CN111410498B - 一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，包括以下重量份数的配方成分：碱渣35‑40份、淤泥55‑60份、阴离子交换剂0.3‑0.4份、包裹剂0.2‑0.3份、吸水剂0.3‑0.5份、分散剂0.1‑0.2份、水泥2‑3份、石灰3‑4份、粉煤灰2‑3份、石膏1‑2份。本发明以201X7强碱性阴离子树脂作为阴离子交换剂，以磷酸二铵和硅藻土作为包裹剂，以碱渣作为固化剂的碱激发剂，在具有一定无侧限抗压强度的情况下，制备出了低氯离子含量的环保型固化土，溶解型氯离子含量低于原滩涂淤泥，解决了碱渣中溶解型氯离子浓度高污染环境的问题，实现了碱渣的资源化利用，减少环境污染，经济、社会、环境效益明显。

Description

一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土
技术领域
本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土。
背景技术
采用“氨碱法”生产工艺生产纯碱，制碱过程中氧化钙和氧化钠等原料在一定的工艺条件下制备纯碱后产生大量的副产品，统称碱渣，也称为碱水泥。废渣主要是来自氨碱法生产流程中的蒸氨过程所生成的CaCl2、CaCO3和石灰石带来的SiO2、CaCO3，以及由原盐带来的未除尽的少量杂质与其生成物。每生产1t纯碱，约产生300kg碱渣，碱渣产生的数量相当可观。面对大量废碱渣，主要有两种处理方式：一是使废渣直接流入海湾，不加限制的混合排放，造成海域、河流不同程度的污染和淤塞，水产养殖业遭到严重破坏；二是将废渣沉积排放到渣场，以致占用大量土地或海域，造成河边“白海”，不仅危及航道，而且成为安全隐患，国内外许多碱厂因无法解决碱渣的污染问题而被迫关闭。
面对工业废渣碱渣带来的问题，已有不少学者着手研究，中国专利201510417451.X公开了一种道路工程用脱氯碱渣固化土，由以下重量百分比的各组分组成：固化剂8-20％，干土45-55％和水35-40％；固化剂重量百分比的各组分组成：脱硫石膏10-15％、脱氯碱渣30-40％、粉煤灰20-32％、矿渣20-30％、激发剂5-10％。此发明有效开发碱渣预处理技术，将工程性质较差的淤泥质粘土改良成工程建设用土，实现了可持续资源化利用。
上述专利涉及的是一种脱氯碱渣，并不能将未除氯的碱渣直接进行使用，并且没有涉及到去除碱渣中氯离子的方法。国内相关专利中未提及未除氯碱渣直接制作工程土的技术方法。本发明提出在碱渣和淤泥复合的土体中添加阴离子交换剂、包裹剂、吸水剂、分散剂、水泥、石灰、粉煤灰和石膏，制备出了一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，解决了碱渣固化后氯离子含量高的技术问题，所得固化土可作为工程土用于众多工程，达到碱渣资源化利用和环境保护双重效益。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，具有溶解型氯离子含量低和环保性等优点，制备出的复合固化土溶解型氯离子含量低于原滩涂淤泥，解决了碱渣中溶解型氯离子浓度高污染环境的问题，实现了碱渣的资源化利用，减少环境污染，经济、社会、环境效益明显。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，包括碱渣、淤泥、阴离子交换剂、包裹剂、吸水剂、分散剂、水泥、石灰、粉煤灰、石膏；各组分重量份数为：碱渣35-40份、淤泥55-60份、阴离子交换剂0.3-0.4份、包裹剂0.2-0.3份、吸水剂0.3-0.5份、分散剂0.1-0.2份、水泥2-3份、石灰3-4份、粉煤灰2-3份、石膏1-2份。
作为优选的，所述碱渣为氨碱法生产碳酸钠所产废渣，所述碱渣含水率≤350%，所述碱渣pH值≤12.5，所述碱渣溶解型Cl-离子含量≤30000mg/kg；所述淤泥为滩涂淤泥，所述淤泥的含水率≤80%。
作为优选的，所述阴离子交换剂为201X7强碱性阴离子树脂。
作为优选的，所述包裹剂为磷酸二铵、硅藻土中的一种或两种。
作为优选的，所述吸水剂为羧甲基淀粉、聚丙烯酸钠中的一种或两种，所述吸水剂吸水倍数在100-400倍，粒径＜20μm。
作为优选的，所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400中的一种或两种。
作为优选的，所述水泥为42.5硅酸盐水泥，所述石灰为生石灰，所述粉煤灰为II级以上粉煤灰，所述石膏为二水石膏。
本发明提供了碱渣淤泥复合固化土的制备方法，制备步骤如下：
步骤1：按碱渣35-40份、淤泥55-60份、阴离子交换剂0.3-0.4份、水泥2-3份、石灰3-4份、粉煤灰2-3份、石膏1-2份的比例称取，一次性投入强制性搅拌装置，搅匀制备出半成品固化土；
步骤2：将步骤1制备出的半成品固化土打堆，堆土表面采取覆膜等保水措施，静置3-4h；
步骤3：待步骤2完成后，搅拌状态下向半成品固化土中依次加入分散剂0.1-0.2份、包裹剂0.2-0.3份和吸水剂0.3-0.5，吸水剂与包裹剂添加时间间隔应大于1min，搅拌均匀制得成品碱渣淤泥复合固化土。
本发明的有益效果是：
（1）本发明以201X7强碱性阴离子树脂作为阴离子交换剂，由于201X7强碱性阴离子树脂含有较强的反应基：四面体铵盐官能基之-N+(CH3)3，在氢氧形式下，离解性很强，能捕获溶液中的Cl-反应形成-N(CH3)3Cl，且可长期稳定存在，大大降低Cl-的含量。
