[发明专利]一种铝基胶凝固化剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及一种铝基胶凝固化剂、制备方法及其应用。

背景技术

地表水体受纳的水流包括城市地表径流、处理后生活污水和工业废水，这些水流中所夹带的颗粒状物质和溶解性物质，在一定的水力条件以及化学、生物作用下会发生沉降，转变为水体沉积物。水体沉积物在形成过程中，通过吸附、络合、化学反应等一系列物理化学作用，将进入水体的重金属聚集起来，当水与沉积物界面的环境条件发生变化时，富集在沉积物中的重金属污染物又会重新释放出来，成为水环境的内源污染，对水体生态环境与水流自然流动造成了严重威胁，底泥疏浚已成为水环境综合治理中不可或缺的重要环节，也是削减地表水体内源污染最为直接有效的方式。

水泥系脱水固化剂(水泥、石灰、石膏及其它钙镁盐、钙镁氧化物)由于其低廉的价格、较强的粘结能力以及水化反应产生碱度，对重金属等无机污染物的稳定化作用而成为目前较为主流的底泥脱水固化剂。另外，也有研究基于粉煤灰、废石膏等工业废物与水泥组成部分相似的特点，将工业废物改性后应用于底泥固化/稳定化的处理技术。现有底泥脱水固化技术能在一定程度上提高底泥力学强度，但普遍存在投加量过高(通常含水率大于90％底泥湿重的10％)、增容比较大、对底泥pH值影响范围较大、处置过程可能引入二次污染、固化底泥资源化利用途径较少等问题。而底泥潜在的资源化利用方式包括烧制多孔砖、烧制水泥熟料等普遍存在能源消耗量大、处理规模小、难以大规模消纳待处理底泥等缺点。高速公路路基填充所需土方量巨大，每公里所需土方量约6.5万m³，但新鲜黏土的开挖会造成水土流失、植被破坏，对生态平衡以及农林业的发展都造成了极为不利的影响。

疏浚底泥具有产生量大、含水率高、重金属及持久性有机污染物含量较高且浸出风险较大等危害，现有处置方式以租用堆场临时堆放为主，未能实现疏浚底泥的有效资源化利用，且由于堆放场地未进行防渗处理，底泥中重金属等污染物对周围水体及土壤存在着严重的环境污染风险。因此，针对底泥固化稳定化后作为工程建设填充用土的力学性能要求，开发低成本、高效率的疏浚底泥脱水固化技术，拓展疏浚底泥资源化利用途径，对于实现底泥安全处理处置具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种增容比小、价格低廉的铝基胶凝固化剂。

本发明的另一个目的是提供一种上述铝基胶凝固化剂的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种利用上述铝基胶凝固化剂处置疏浚底泥的方法，可以使疏浚底泥作为填充材料得到资源化再利用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种铝基胶凝固化剂，由以下质量比的组分制成：

铝酸钙：硫铝水泥：早强助凝剂＝(1～3):(6.5～8.5):0.5。

所述铝酸钙中CaO、Al₂O₃质量分数比为1:1，分子式为12CaO·7Al₂O₃。

所述早强助凝剂为无水CaSO₄或甲酸钙。

本发明还提供了一种上述铝基胶凝固化剂的制备方法，包括以下步骤：

实验室制备方法采用落锥法：将质量比为(1～3):(6.5～8.5):0.5的铝酸钙、硫铝水泥和早强助凝剂研磨，过筛，混合堆积成圆锥状，然后压平，将四周样品向中心堆积再次形成圆锥后压平，如此反复若干次得到铝基胶凝固化剂；

工业制备方法采用球磨机，将铝酸钙、硫铝水泥、早强助凝剂分别充分研磨，过筛网后，按照铝酸钙：硫铝水泥：早强助凝剂的质量比为(1～3):(6.5～8.5):0.5直接投加于疏浚底泥中。

所述实验室制备方法中的过筛是0.08mm的筛。

所述工业制备方法中的过筛是2mm的筛。

本发明还提供了一种利用上述铝基胶凝固化剂处置疏浚底泥的方法，包括以下步骤：

将疏浚底泥的泥浆中的垃圾砂石分离，然后加入阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)使疏浚底泥浓缩脱水，加入铝基胶凝固化剂混合搅拌，同时加入减水剂搅拌混合均匀，脱水固化后进行稳定化养护，处理后疏浚底泥达到路基回填土性能要求。

所述疏浚底泥的含水率≥95％。

所述阳离子型聚丙烯酰胺的投加量为疏浚底泥湿基质量的0.2％。

所述疏浚底泥浓缩脱水后含水率≤90％。

所述铝基胶凝固化剂的投加量为浓缩脱水后疏浚底泥湿基质量的1％。