CN111205035B - 一种赤泥协同废水制备的回填料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及赤泥等废弃物的资源化技术领域，尤其涉及一种赤泥协同废水制备的回填料及其制备方法和应用。以重量份计，赤泥协同废水制备的回填料的原料包括以下组分：赤泥60‑90份，胶结剂5‑20份，减水剂0.5‑2.0份，激发剂2‑8份，废水40‑80份。赤泥自身含有氧化钙、氧化铝、氧化硅等具有潜在胶凝活性的成分，在激发剂及胶结剂作用下，可发生水化反应，提高结石体强度；而废水中虽然含有重金属元素、有机组分等污染因子，但是在水化硬化过程中，会以化学键合、物理封固等方式固定在路基回填料的结石体中，既实现了对污水的利用，又确保了填料中的污染因子不会泄露，使本发明的材料具有绿色环保的特点。
Description
技术领域
本发明涉及赤泥等废弃物的资源化技术领域，尤其涉及一种赤泥协同废水制备的回填料及其制备方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着我国经济的飞速发展，基础交通建设迎来建设高潮期。大量公路、高速公路、铁路的建设过程中会遭遇采空区等不良地质体，路基采空区回填需要大量的充填材料。目前水泥价格较高，提高了路基回填的工程造价，利用具有胶凝活性的工业固体废弃物进行路基回填具有广阔的市场前景。
赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的红色固体粉状废弃物。据估计，全世界每年排放的赤泥量约6000万吨，仅我国氧化铝生产过程中每年排出的赤泥量就达600万吨，全部露天堆存，并且大部分堆场坝体用赤泥构筑。赤泥堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。
在人类日常生活及生产过程中，工业及生活废水大量排放，造成了严重的环境污染。同时，在路基充填工程中，需要大量的水进行浆体制备。利用废水协同赤泥制备充填材料具有切实的理论及现实可行性，例如，专利文献CN108947435A公开的协同处置矿山重金属废水的矿山充填材料及其制备方法中，将赤泥、磷石膏、半水石膏、粉煤灰、石灰、激发剂、矿山重金属废水放入水泥搅拌机中搅拌5～40min，即得到充填矿井矿坑的充填材料。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出一种赤泥协同废水制备的回填料及其制备方法和应用。本发明以赤泥、废水、胶结剂及减水剂为原料制备路基回填料具有固废利用率高、强度高、结石体微膨胀、绿色环保的特点。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术手段为：
首先，本发明公开一种赤泥协同废水制备的回填料，以重量份计，其原料包括以下组分：赤泥60-90份，胶结剂5-20份，减水剂0.5-2.0份，激发剂2-8份，废水40-80份。
优选地，以重量份计，所述赤泥协同废水制备的回填料的原料包括以下组分：赤泥60-70份，胶结剂5-20份，减水剂0.8-1.0份，激发剂5-8份，废水40-60份。试验显示选择上述范围内的原料配比时，得到的回填料的性能更佳。
进一步地，所述赤泥包括拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥中的至少一种，所述赤泥经过烘干至含水率小于1％，粉磨至比表面积440-500m2/kg。赤泥自身含有氧化钙、氧化铝、氧化硅等具有潜在胶凝活性的成分，在激发剂及胶结剂作用下，通过铝硅酸盐组分的溶解、分散、聚合和脱水，发生水化反应硬化而成，提高结石体强度；而废水中虽然含有重金属元素、有机组分等污染因子，但在材料激发硬化的过程中废水中的重金属离子可以通过化学键合、物理封固等方式参与水化反应，并将重金属离子和有机物固定在路基回填料的结石体中，减少了有害物质的浸出，确保了材料的绿色环保，废水中的有机组分及无机离子(Ca2+)可以参与水化反应，具有提高力学强度和缩短凝结时间的作用。相对于背景技术中提及的专利文献中的技术方案，本发明的主要原材料为利用率极低且本质上不同于矿山重金属废水的工业高危废水，利用工业废水的特点和工业固体废弃物的协同固化两种固、液原材料中重金属离子，实现了固体和液体废弃物的同步资源化利用。
进一步地，所述胶结剂包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷酸镁水泥等中的至少一种。
进一步地，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂等中的至少一种。
进一步地，所述激发剂包括工业碱渣、氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃、脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等中的至少一种。
进一步地，所述废水包括赤泥压滤渗滤液、钢铁废水、化工有机废水、生活污水等中的至少一种。
其次，明本发明公开上述多固废高性能混凝土的制备方法：将赤泥粉、矿胶结剂、减水剂、激发剂和废水按照比例混合后搅拌均匀，即得。
进一步地，所述赤泥粉的制备方法为：将赤泥破碎烘干，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，即得。
进一步地，上述制备方法中，水灰比为0.6-1.0。
最后，本发明公开所述赤泥协同废水制备的回填料在建筑工程、道路工程、桥梁工程等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
(1)本发明的赤泥协同废水制备的回填料具有强度高、体积微膨胀、绿色环保及成本低廉等优点。
(2)本发明的赤泥协同废水制备的回填料能够大宗利用固废和废水，实现废弃物的资源化利用。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，赤泥、工业、生活废水等的大量排放和低利用率造成了大量的环境污染。因此，本发明提出了一种赤泥协同废水制备的回填料及其制备方法；现结合具体实施方式对本发明进一步说明。
