CN117776638A

CN117776638A - 一种具有高掺量固废的淤泥固化剂

Info

Publication number: CN117776638A
Application number: CN202410200073.9A
Authority: CN
Inventors: 邓红军
Original assignee: Dalian Wensheng Environmental Protection Technology Co ltd
Current assignee: Dalian Wensheng Environmental Protection Technology Co ltd
Priority date: 2024-02-23
Filing date: 2024-02-23
Publication date: 2024-03-29

Abstract

本发明属于土木工程材料技术领域，本发明提供了一种具有高掺量固废的淤泥固化剂。该具有高掺量固废的淤泥固化剂包括以下重量份的组分：超细锂渣20~60份，硫酸铝盐水泥5~20份，水泥窑灰10~45份，纳米二氧化硅5~20份，高吸水树脂0.1~0.35份，蛭石粉1~5份，高锰酸钾1~5份，磺化油1~5份，三乙醇胺1~5份。本发明提供的淤泥固化剂具有成本低、锂渣掺量高等优点，原料仅通过简单的物理机械混合即可制得，在固化海洋污泥的过程中，具有固化效果好，工期短等优点，并且固化后的淤泥具有良好的早期强度和抗氯盐和硫酸盐侵蚀的能力，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。

Description

一种具有高掺量固废的淤泥固化剂

技术领域

本发明涉及土木工程材料技术领域，尤其涉及一种具有高掺量固废的淤泥固化剂。

背景技术

海洋淤泥具有含水量大、透水性差和强度低的特点，并且其还含有较高的有机物质和有害盐离子，导致其工程地质条件较差。淤泥固化处理是淤泥资源化利用的重要途径之一，主要通过添加固化剂对淤泥进行固化处理，因此方法环保性好、工艺简单、可减少污染和堆积占地，以及处理后的固化土可作为再生土资源等优点，被国内外普遍接受和大规模使用。目前市面上固化剂种类繁多，但大多数存在早期强度不足的缺陷。而最常用的固化剂是普通硅酸盐水泥，但硅酸盐水泥不仅生产时污染较大，而且其固化效果受外界影响也较大，如土体中易溶盐离子含量高、有机质含量高等。如果将硅酸盐水泥作为海洋淤泥固化剂，其固化效果也不理想。

锂渣是生产碳酸锂过程中产生的一种废渣，由于锂渣具有SO₄ ^2-含量高、吸水率高、活性低等特点，导致其利用难度大，应用范围受到限制。此外，锂渣的持续排放和露天堆放也造成了土地资源浪费和环境污染等问题，因此，如何对锂渣高效的利用成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有高掺量固废的淤泥固化剂，第一个目的是解决锂渣存放所带来的土地资源浪费和环境污染等技术问题，第二个目的是解决现有固化剂在固化海洋污泥时所存在的固化效果差等技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有高掺量固废的淤泥固化剂，包括以下重量份的组分：

超细锂渣20~60份，硫酸铝盐水泥5~20份，水泥窑灰10~45份，纳米二氧化硅5~20份，高吸水树脂0.1~0.35份，蛭石粉1~5份，高锰酸钾1~5份，磺化油1~5份，三乙醇胺1~5份。

进一步的，所述超细锂渣是由生产碳酸锂的过程产生的，超细锂渣的比表面积≥800m²/kg，所述超细锂渣中SiO₂和Al₂O₃的总含量≥70%。

进一步的，所述硫酸铝盐水泥包括42.5级水泥。

进一步的，所述纳米二氧化硅的比表面积为80~240m²/kg，所述纳米二氧化硅中SiO₂的含量≥99%。

进一步的，所述高吸水树脂包括聚丙烯酸钠、聚丙稀酰胺和聚乙烯醇中的一种或几种。

进一步的，所述蛭石粉的粒径≥200μm。

进一步的，所述磺化油包括磺化植物油和/或磺化动物油。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供的具有高掺量固废的淤泥固化剂，所使用的原料组分仅通过简单物理机械混合均匀即可得到，降低了固化剂的生产成本；并且，在制备过程中，只涉及粉磨和混合等工艺，减少了碳排放；在原料组分中，锂渣的掺量大，不仅能够大量消耗工业固体废弃物，减少堆存土地占用，实现多固废资源化利用，而且对环境友好，易于推广，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。

采用本发明的具有高掺量固废的淤泥固化剂用于固化海洋淤泥，固化后的海洋淤泥的7天无侧限抗压强度可达3~5MPa， 28天无侧限抗压强度可达7~9MPa，固化效果优异。

