CN115745503B - 一种基于酸处理后工业废渣的高含水率淤泥固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于高含水率淤泥的固化剂，由以下重量份的组分组成：P·O42.5水泥500‑550份、酸处理后的工业废渣粉200‑250份、锂渣粉150‑250份、硫酸钠100‑120份、聚羧酸减水剂10‑15份；所述的酸处理后的工业废渣粉是具有多孔结构的颗粒，比表面积在600‑700m2/kg，且含有以下百分含量的成分：46‑52%的SiO2、8‑12%的FeSO4、20‑28%的Al2O3、16‑22%的CaSO4。本发明还提供所述固化剂的制备方法和在高含水率淤泥固化处理中的应用。本发明使用两种工业废渣，具有环保节能效果，且该固化剂具有加工工艺简单，使用方便，对高含水率的淤泥也有较好的固化效果。
Description
技术领域
本发明涉及固废利用领域，具体涉及一种利用酸处理后工业废渣制备高含水率淤泥固化剂，及其制备方法和应用。
背景技术
工业废渣是指工业生产过程中排放的固体废物，主要包括冶金废渣、采矿废渣、燃料废渣和化工废渣等。我国囤积的工业废渣存量巨大且每年仍以较快的速度增长，造成严重的再生资源和土地资源浪费。虽然对于工业废渣回收利用的研究已取得一定进展，但相当一部分处理方法存在能耗高和产生二次固废的问题。
淤泥在路基和桩基施工中比较常见，对于含水率较高的淤泥，为了满足施工的工作性能和力学性能要求，通常会向其中施加大量的水泥和石灰等水硬性材料，但大量使用水泥和石灰无疑会使施工成本加大。
基于上述固废利用和淤泥固化两方面的需求，现有研究对使用工业废渣制备淤泥固化剂已提出诸多方案，例如中国专利文献CN101863609A、CN112374711A、CN102060480A、CN105271630A、CN109678446A、CN106698872A等。这些固化剂中都不同程度地利用了工业废渣，可以在一定程度上实现消耗固废库存、释放土地资源、减少固化剂中水泥和石灰用量、降低生产成本和能耗的目的，但是，CN101863609A和CN112374711A两个专利文献提及的固化剂固化效果受环境温度和湿度影响较大，不利于产业化推广应用；专利文献CN102060480A中固化的淤泥含水率仅为30%，不适用于高含水率的淤泥的固化。此外，利用这些现有的固化剂处理的淤泥固化后的强度增长较慢，对承载力要求较高的项目将无法连续施工。
发明内容
本发明的目的是寻找一种可以充分发挥工业废渣特性的工业废渣应用方法，以实现工业废渣的高效利用。
为了实现上述目的，本发明人经过大量实验研究，发现酸处理后工业废渣可以用来制备针对高含水率淤泥的固化剂，并能够取得理想的固化效果。
基于上述发现，本发明提供一种利用酸处理后工业废渣制备高含水率淤泥固化剂的方法，包括如下步骤：
（1）将酸处理后工业废渣放入球磨机中粉磨20-30min后得到废渣粉；
（2）按重量份计，将P·O42.5水泥500-550份、（1）所得的废渣粉200-250份、锂渣粉150-250份、硫酸钠100-120份、聚羧酸减水剂10-15份混合均化；即得到可用于高含水率淤泥的固化剂。
本发明所述的方法中，所述的酸处理后工业废渣指的是将铜极泥、锌渣等复合有色冶炼固废投入到富氧熔炼池提取稀散金属后，先在含硫酸的废酸性溶液中反应，然后经水洗和沉淀，得到的酸处理后的工业废渣。酸处理后的工业废渣中，SiO2质量百分比为46-52%、FeSO4的质量百分比为8-12%、Al2O3的质量百分比为20-28%、CaSO4的质量百分比为16-22%。工业废渣的初始铁含量较高，经过酸处理后会由于铁的反应使工业废渣的表面和内部形成许多孔结构，致使其具有较好的易磨性，可以降低生产时粉磨的能耗。对于含水率较高的淤泥，可以利用废渣疏松多孔的性质“固定”住更多的水，增加淤泥的稠度保证施工。废渣经过酸处理后保留的硫酸盐还可以激发锂渣粉和废渣粉的活性氧化铝和活性二氧化硅。
本发明优选的所述方法中，步骤（2）是按重量份计，将P·O42.5水泥500-520份、（1）所得的废渣粉215-230份、锂渣粉150-175份、硫酸钠100-110份和聚羧酸减水剂10-12份混合均化，得到所述的可用于高含水率淤泥的固化剂。
本发明进一步优选的所述方法中，步骤（2）是按重量份计，将P·O42.5水泥500份、（1）所得的废渣粉225份、锂渣粉160份、硫酸钠105份和聚羧酸减水剂10份混合均化，得到所述的可用于高含水率淤泥的固化剂。
本发明优选的所述方法中，步骤（2）所述的锂渣粉中，SiO2质量百分比为50-55%、Al2O3的质量百分比为18-24%、CaSO4的质量百分比为10-14%。
本发明优选的所述方法中，步骤（1）所述的废渣粉比表面积为600-700m2/kg。
