一种改性磷矿尾砂路基填料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种使用碱渣和黏土复合改性磷矿尾砂的路基填料及其制备方法，属于路基填料技术领域。该填料各组分的掺量(按干质量计算)分别为：碱渣10％～50％，黏土25％～50％，其余为磷矿尾砂，且黏土掺量不得超过磷矿尾砂。本发明专利技术提出使用黏土和碱渣作为改性剂对磷矿尾砂进行改性，使混合料能满足公路路基设计规范要求，其CBR值和无侧限抗压强度高、压实效果好、经济效益高，有效解决了磷矿尾砂工程性质不良和固废材料难以有效利用的问题，符合绿色生态和可持续发展的要求。

A kind of modified phosphate rock tailing roadbed filler and its preparation method

The invention provides a subgrade filler using alkali slag and clay composite modified phosphate rock tailings and a preparation method thereof, belonging to the technical field of subgrade filler. The content of each component of the filler (calculated by dry mass) is as follows: alkali slag 10% - 50%, clay 25% - 50%, the rest is phosphate tailings, and the content of clay shall not exceed phosphate tailings. The invention uses clay and alkali slag as modifier to modify phosphate rock tailings, so that the mixture can meet the requirements of highway subgrade design specification, its CBR value and unconfined compressive strength are high, the compaction effect is good, and the economic benefit is high, which effectively solves the problems of poor engineering properties of phosphate rock tailings and difficult to effectively use solid waste materials, and meets the requirements of green ecology and sustainable development.