（2）本发明以磷酸二铵和硅藻土作为包裹剂，与碱渣中的Ca2+和Cl-形成笼状结构包裹起来，降低Cl-的含量。
（3）本发明以碱渣作为固化剂的碱激发剂，再结合阴离子交换剂、包裹剂、吸水剂和分散剂，在具有一定无侧限抗压强度的情况下，制备出了低氯离子含量的环保型固化土（28d无侧限抗压强度达到150kPa以上，Cl-含量低于原滩涂淤泥中Cl-含量)。所得固化土可作为工程土用于众多工程，达到碱渣资源化利用和环境保护双重效益。
（4）本发明所用的制备方法，步骤1是将固化组分、离子交换组分与碱渣、淤泥充分混匀，为氯离子的交换反应和产物的包裹稳定提供条件。步骤2强调将半成品固化土打堆保水堆放，是为保证固化土内部具备较稳定的水环境，为氯离子与201X7强碱性阴离子树脂发生离子交换反应提供稳定的溶液条件，3～4h后离子交换反应基本完成，且固化组分初期水化产物的形成也基本实现了离子交换产物的包裹稳定。步骤3是对步骤2中未反应的氯离子进行进一步包裹，吸水剂最后加入是基于前期大量反应需在水溶液状态进行，后续加入即可保证前期反应环境，又可将固化土内部多余自由水吸附，提高后期强度。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明各组分重量份数为：碱渣35-40份、淤泥55-60份、阴离子交换剂0.3-0.4份、包裹剂0.2-0.3份、吸水剂0.3-0.5份、分散剂0.1-0.2份、水泥2-3份、石灰3-4份、粉煤灰2-3份、石膏1-2份。
实施例和对比例中所用原材料：碱渣取于江苏连云港市某碱厂,Cl-离子实测含量28000mg/kg；滩涂淤泥取于连云港某滩涂,Cl-离子实测含量为13000mg/kg；强碱性阴离子树脂为廊坊某一厂家生产，型号为201X7；硅藻土为吉林某一公司生产，磷酸二铵为郑州某一公司生产；型羧甲基淀粉为大城县某一公司生产，型号为CMS，聚丙烯酸钠为巩义市某一公司生产；聚乙二醇200和聚乙二醇400为广州某一公司生产，型号分别为PEG-200和PEG-400；水泥为江苏连云港某一厂家生产，为42.5硅酸盐水泥；石灰为山东日照某一厂家生产；粉煤灰为江苏连云港某一电厂提供；石膏为山东临沂某一厂家生产。
实施例和对比例均采用本发明专利提供的方法进行制备，具体步骤为：
步骤1：按碱渣35-40份、淤泥55-60份、阴离子交换剂0.3-0.4份、水泥2-3份、石灰3-4份、粉煤灰2-3份、石膏1-2份的比例称取，一次性投入强制性搅拌装置，搅匀制备出半成品固化土；
步骤2：将步骤1制备出的半成品固化土打堆，堆土表面采取覆膜等保水措施，静置3-4h；
步骤3：待步骤2完成后，搅拌状态下向半成品固化土中依次加入分散剂0.1-0.2份、包裹剂0.2-0.3份和吸水剂0.3-0.5，吸水剂与包裹剂添加时间间隔应大于1min，搅拌均匀制得成品碱渣淤泥复合固化土。
固化土无侧限抗压强度和Cl-离子含量参照《土工试验方法标准》(GB/T 50123-2019)规定方法进行检测。
实施例一：
固化土各组分含量为：碱渣40份、淤泥60份、阴离子交换剂0.4份、包裹剂0.3份、吸水剂0.5份、分散剂0.2份、水泥3份、石灰4份、粉煤灰3份、石膏2份。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为150kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为6000mg/kg，低于原滩涂淤泥。
实施例二：
固化土各组分含量为：碱渣40份、淤泥60份、阴离子交换剂0.3份、包裹剂0.3份、吸水剂0.3份、分散剂0.1份、水泥2份、石灰3份、粉煤灰2份、石膏1份。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为160kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为8800mg/kg，低于原滩涂淤泥。
实施例三：
固化土各组分含量为：碱渣40份、淤泥60份、阴离子交换剂0.4份、包裹剂0.2份、吸水剂0.5份、分散剂0.1份、水泥3份、石灰4份、粉煤灰2份、石膏2份。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为155kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为8000mg/kg，低于原滩涂淤泥。
实施例四：
固化土各组分含量为：碱渣40份、淤泥60份、阴离子交换剂0.4份、包裹剂0.2份、吸水剂0.5份、分散剂0.2份、水泥3份、石灰3份、粉煤灰3份、石膏2份。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为170kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为7800mg/kg，低于原滩涂淤泥。
实施例五：
固化土各组分含量为：碱渣40份、淤泥55份、阴离子交换剂0.4份、包裹剂0.3份、吸水剂0.4份、分散剂0.1份、水泥3份、石灰4份、粉煤灰3份、石膏2份。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为160kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为6500mg/kg，低于原滩涂淤泥。
实施例六：