本发明优选的所述方法中，步骤（2）所述的锂渣粉比表面积为600-700m2/kg。
本发明优选的所述方法中，步骤（2）所述聚羧酸减水剂的减水率为12-15%。
本发明还提供一种用于高含水率淤泥的固化剂，由以下重量份的组分组成：P·O42.5水泥500-550份、酸处理后的工业废渣粉200-250份、锂渣粉150-250份、硫酸钠100-120份、聚羧酸减水剂10-15份；所述的酸处理后的工业废渣粉是具有多孔结构的颗粒，比表面积在600-700m2/kg，且含有以下百分含量的成分：46-52%的SiO2、8-12%的FeSO4、20-28%的Al2O3、16-22%的CaSO4。
本发明所述的酸处理后的工业废渣粉是将铜极泥、锌渣等复合有色冶炼固废投入到富氧熔炼池提取稀散金属后，先在含硫酸的废酸性溶液中反应，然后水洗和沉淀，最后粉磨至600-700m2/kg得到的酸处理后的工业废渣粉。
本发明优选的固化剂，由以下重量份的组分组成：P·O42.5水泥500-520份、（1）所得的废渣粉215-230份、锂渣粉150-175份、硫酸钠100-110份和聚羧酸减水剂10-12份。
本发明更优选的固化剂，由以下重量份的组分组成：P·O42.5水泥500份、（1）所得的废渣粉225份、锂渣粉160份、硫酸钠105份和聚羧酸减水剂10份。
本发明优选的固化剂中，所述的锂渣粉比表面积为600-700m2/kg。
本发明优选的固化剂中，所述的锂渣粉中，SiO2质量百分比为50-55%、Al2O3的质量百分比为18-24%、CaSO4的质量百分比为10-14%。
本发明优选的固化剂中，所述的聚羧酸减水剂的减水率为12-15%。
本发明还提供所述固化剂在淤泥固化处理中的应用，所述的淤泥固化处理中，按重量份计，在每100份淤泥中掺入5-50份本发明所述的固化剂。所述的淤泥优选含水率不低于50%的淤泥。
本发明的有益效果主要体现在以下几点：
（1）本发明中所用到的工业废渣、含硫酸的废酸性溶液和锂渣粉均为工业废弃物，与传统的水泥加石灰固化剂相比，其能大幅降低成本。
（2）用酸处理后的工业废渣能够将含硫酸的废酸溶液中的硫酸以硫酸盐的形式保留下来，能够激发工业废渣粉和锂渣粉中的二氧化硅和氧化铝的火山灰活性。
（3）本发明中利用到工业废渣和锂渣粉具有多孔结构和比表面积大的特点，可以处理含水率较高的淤泥，经试验验证，对于含水率70%的淤泥仍有较好的固化效果。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明是以酸处理后工业废渣替代固化剂中的部分水泥和石灰，辅以适量水泥、锂渣粉、硫酸钠和聚羧酸减水剂在V型混料机中一起均化得到固化剂成品。其中，上述水泥、酸处理后工业废渣粉、锂渣粉、硫酸钠和聚羧酸减水剂分别按照P·O42.5水泥500-550份、酸处理后工业废渣粉200-250份、锂渣粉150-250份、硫酸钠100-120份、聚羧酸减水剂10-15份的比例配制。
本发明固化剂具体的制备方法包括：
（1）将铜极泥、锌渣等复合有色冶炼固废投入到富氧熔炼池，提取稀散金属后，先在含硫酸的废酸性池中反应，然后水洗和沉淀，再放入球磨机中粉磨20-30min后得到比表面积在600-700m2/kg的酸处理后工业废渣粉，其中含有以下百分含量的成分：46-52%的SiO2、8-12%的FeSO4、20-28%的Al2O3、16-22%的CaSO4；
（2）按照重量份计，将P·O 42.5水泥500-550份、（1）所得的酸处理后工业废渣粉200-250份、锂渣粉150-250份、硫酸钠100-120份、聚羧酸减水剂10-15份，在V型混料机中混合均化；所述的锂渣粉中，SiO2质量百分比为50-55%、Al2O3的质量百分比为18-24%、CaSO4的质量百分比为10-14%；混合均化1h后得到淤泥固化剂。
根据以上制备方法具体提出以下各实施例：
实施例1
按质量取P·O42.5水泥500份、酸处理后工业废渣粉225份、锂渣粉160份、硫酸钠105份、聚羧酸减水剂10份，混合后送入V型混料机中进行均化制得固化剂成品备用。
将固化剂与含水率70%的淤泥按照质量比1:4搅拌均匀，装入70mm×70mm×70mm的立方体试模，覆盖塑料薄膜，在常温下进行养护，测试不同龄期下固化体的抗压强度。测试结果见表1：
表1 实施例1土壤固化土抗压强度
。
对比例1
将P·O42.5水泥与含水率70%的淤泥按照质量比1:4搅拌均匀，装入70mm×70mm×70mm的立方体试模，覆盖塑料薄膜，在常温下进行养护，测试不同龄期下固化体的抗压强度。测试结果见表2：
表2 对比例1土壤固化土抗压强度
。
实施例2
按质量取P·O42.5水泥535份、酸处理后工业废渣粉210份、锂渣粉160份、硫酸钠95份、聚羧酸减水剂10份，混合后送入V型混料机中进行均化制得固化剂成品备用。
