[发明专利]一种改性磷矿尾砂路基填料及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于路基填料技术，特别是涉及一种改性磷矿尾砂路基填料及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

发明目的：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，本发明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：本发明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。