具体实施方式

在本发明中，超细锂渣的用量优选为30~50份，进一步优选为40~45份。

在本发明中，硫酸铝盐水泥的用量优选为8~15份，进一步优选为10~12份。

在本发明中，水泥窑灰的用量优选为20~40份，进一步优选为30~35份。

在本发明中，纳米二氧化硅的用量优选为8~15份，进一步优选为10~12份。

在本发明中，高吸水树脂的用量优选为0.15~0.30份，进一步优选为0.20~0.25份。

在本发明中，蛭石粉的用量优选为2~4份，进一步优选为3份。

在本发明中，高锰酸钾的用量优选为2~4份，进一步优选为3份。

在本发明中，磺化油的用量优选为2~4份，进一步优选为3份。

在本发明中，三乙醇胺的用量优选为2~4份，进一步优选为3份。

在本发明中，所述超细锂渣是由生产碳酸锂的过程产生的，超细锂渣的比表面积≥800m²/kg，优选为≥850m²/kg，进一步优选为≥900m²/kg；所述超细锂渣中SiO₂和Al₂O₃的总含量≥70%，优选为≥75%，进一步优选为≥80%；利用超细锂渣中的SiO₂和Al₂O₃，与海洋淤泥中的Ca(OH)₂发生火山灰反应，生成稳定的C-S-H凝胶及水化铝酸钙C-A-H。此外，锂渣还含有较多的SO₄ ^2-离子，易与Ca(OH)₂化合生成尺寸仅为几个微米的结晶水化硫铝酸钙(Aft)，其填充于毛细孔或气孔中使固化后淤泥的结构更为致密，有利于早期强度发展。

在本发明中，所述硫酸铝盐水泥包括42.5级水泥，超细锂渣中的锂盐对硫酸铝盐水泥的水化进程具有促进作用，而水化进程的加快可以快速增强固化后淤泥的强度。

在本发明中，所述水泥窑灰的化学成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O、Na₂O、SO₃，水泥窑灰是普通水泥生产过程中的一种副产品，在化学成分上与水泥有一定相似性，但相比普通水泥使用成本极低，水泥窑灰的作用与硫酸铝盐水泥相同。

在本发明中，所述纳米二氧化硅的比表面积为80~240m²/kg，优选为100~200m²/kg，进一步优选为120~180m²/kg；所述纳米二氧化硅中SiO₂的含量≥99%，优选为≥99.1%，进一步优选为≥99.2%；纳米二氧化硅的火山灰活性、晶核效应和填充效应能够促进水泥早期水化，水化产物一方面在淤泥中形成具有一定强度的骨架结构，另一方面能够将淤泥颗粒包裹、粘结起来，从而起到固化淤泥的作用，并且固化后的淤泥具有良好的强度和抗氯盐和硫酸盐侵蚀的能力。

在本发明中，所述高吸水树脂包括聚丙烯酸钠、聚丙稀酰胺和聚乙烯醇中的一种或几种，优选为聚丙烯酸钠和/或聚丙稀酰胺，进一步优选为聚丙烯酸钠，本发明使用的高吸水树脂是一种含有羧基、羟基等强亲水性基团，并能通过与水形成氢键发生水合作用，可迅速吸收自重几十倍乃至上千倍的液态水，从而呈现出凝胶状的轻度交联的高分子聚合物，并且高吸水树脂具有三维交联网络结构，可通过溶胀作用将自由水固定在聚合物网络内部，具有特殊的吸水和保水能力，即使在受热、加压条件下也不易失水，在光、热、酸碱环境下稳定性较好。

在本发明中，所述蛭石粉的粒径≥200μm，优选为≥220μm，进一步优选为≥240μm；蛭石粉表面细毛孔多，具有很强的吸附能力，吸水性强，掺入固化淤泥中可以吸附淤泥中多余的自由水，显著提高固化后淤泥的最佳含水量，增大固化后淤泥的强度，减小其收缩性，且蛭石粉为层状结构的硅酸盐，能均匀分散在土颗粒周围，淤泥颗粒被蛭石粉包裹，形成稳定密实结构。

在本发明中，由于海洋淤泥中的有机质含量较高，添加高锰酸钾可分解有机质，高锰酸钾作为氧化剂可将大分子有机物分解为小分子，降低有机质对水化过程的不利影响。

在本发明中，所述磺化油包括磺化植物油和/或磺化动物油，优选为磺化植物油，进一步优选为磺化菜籽油或磺化棉籽油；磺化油本质是一种电解质，在水中可电解出带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子，电解出来的阳离子与淤泥颗粒表面的阳离子产生交换作用，赶走吸附在淤泥颗粒表面的亲水性阳离子，将土体的亲水性转变为疏水性，结合水膜变薄，使土颗粒间的距离减小、引力增大，抗剪强度提高。