将固化剂与含水率70%的淤泥按照质量比1:4搅拌均匀，装入70mm×70mm×70mm的立方体试模，覆盖塑料薄膜，在常温下进行养护，测试不同龄期下固化体的抗压强度。测试结果见表3：
表3 实施例2土壤固化土抗压强度
。
对比例2
按质量取P·O42.5水泥535份、未进行酸处理工业废渣粉210份、锂渣粉160份、硫酸钠95份、聚羧酸减水剂10份，混合后送入V型混料机中进行均化制得固化剂成品备用。
将固化剂与含水率70%的淤泥按照质量比1:4搅拌均匀，装入70mm×70mm×70mm的立方体试模，覆盖塑料薄膜，在常温下进行养护，测试不同龄期下固化体的抗压强度。测试结果见表4：
表4 对比例2土壤固化土抗压强度
。
Claims (11)
1.一种用于高含水率淤泥的固化剂，由以下重量份的组分组成：P·O42.5水泥500-550份、酸处理后的工业废渣粉200-250份、锂渣粉150-250份、硫酸钠100-120份、聚羧酸减水剂10-15份；所述的酸处理后的工业废渣粉是具有多孔结构的颗粒，比表面积在600-700m2/kg，且含有以下百分含量的成分：46-52%的SiO2、8-12%的FeSO4、20-28%的Al2O3、16-22%的CaSO4；所述的酸处理后的工业废渣粉是将铜极泥、锌渣复合有色冶炼固废投入到富氧熔炼池提取稀散金属后，先在含硫酸的废酸性溶液中反应，然后水洗和沉淀，最后粉磨至600-700m2/kg得到的酸处理后的工业废渣粉，其中SiO2质量百分比为46-52%、FeSO4的质量百分比为8-12%、Al2O3的质量百分比为20-28%、CaSO4的质量百分比为16-22%。
2.如权利要求1所述的固化剂，其特征在于：由以下重量份的组分组成：P·O42.5水泥500-520份、（1）所得的废渣粉215-230份、锂渣粉150-175份、硫酸钠100-110份和聚羧酸减水剂10-12份。
3.如权利要求1所述的固化剂，其特征在于：由以下重量份的组分组成：P·O42.5水泥500份、（1）所得的废渣粉225份、锂渣粉160份、硫酸钠105份和聚羧酸减水剂10份。
4.如权利要求1所述的固化剂，其特征在于：所述的锂渣粉比表面积为600-700m2/kg；所述的锂渣粉中，SiO2质量百分比为50-55%、Al2O3的质量百分比为18-24%、CaSO4的质量百分比为10-14%。
5.一种利用酸处理后工业废渣制备高含水率淤泥固化剂的方法，包括如下步骤：
（1）将酸处理后工业废渣放入球磨机中粉磨20-30min后得到表面积为600-700m2/kg的废渣粉；
（2）按重量份计，将P·O42.5水泥500-550份、（1）所得的废渣粉200-250份、锂渣粉150-250份、硫酸钠100-120份、聚羧酸减水剂10-15份混合均化；即得到可用于高含水率淤泥的固化剂。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：（1）所述的酸处理后工业废渣指的是将铜极泥、锌渣等复合有色冶炼固废投入到富氧熔炼池提取稀散金属后，先在含硫酸的废酸性溶液中反应，然后经水洗和沉淀，得到的酸处理后的工业废渣。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于：（1）所述的酸处理后工业废渣中，SiO2质量百分比为46-52%、FeSO4的质量百分比为8-12%、Al2O3的质量百分比为20-28%、CaSO4的质量百分比为16-22%。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤（2）是按重量份计，将P·O42.5水泥500-520份、（1）所得的废渣粉215-230份、锂渣粉150-175份、硫酸钠100-110份和聚羧酸减水剂10-12份混合均化，得到所述的可用于高含水率淤泥的固化剂。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤（2）是按重量份计，将P·O42.5水泥500份、（1）所得的废渣粉225份、锂渣粉160份、硫酸钠105份和聚羧酸减水剂10份混合均化，得到所述的可用于高含水率淤泥的固化剂。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的锂渣粉比表面积为600-700m2/kg；所述的锂渣粉中，SiO2质量百分比为50-55%、Al2O3的质量百分比为18-24%、CaSO4的质量百分比为10-14%。
11.权利要求1-4任意一项所述的固化剂在淤泥固化处理中的应用，所述的淤泥固化处理中，按重量份计，在每100份淤泥中掺入5-50份所述的固化剂。
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