【技术实现步骤摘要】
一种改性磷矿尾砂路基填料及其制备方法
本专利技术属于路基填料技术，特别是涉及一种改性磷矿尾砂路基填料及其制备方法。
技术介绍
碱厂使用传统氨碱法生产纯碱，过程中会排出白色固体废料——碱渣。碱渣是石灰工业废渣之一，碱渣的堆存使场地周围的土质产生盐渍化，水体受到污染，同时由于碱渣以粉粒为主，容易随风向周围扩散，对城市的空气影响很大。磷矿尾矿砂是在磷矿原矿开采过程中，没有达到生产湿法磷酸的要求，经过选矿淘汰的废弃物，属于工业固体废弃物中的矿业固体废弃物。目前我国对尾矿砂的利用率较低，磷矿尾砂一般都堆置在磷尾矿库中，占用大量的土地资源。现存多数尾矿坝已严重超高，坍井、溃坝事故频发，安全隐患巨大。近年来，国家经济飞速发展，道路工程建设数量急剧增加，这意味着需要大量的路基填料。然而随着国家对绿色生态的逐步重视，多数地区已经禁止开采传统碎石填料，导致道路修筑部门只能从湖南等地区购买碎石填料，在运费和购买填料方面的花费数额较大，这无疑会是一个巨大的经济负担。在传统路基填料日益缺乏且成本越来越高情况下，将工业废弃物作为路基填料成为一个可选项，这不仅切合绿色交通这一导向，也符合我国节能减排这一战略。磷矿尾砂的工程性质不好，黏粒含量少、胶结作用弱、塑性弱、抗剪强度低、整体性较差，主要强度由内摩擦力提供。如果在沙中加入黏土，由于黏土本身就具有粘聚性，和砂混合后，两种材料的颗粒级配均得到改善、黏性成分镶嵌于磷尾矿砂颗粒间、尾矿砂与黏土接触面增多，使砂与黏土的混合料更加密实，形成由粘聚力和内摩擦力共同承担强度的整体，混合料会具有类似砂土的内嵌黏聚能力，强度和稳定性得到提高。碱渣含有大量的CaCO3，中量的CaCl2,CaO和CaSO4，所含钙量和生石灰基本一致，具备离子交换、火山灰反应、碳酸化反应和结晶反应所需的Ca2+，并且能提供碱性激发环境使黏土释放活性的氧化硅、氧化铝黏粒以促进火山灰反应的进行。同时，碱渣比表面积比生石灰更大，利于促进上述物理化学反应的充分进行。通过一系列物理化学作用后，碱渣、黏土和磷矿尾砂的混合料能形成一种优良的路基填料。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术环境污染和土地占用以及目前传统路基填料缺乏的问题，本专利技术提供了充分发挥碱渣、磷矿尾砂这两种工业废弃物的剩余价值，并且工艺流程简单、质量可控的复合改性磷矿尾砂路基填料及其制备方法。技术方案：本专利技术所述的一种改性磷矿尾砂路基填料，包括以下质量百分含量的各个组分：碱渣10％～50％、基材50％～90％，其中，所述基材由25％～50％黏土和50％～75％磷矿尾砂组成，上述质量百分含量以干重计。其中，所述碱渣为低液限粉土，所述磷矿尾砂为细沙，所述黏土为低液限黏土。所述碱渣中，粉粒含量50～60％，黏粒含量10～20％、砂粒含量20～30％；所述磷矿尾砂中，砂粒含量70～80％，黏粒含量10～15％、粉粒含量5～10％；所述黏土中，砂粒含量1～3％、粉粒含量40～50％、黏粒含量40～50％。其中，所述碱渣为氨碱法制碱工业废渣，其主要化学成分为CaCO3、CaCl2和CaO，所述磷矿尾砂为生成磷酸的采矿过程中选矿废弃的矿渣。所述改性磷矿尾砂路基填料的制备方法为，先将黏土和磷矿尾砂混合形成第一混合物砂黏土，然后将碱渣和第一混合物砂黏土混合形成第二混合物，即改性磷矿尾砂路基填料。具体包括以下步骤：(1)取碱渣、黏土、磷矿尾砂，分别干燥至含水率小于5％，剔除杂质后粉碎过筛，在搅拌机中搅拌均匀使各材料的含水率分布均匀，分别取各材料试样测量初始含水率，然后将试样烘烤称干重；(2)以干重质量按照配比分别取步骤(1)搅拌均匀的磷矿尾砂和黏土，混合得到第一混合物砂黏土，搅拌使砂黏土含水率均匀，取砂黏土试样测量初始含水率，然后将砂黏土试样烘烤称干重；(3)以干重质量按照配比分别取步骤(1)搅拌均匀的碱渣，和步骤(2)的砂黏土，搅拌混合，并调整含水率，形成第二混合物碱渣黏土复合改性磷矿尾砂，即改性磷矿尾砂路基填料。步骤(1)中，对碱渣、磷矿尾砂、黏土采用场地摊铺、晾晒(环境温度>25℃)干燥，或在50～65℃模拟自然风干条件下干燥，或在100～150℃温度下干燥，使其含水率小于5％。步骤(1)中，碱渣、黏土、磷矿尾砂粉碎直至无明显大颗粒并过2mm筛。步骤(1)和步骤(2)中，每种材料采用四分法取10个平行试样测量含水率，取其平均值作为整体含水率，取样点需在材料摊铺范围中均匀分布，每个试样50～100g。若平行样数据分布过于离散，重新搅拌，并重复取样操作，直到数据分布稳定程度达到工程要求。步骤(1)和步骤(2)中，试样在105～120℃烘箱内烘烤10～12h后称干重。步骤(3)中，调整第二混合物碱渣黏土复合改性磷矿尾砂含水率为11～16％，最优选为12％。步骤(3)中，复合改性磷矿尾砂的最优含水率按照《公路土工试验规程》(JTGE40-2007)重Ⅱ-2型击实试验方法对第二混合物进行击实试验确定。有益效果：相比较于现有技术，本申请利用碱渣和黏土代替传统固化剂水泥和石灰，作为磷矿尾砂的改性剂。其特点在于所需材料为工业废渣和黏土，价格低廉，且改性效果良好。本专利技术能将碱渣、磷矿尾砂和黏土“变废为宝”，在以磷矿尾砂为骨架的基础上，充分利用黏土本身的粘聚力，形成砂土内嵌结构，使得抗剪强度由粘聚力和内摩擦力共同承担，结合了尾砂和黏土的优点。在上述基础上，加入碱渣，生成碱性环境，释放Ca2+进行离子交换作用，火山灰作用等，进一步加强土颗粒之间的胶结性。本项专利技术为碱渣、磷矿尾砂等大型工业废弃物在道路工程领域的利用奠定了基础，也可推广到其他石灰类工业废渣和尾矿砂等废弃物的再生利用。附图说明图1为本专利技术的碱渣黏土复合改性磷矿尾砂路基填料中磷矿尾砂和黏土比例为50:50，碱渣掺量为10％、20％、30％、40％、50％的击实曲线图；图2为本专利技术的碱渣黏土复合改性磷矿尾砂路基填料中磷矿尾砂和黏土比例为75:25的，碱渣掺量为10％、20％、30％、40％、50％击实曲线图；图3为参比的碱渣黏土复合改性磷矿尾砂路基填料中磷矿尾砂和黏土比例为25:75的，碱渣掺量为10％、20％、30％、40％、50％击实曲线图；图4为本专利技术的碱渣黏土复合改性磷矿尾砂路基填料的制备方法的工艺流程图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。为了衡量碱渣和黏土在改性土中的含量对改性土性质的影响，采取如表1的试验配比和最优含水率进行改良。实施例制备流程如图4所示。实施例11)对碱渣、磷矿尾砂、黏土采用场地摊铺，晾晒或在50～65℃模拟自然风干条件下烘干或在100～150℃温度下烘干，控制含水率达到较低水平(<5％)，然后剔除材料中杂质，将干燥的碱渣、磷矿尾砂、黏土使用粉碎机分别破碎，搅拌均匀；2)对步骤1)中每种材料采用四分法取不少于10个平行样测量含水率，取其平均值作为整体含水率，取样点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性磷矿尾砂路基填料，其特征在于，包括以下质量百分含量的各个组分：碱渣10％～50％、基材50％～90％，其中，所述基材由25％～50％黏土和50％～75％磷矿尾砂组成，上述质量百分含量以干重计。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性磷矿尾砂路基填料，其特征在于，包括以下质量百分含量的各个组分：碱渣10％～50％、基材50％～90％，其中，所述基材由25％～50％黏土和50％～75％磷矿尾砂组成，上述质量百分含量以干重计。