固化土各组分含量为：碱渣35份、淤泥60份、阴离子交换剂0.3份、包裹剂0.2份、吸水剂0.4份、分散剂0.1份、水泥3份、石灰4份、粉煤灰3份、石膏2份。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为180kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为9000mg/kg，低于原滩涂淤泥。
对比例一：
固化土各组分含量为：碱渣40份、淤泥60份、阴离子交换剂0.3份、吸水剂0.4份、分散剂0.2份、水泥3份、石灰4份、粉煤灰3份、石膏2份（没加包裹剂）。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为160kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为15000mg/kg，高于原滩涂淤泥。
对比例二：
固化土各组分含量为：碱渣35份、淤泥55份、包裹剂0.2份、吸水剂0.5份、分散剂0.2份、水泥3份、石灰4份、粉煤灰3份、石膏2份（没加阴离子交换剂）。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为140kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为14500mg/kg，高于原滩涂淤泥。
对比例三：
固化土各组分含量为：碱渣40份、淤泥55份、吸水剂0.5份、分散剂0.2份、水泥3份、石灰4份、粉煤灰3份、石膏2份（没加阴离子交换剂、包裹剂）。碱渣经固化后，在标准养护28d固化土的无侧限抗压强度为150kPa，固化土性能满足工程回填需要；固化后的碱渣淤泥固化土中Cl-含量为16500mg/kg，远高于原滩涂淤泥。
按照本发明技术方案制备出的碱渣淤泥复合固化土，氯离子含量低（低于原滩涂淤泥）。在固化土中添加权利要求范围的阴离子交换剂、包裹剂，能很好地将氯离子稳定在固化土中，减少氯离子的溶出率；若降低组分添加量（或不添加相关组分），碱渣淤泥复合固化土的氯离子溶出率远大于原滩涂淤泥。本发明技术方案有效地解决了碱渣中氯离子浓度高污染环境的问题，实现了碱渣的资源化利用，减少环境污染，经济、社会、环境效益明显。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (5)

1.一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，其特征在于：包括碱渣、淤泥、阴离子交换剂、包裹剂、吸水剂、分散剂、水泥、石灰、粉煤灰、石膏；各组分重量份数为：碱渣35-40份、淤泥55-60份、阴离子交换剂0.3-0.4份、包裹剂0.2-0.3份、吸水剂0.3-0.5份、分散剂0.1-0.2份、水泥2-3份、石灰3-4份、粉煤灰2-3份、石膏1-2份；
所述阴离子交换剂为201X7强碱性阴离子树脂；
所述包裹剂为磷酸二铵、硅藻土中的一种或两种；
所述吸水剂为羧甲基淀粉、聚丙烯酸钠中的一种或两种；
所述分散剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400中的一种或两种。
2.如权利要求1所述的一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，其特征在于：所述碱渣为氨碱法生产碳酸钠所产废渣，所述碱渣含水率≤350%，所述碱渣pH值≤12.5，所述碱渣溶解型Cl - 离子含量≤30000mg/kg；所述淤泥为滩涂淤泥，所述淤泥的含水率≤80%。
3.如权利要求1所述的一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，其特征在于：所述吸水剂吸水倍数在100-400倍，粒径＜20μm。
4.如权利要求1所述的一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土，其特征在于：所述水泥为42.5硅酸盐水泥，所述石灰为生石灰，所述粉煤灰为II级以上粉煤灰，所述石膏为二水石膏。
5.如权利要求1-4任意一项所述的一种低氯离子含量环保型碱渣淤泥复合固化土的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：
（1）按碱渣35-40份、淤泥55-60份、阴离子交换剂0.3-0.4份、水泥2-3份、石灰3-4份、粉煤灰2-3份、石膏1-2份的比例称取，一次性投入强制性搅拌装置，搅匀制备出半成品固化土；
（2）将步骤（1）制备出的半成品固化土打堆，堆土表面采取覆膜等保水措施，静置3-4h；
（3）待步骤（2）完成后，搅拌状态下向半成品固化土中依次加入分散剂0.1-0.2份、包裹剂0.2-0.3份和吸水剂0.3-0.5，吸水剂与包裹剂添加时间间隔大于1min，搅拌均匀制得成品碱渣淤泥复合固化土。
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Denomination of invention: An environmental friendly alkali residue sludge composite solidified soil with low chloride ion content

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