在本发明中，三乙醇胺(TEA)能够通过加速氢氧化钙(CH)和钙矾石(AFt)的形成，三乙醇胺在一定量范围内可以减小粉末-水的界面张力，促进固化剂和水接触从而加速水化进程。

在本发明中，将超细锂渣、硫酸铝盐水泥、水泥窑灰、纳米二氧化硅、高吸水树脂、蛭石粉、高锰酸钾、磺化油和三乙醇胺混合即得具有高掺量固废的淤泥固化剂。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

本实施例所用组分及用量如下：

超细锂渣60份，42.5级硫酸铝盐水泥15份，水泥窑灰20份，纳米二氧化硅5份，聚丙烯酸钠0.2份，蛭石粉3份，高锰酸钾1份，磺化菜籽油2份，三乙醇胺1.5份。

将超细锂渣、42.5级硫酸铝盐水泥、水泥窑灰、纳米二氧化硅、高吸水树脂、蛭石粉、高锰酸钾、磺化菜籽油和三乙醇胺混合均匀即得具有高掺量固废的淤泥固化剂。

实施例2

本实施例所用组分及用量如下：

超细锂渣40份，42.5级硫酸铝盐水泥25份，水泥窑灰25份，纳米二氧化硅10份，聚丙稀酰胺0.15份，蛭石粉2份，高锰酸钾1.5份，磺化棉籽油3份，三乙醇胺2份。

制备过程与实施例1相同，得到具有高掺量固废的淤泥固化剂。

实施例3

本实施例所用组分及用量如下：

超细锂渣30份，42.5级硫酸铝盐水泥10份，水泥窑灰45份，纳米二氧化硅15份，聚乙烯醇0.3份，蛭石粉2份，高锰酸钾2份，磺化菜籽油4份，三乙醇胺4份。

实施例4

本实施例所用组分及用量如下：

超细锂渣55份，42.5级硫酸铝盐水泥10份，水泥窑灰30份，纳米二氧化硅5份，聚丙烯酸钠0.1份，蛭石粉4份，高锰酸钾3份，磺化棉籽油1份，三乙醇胺2.5份。

实施例5

本实施例所用组分及用量如下：

超细锂渣45份，42.5级硫酸铝盐水泥20份，水泥窑灰25份，纳米二氧化硅10份，聚丙稀酰胺0.35份，蛭石粉1份，高锰酸钾2份，磺化菜籽油5份，三乙醇胺1份。

实施例6

本实施例所用组分及用量如下：

超细锂渣20份，42.5级硫酸铝盐水泥25份，水泥窑灰35份，纳米二氧化硅20份，聚乙烯醇0.1份，蛭石粉5份，高锰酸钾2.5份，磺化棉籽油3.5份，三乙醇胺5份。

性能测试

将淤泥固化剂与水按质量比1：1混合均匀得到固化材料，向每立方米的海洋淤泥中掺入200kg的固化材料并搅拌均匀，在海洋淤泥固化完成后，分别在第1天，第3天，第7天和第28天测量固化后海洋淤泥的无侧限抗压强度，测试结果见表1。

表1 固化后海洋淤泥的无侧限抗压强度的测量结果

由表1可得，采用本发明的具有高掺量固废的淤泥固化剂用于固化海洋淤泥，固化后的海洋淤泥的7天无侧限抗压强度可达3~5MPa， 28天无侧限抗压强度可达7~9MPa，与传统固化剂相比，固化效果优异。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有高掺量固废的淤泥固化剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：

2.根据权利要求1所述的具有高掺量固废的淤泥固化剂，其特征在于，所述超细锂渣是由生产碳酸锂的过程产生的，超细锂渣的比表面积≥800m²/kg，所述超细锂渣中SiO₂和Al₂O₃的总含量≥70%。

3.根据权利要求1或2所述的具有高掺量固废的淤泥固化剂，其特征在于，所述硫酸铝盐水泥包括42.5级水泥。

4.根据权利要求3所述的具有高掺量固废的淤泥固化剂，其特征在于，所述纳米二氧化硅的比表面积为80~240m²/kg，所述纳米二氧化硅中SiO₂的含量≥99%。

5.根据权利要求4所述的具有高掺量固废的淤泥固化剂，其特征在于，所述高吸水树脂包括聚丙烯酸钠、聚丙稀酰胺和聚乙烯醇中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的具有高掺量固废的淤泥固化剂，其特征在于，所述蛭石粉的粒径≥200μm。

7.根据权利要求1所述的具有高掺量固废的淤泥固化剂，其特征在于，所述磺化油包括磺化植物油和/或磺化动物油。