2.根据权利要求1所述的改性磷矿尾砂路基填料，其特征在于，所述碱渣为低液限粉土，所述磷矿尾砂为细沙，所述黏土为低液限黏土。


3.根据权利要求1所述的改性磷矿尾砂路基填料，其特征在于，所述碱渣中，粉粒含量50～60％，黏粒含量10～20％、砂粒含量20～30％；所述磷矿尾砂中，砂粒含量70～80％，黏粒含量10～15％、粉粒含量5～10％；所述黏土中，砂粒含量1～3％、粉粒含量40～50％、黏粒含量40～50％。


4.权利要求1-3中任一所述改性磷矿尾砂路基填料的制备方法，其特征在于，先将黏土和磷矿尾砂混合形成第一混合物砂黏土，然后将碱渣和第一混合物砂黏土混合形成第二混合物，即改性磷矿尾砂路基填料。


5.根据权利要求4所述改性磷矿尾砂路基填料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取碱渣、黏土、磷矿尾砂，分别干燥至含水率小于5％，剔除杂质后粉碎过筛，在搅拌机中搅拌均匀使各材料的含水率分布均匀，分别取各材料试样测量初始含水率，然后将试样烘烤称干重；
(2)以干重质量按照配比分别取步骤(1)搅拌均匀的磷矿尾砂和黏土，混合得到第一混合物砂黏土，搅拌使砂黏土含水率均匀，取砂黏土试样测量初...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永锋，陈琦，宣有金，李家伟，唐伟，王兵，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32