一种多源激发固废基淤泥固化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多源激发固废基淤泥固化剂及其制备方法，包括改性钢渣微粉30

【技术实现步骤摘要】
一种多源激发固废基淤泥固化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于土木工程材料领域，尤其涉及一种多源激发固废基淤泥固化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]我国大规模的基础设施建设中，不得不经过河流、池塘、沼泽等富水地区，在水流缓慢和微生物的双层作用下，水体底部通常淤积有深厚的淤泥层。淤泥是一种天然含水率大于流性界限的软土，力学强度低、压缩性高，难以直接作为天然地基土使用，必须经过人为固化处理。当前固化淤泥主要以水泥、石灰、粉煤灰等为主材，而该类固化剂固化效果依赖于土壤颗粒度和含水量，降水效果差，固化成本高，且固化后多表现出强度低、渗透性差等缺点，工程应用效果不理想，同时造成资源浪费和环境污染。
[0004]我国工业生产中每年产生数十亿吨的工业固废(钢渣、矿渣等)，这些废渣利用率低，堆放占用空间大，填埋处理造成环境污染。现阶段，煤炭仍然是我国主要的能源之一，生产水泥、石灰和火力发电均需燃烧大量的煤炭。煤炭燃烧排放的尾气中携带有大量的煤灰和二氧化碳等酸性气体，不经处理直接排放会严重污染大气环境。与此同时，尾气中还蕴含着大量的废热，利用不当会造成极大的资源浪费。
[0005]综上所述，传统的淤泥固化剂固化效果不佳，难以满足原位固化的要求；工业固废因胶凝活性差而资源化利用程度低，导致大量堆积，造成土地资源浪费和环境污染；煤炭燃烧排放的尾气易造成大气污染，尾气中蕴含的废热利用率低。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种多源激发固废基淤泥固化剂及其制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种多源激发固废基淤泥固化剂，包括改性钢渣微粉30
‑
40份，改性矿渣微粉10
‑
20份，脱硫灰10
‑
15份，脱硫石膏5
‑
10份，生石灰10
‑
20份，水凝胶5
‑
10份，无水氯化钙0
‑
5份，增稠剂0
‑
3份，憎水剂0
‑
3份；
[0009]所述水凝胶中，丙烯酸溶液，超细膨润土，氢氧化钠溶液，引发剂、N,N亚甲基双丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的质量比为100：20
‑
25：0.02
‑
0.08：0.2
‑
0.4：0.2
‑
0.4：5
‑
10；
[0010]所述改性钢渣微粉和改性矿渣微粉经过热力激发和碳酸化处理。
[0011]钢渣和矿渣均是钢铁冶炼过程产生的工业副产品，经过高温煅烧过程且化学组成以CaO
‑
Al2O3‑
SiO2体系为主，具有极高的玻璃体相含量和火山灰反应活性。但是两者却不能直接作为淤泥固化剂使用，这是因为水中离子无法破坏颗粒表面的Si
‑
O
‑
Si、Al
‑
O
‑
Al、Si
‑
O
‑
Al结构的单键能，水化反应十分缓慢或难以反应，因此需要采用一定的方法激发反应活性。
[0012]研究表明，可以通过物理激发(机械研磨)、化学激发(碱激发)和热力激发(高温煅烧)的方式激发固体废物的活性，提高固废基胶凝材料的力学性能。其中，物理激发可以借助球磨机机械研磨实现，减小颗粒的细度以增大比表面积，提高反应活性；化学激发可以通过在固化剂中添加碱性物质实现，促进Si
‑
O
‑
Si键、Al
‑
O
‑
Al键、Si
‑
O
‑
Al键断裂，提高反应活性。
[0013]另一方面，燃煤尾气中存在的二氧化碳等酸性气体和废热也可用于改性钢渣和改性矿渣的制备。其中酸性气体可以破坏颗粒表面结构，进一步增加比表面积，同时吸附在颗粒表面的碳酸盐固体也可用于后续硬凝反应，提高反应活性和增加固化土强度；废热可以用于固体废物的热力激发，提高活性成分的比例。因此，本专利技术借助物理、化学、热力等多源激发手段最大限度得提高固体废物的胶凝活性，得到用于固废基淤泥固化剂制备的改性钢渣和矿渣。
[0014]本专利技术的淤泥固化剂能够直接应用于淤泥的原位固化，工程应用效果优异，固化后淤泥力学性能良好，不会出现二次泥化，无二次污染，实现以废治废、保护环境的目的，符合绿色环保原则。
[0015]生石灰和脱硫石膏既可以作为激发剂也可以产生胶凝作用作为胶凝材料。
