次污染，可以将大量的碱渣处理成工程土。
具体实施方式
本发明的具体实施方式是，按提供的配方将磷矿尾矿砂与膏状碱渣拌匀后，再掺入HEC固化剂再混合均匀，在气温≥10℃条件下，堆放3-7天，进行直接碾压。
表5是本发明“利用制碱厂碱渣、磷矿尾矿砂制作工程土”实施例1～4所用原料及配比
表5各实施例所用原料及配比单位：％
| 膏状碱渣 | 磷矿尾矿砂 | HEC固化剂 | 堆放气温/℃ | 堆放天数/天 | 合计 | |
| 实施例1 | 60 | 20 | 20 | 25 | 3 | 100 |
| 实施例2 | 45 | 38 | 17 | 22 | 3 | 100 |
| 实施例3 | 30 | 57 | 13 | 20 | 4 | 100 |
| 实施例4 | 25 | 65 | 10 | 15 | 5 | 100 |
表6是按表4所示的实施例1～4所用材料及配比系对我国东部滨海一大型制碱厂碱渣的处理结果。
表6我国东部滨海某大型制碱厂碱渣的处理结果。
| 承载力/kPa | 凝聚力C/kPa | 内摩擦角φ/° | |
| 实施例1 | 148 | 25.3 | 34 |
| 实施例2 | 160 | 21 | 32 |
| 实施例3 | 171 | 19 | 30 |
| 实施例4 | 188 | 15 | 32 |
| 备注 | 由实施例1产出的工程土显现出具有粘性自然土性质，由实施例4产出的工程土显现出具有砂性自然土性质，由实施例2和实施例3产出的工程土显现出由自然粘性土向自然沙土转化工程中的其他自然土性质。 | ||
Claims (1)
1.一种利用制碱厂碱渣、磷矿尾矿砂和固化剂制作工程土的方法，各物质按重量百分比计，按以下步骤进行：取25～60％的制碱厂的膏状碱渣和20～65％磷矿尾矿砂拌匀后，再掺入10～20％HEC固化剂再混合均匀，在气温≥10℃条件下，堆放3～7天，进行直接碾压。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN105541216A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-05-04 | 江苏省电力公司连云港供电公司 | 一种固废物注浆材料 |
| CN110451862A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-15 | 东南大学 | 一种改性磷矿尾砂路基填料及其制备方法 |
| CN112429982A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-02 | 唐山三友氯碱有限责任公司 | 基于湿基碱渣-湿基电石渣的胶凝材料、胶砂材料及其制备方法 |
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2008
- 2008-01-18 CN CNB2008100467136A patent/CN100551862C/zh active Active
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