第一实施例
一种赤泥协同废水制备的回填料的制备，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的各原料：拜耳法赤泥(购自山东魏桥创业集团有限公司)60份，硅酸盐水泥20份，聚羧酸减水剂1.0份，氢氧化钠8份，钢铁高盐废水(山东钢铁集团有限公司)40份。
Table 2.废水化学组成
(2)将步骤(1的)赤泥破碎烘干至含水率小于1％，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，得赤泥粉，将其和硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂、氢氧化钠和废水混合后搅拌10min，即得。
第二实施例
一种赤泥协同废水制备的回填料的制备，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的各原料：烧结法赤泥(购自山东魏桥创业集团有限公司)70份，硫铝酸盐水泥5份，萘系减水剂0.8份，硅酸钠5份，钢铁高盐废水60份。
(2)将步骤(1的)赤泥破碎烘干至含水率小于1％，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，得赤泥粉，将其和硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂、氢氧化钠和废水混合后搅拌10min，即得。
第三实施例
一种赤泥协同废水制备的回填料的制备，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的各原料：烧结法赤泥(购自山东魏桥创业集团有限公司)80份，铁铝酸盐水泥10份，萘系减水剂0.5份，硅酸钠2份，赤泥压滤渗滤液(山东魏桥创业集团有限公司)70份。
(2)将步骤(1的)赤泥破碎烘干至含水率小于1％，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，得赤泥粉，将其和硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂、氢氧化钠和废水混合后搅拌15min，即得。
第四实施例
一种赤泥协同废水制备的回填料的制备，包括以下步骤：
(1)称取以下重量份的各原料：烧结法赤泥(购自山东魏桥创业集团有限公司)90份，磷酸镁水泥18份，羧酸减水剂2.0份，脱硫石膏6份，化工有机废水(聚氨酯化工车间COD9500mg/L、电导率8400μs/cm、总碱度220mg/L、总硬度420mg/L、总铁0.2mg/L)80份。
(2)将步骤(1的)赤泥破碎烘干至含水率小于1％，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/Kg，得赤泥粉，将其和硅酸盐水泥、聚羧酸减水剂、氢氧化钠和废水混合后搅拌15min，即得。
性能测试
按照GBT1346—2011、GBT17671-1999标准测试实施例1-4制备的混凝土的各项性能指标，结果如表1所示。
表1
从表1的测试数据可以看出，采用本发明的技术方案制备的混凝土具有混凝土凝结时间短、力学强度高和体积膨胀率低的优势。这是因为赤泥自身含有氧化钙、氧化铝、氧化硅等具有潜在胶凝活性的成分，在激发剂及胶结剂作用下，可发生水化反应，提高结石体强度；而废水中的重金属元素、有机组分等污染因子在水化硬化过程中则以化学键合、物理封固等方式固定在路基回填料的结石体中，既实现了对污水的利用，又确保了填料中的污染因子不会泄露，使本发明的材料具有绿色环保的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种赤泥协同废水制备的回填料，其特征在于，以重量份计，所述回填料由以下组分组成：赤泥60-90份，胶结剂5-20份，减水剂0.5-2.0份，激发剂2-8份，废水40-80份；
所述赤泥经过烘干至含水率小于1％，粉磨至比表面积440-500m2/kg；
所述废水包括钢铁废水、化工有机废水、生活污水中的至少一种。
2.如权利要求1所述的赤泥协同废水制备的回填料，其特征在于，以重量份计，所述赤泥协同废水制备的回填料的原料包括以下组分：赤泥60-70份，胶结剂5-20份，减水剂0.8-1.0份，激发剂5-8份，废水40-60份。
3.如权利要求1所述的赤泥协同废水制备的回填料，其特征在于，所述赤泥包括拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥中的至少一种。
4.如权利要求1所述的赤泥协同废水制备的回填料，其特征在于，所述胶结剂包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、磷酸镁水泥中的至少一种。
5.如权利要求1所述的赤泥协同废水制备的回填料，其特征在于，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂中的至少一种。
6.如权利要求1所述的赤泥协同废水制备的回填料，其特征在于，所述激发剂包括工业碱渣、氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃、脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的至少一种。
7.权利要求1-6任一项所述的赤泥协同废水制备的回填料的制备方法，其特征在于，将赤泥粉、胶结剂、减水剂、激发剂和废水按照比例混合后搅拌均匀，即得。
8.如权利要求7所述的赤泥协同废水制备的回填料的制备方法，其特征在于，所述赤泥粉的制备方法为：将赤泥破碎烘干，然后放入球磨机中粉磨至比表面积为440-500m2/kg，即得。
9.如权利要求8所述的赤泥协同废水制备的回填料的制备方法，其特征在于，所述制备方法中，水灰比为0.6-1.0。
10.权利要求1-6任一项所述的赤泥协同废水制备的回填料在建筑工程、道路工程、桥梁工程领域中的应用。
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