[0016]生石灰和脱硫石膏产生的强碱性环境有利于钢渣和矿渣玻璃体相结构的水解，促进水化反应和火山灰反应的持续进行，生成更多的胶凝产物。矿渣早期反应迅速，钢渣后期反应持续。
[0017]在一些实施例中，所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的三种。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种多源激发固废基淤泥固化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0019]将粗钢渣和粗矿渣清洗后，干燥处理；
[0020]将粗钢渣和粗矿渣球磨后，过筛，得钢渣微粉和矿渣微粉；
[0021]将钢渣微粉和矿渣微粉在弱碱性溶液中浸泡设定时间后，烘干备用；
[0022]将浸泡弱碱溶液的钢渣微粉和矿渣微粉分别放入改性装置中，通入高温高压燃煤尾气，同时对钢渣微粉、矿渣微粉进行搅拌，对钢渣微粉和矿渣微粉进行热力激发和碳酸化处理，然后将处理后的微粉放入冷水中快速冷却，干燥后得到改性钢渣微粉和改性矿渣微粉；
[0023]将多源激发固废基淤泥固化剂的胶凝组分、脱水组分和外加剂分别混合制备；即得。
[0024]为了保证钢渣和矿渣的最大活性，将热力激发和碳酸化处理后的微粉放入冷水中快速冷却后烘干，得到改性钢渣微粉和矿渣微粉。
[0025]在一些实施例中，将粗钢渣和粗矿渣球磨后，过200目筛，得到钢渣微粉和矿渣微粉。
[0026]在一些实施例中，所述弱碱性溶液为碳酸钠、碳酸氢钠和氨水溶液，其pH值为8～11。
[0027]在一些实施例中，高温高压燃煤尾气的温度为600
‑
800℃，压强为1.5
‑
2.0MPa。
[0028]在一些实施例中，所述改性装置包括罐体、第一搅拌器和第二搅拌器；
[0029]第一搅拌器和第二搅拌器结构相同，均包括搅拌轴和盐搅拌轴轴向设置的若干搅拌叶片，第一搅拌器和第二搅拌器并列安装于罐体内部，使两搅拌器的搅拌叶片交替设置；
[0030]搅拌轴为中空结构，且侧壁均布喷嘴，搅拌轴用于与高温高压燃煤尾气源连接。
[0031]搅拌轴上均布喷嘴，便于在搅拌过程中使高温高压燃煤尾气与钢渣微粉和矿渣微粉混匀，以提高改性的均匀程度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源激发固废基淤泥固化剂，其特征在于：包括改性钢渣微粉30
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40份，改性矿渣微粉10
‑
20份，脱硫灰10
‑
15份，脱硫石膏5
‑
10份，生石灰10
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20份，水凝胶5
‑
10份，无水氯化钙0
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5份，增稠剂0
‑
3份，憎水剂0
‑
3份；所述水凝胶中，丙烯酸溶液，超细膨润土，氢氧化钠溶液，引发剂、N,N亚甲基双丙烯酰胺和甲基丙烯酸羟乙酯的质量比为100：20
‑
25：0.02
‑
0.08：0.2
‑
0.4：0.2
‑
0.4：5
‑
10；所述改性钢渣微粉和改性矿渣微粉经过热力激发和碳酸化处理。2.根据权利要求1所述的多源激发固废基淤泥固化剂，其特征在于：所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的三种。3.一种多源激发固废基淤泥固化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将粗钢渣和粗矿渣清洗后，干燥处理；将粗钢渣和粗矿渣球磨后，过筛，得钢渣微粉和矿渣微粉；将钢渣微粉和矿渣微粉在弱碱性溶液中浸泡设定时间后，烘干备用；将浸泡弱碱溶液的钢渣微粉和矿渣微粉分别放入改性装置中，通入高温高压燃煤尾气，同时对钢渣微粉、矿渣微粉进行搅拌，对钢渣微粉和矿渣微粉进行热力激发和碳酸化处理，然后将处理后的微粉放入...

【专利技术属性】
技术研发人员：虢得华，牛兆妮，刘娅君，崔新壮，牟启硕，金青，张小宁，张炯，张圣琦，包振昊，孙先超，邢晓波，李镇，张旭旭，李伟，王昆，段晓峰，飞鹏，李宏伟，李雷波，齐越，
申请(专利权)人：山东大学山东高速青岛发展有限公司山东高速工程建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：