申請(qǐng)日2014.04.24
公開(公告)日2014.07.30
IPC分類號(hào)C04B11/30
摘要
本發(fā)明提供一種鈦石膏基復(fù)合凝膠材料的制備方法，以含水率為40-50%的鈦石膏為基礎(chǔ)原料，經(jīng)添加含鋁礦渣、水泥熟料和化學(xué)激發(fā)劑后制得鈦石膏復(fù)合膠凝材料。按重量份計(jì)，鈦石膏40份，礦渣48份，水泥熟料15份，化學(xué)激發(fā)劑1份。將鈦石膏基復(fù)合膠凝材料與污泥以質(zhì)量比為5~20:90~100，干化條件為在20±1℃下、濕度≥95%下進(jìn)行密封養(yǎng)護(hù)，干化湖泊污泥或城市淤泥。該方法工藝簡單，干化污泥含水率減少量逐漸增大，10天后，還能持續(xù)增大，干化污泥用作園林培植土就地利用。該工藝及方法可應(yīng)用于工業(yè)化。
權(quán)利要求書
1.一種鈦石膏基復(fù)合凝膠材料的制備方法，其特征在于：以含水率為40-50%的鈦石膏為基礎(chǔ)原料，經(jīng)添加含鋁礦渣、水泥熟料和化學(xué)激發(fā)劑后制得鈦石膏復(fù)合膠凝材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于：按重量份計(jì)，鈦石膏20-50份，礦渣40-50份，水泥熟料10-20份，化學(xué)激發(fā)劑1~5份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于：按重量份計(jì)，鈦石膏40份，礦渣48份，水泥熟料15份，化學(xué)激發(fā)劑1份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦石膏復(fù)合凝膠材料，其特征在于：鈦石膏在低于45℃的溫度下烘48h，破碎后在球磨機(jī)上球磨5~15min后過篩至150-200目，含鋁礦渣和水泥熟料分別在105±5℃烘干破碎，在球磨機(jī)上球磨20~30min后過篩至100-150目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于：所述的鈦石膏密度為2.4-2.5 g/cm3，pH為9.10-9.50，比表面積為780-820m2/kg。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于：所述的礦渣比表面積為900-940 m2/kg，水泥熟料的比表面積為300-350 m2/kg。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法，其特征在于：所述的化學(xué)激發(fā)劑為木質(zhì)素磺酸鈉(C20H24Na2O10S2)、草酸鈣(Ca2C2O4)、明礬石(KAl(SO4)2·12H2O)、三聚氰胺(C3H6N6)、三乙醇胺中的一種或多種。
8.一種鈦石膏基復(fù)合膠凝材料在干化污泥中的應(yīng)用，其特征在于：鈦石膏基復(fù)合膠凝材料與污泥以質(zhì)量比為5~20:90~100，干化條件為在20±1℃下、濕度≥95%下進(jìn)行密封養(yǎng)護(hù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鈦石膏基復(fù)合膠凝材料在干化污泥中的應(yīng)用，其特征在于：所述的污泥為湖泊污泥或城市淤泥。
說明書
一種鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法及在干化污泥中的應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法，并將該鈦石膏基復(fù)合膠凝材料應(yīng)用 到干化污泥上，尤其是湖泊、城市生活污泥。
背景技術(shù)
城市工業(yè)和居民生活水平快速提高，而環(huán)保意識(shí)的缺失，造成歷年來攜帶著大量的、未 得到有效控制的有毒、有害、有機(jī)和無機(jī)污染物的生活、工業(yè)污水進(jìn)入水體，在一系列的物 理、化學(xué)和生物作用下，通過沉積作用大量富集在湖底污泥里面。由于含有病原菌、寄生蟲 (卵)、重金屬及某些難降解的有機(jī)毒物，湖底污泥已成為水體中最大污染源。在波浪和潮水 作用，它們大多淤積在湖底、航道、岸灘等處，每年新產(chǎn)生的污泥有幾十億方，極大的影響 了生態(tài)環(huán)境和航道安全。在污染湖泊水質(zhì)改善中，湖底污泥的清理是一項(xiàng)必不可少的重要工 程技術(shù)手段，清除湖底污泥主要有農(nóng)用堆肥、填埋、焚燒、園林培植土和制作建材等幾種處 置及資源化方式，尤其是將湖底污泥干化制備園林培植土，可以在城區(qū)就地處置，解決了處 理污泥又解決了城市綠化用土運(yùn)費(fèi)高的問題。但是湖底底泥疏浚后并經(jīng)過濃縮、機(jī)械脫水后 含水率仍然高達(dá)70%～80%，因此，湖底污泥的有效干化是關(guān)鍵。
目前污泥干化技術(shù)主要有熱干化、生物干化和無機(jī)材料干化三種方式，其中以生物干化 問題多應(yīng)用很少，熱干化技術(shù)使用最為普遍，但其耗能高、投入設(shè)備大，也不便就地處理湖 底污泥，無機(jī)材料干化應(yīng)用比較多是石灰和水泥等進(jìn)行干化，但是干化時(shí)間長、干化后污泥 堿度高不利于制備園林培植土，另外石灰和水泥生產(chǎn)是需要煅燒的、資源也有限。另一方面， 作為我國涂料主要成分之一的鈦白粉的生產(chǎn)，每年將產(chǎn)生1000萬t左右的鈦石膏廢棄物，這些 廢物基本沒有資源化利用，除了極少數(shù)利用鈦石膏做復(fù)合膠凝材料、水泥緩凝劑和石膏-粉煤 目前污泥干化技術(shù)主要有熱干化、生物干化和無機(jī)材料干化三種方式，其中以生物干化問題 多應(yīng)用很少，熱干化技術(shù)使用最為普遍，但其耗能高、投入設(shè)備大，也不便就地處理湖底污 泥，無機(jī)材料干化應(yīng)用比較多是石灰和水泥等進(jìn)行干化，但是干化時(shí)間長、干化后污泥堿度 高不利于制備園林培植土，另外石灰和水泥生產(chǎn)是需要煅燒的、資源也有限。另一方面，作 為我國涂料主要成分之一的鈦白粉的生產(chǎn)，每年將產(chǎn)生1000萬t左右的鈦石膏廢棄物，這些廢 物基本沒有資源化利用，除了極少數(shù)利用鈦石膏做復(fù)合膠凝材料、水泥緩凝劑和石膏-粉煤灰 路基材料等方面之外，大多采用集中堆放，占用了大量的有限土地資源。本文采用鈦石膏改 性制備新型干化劑，對(duì)湖底污泥進(jìn)行干化，開展干化效果、干化污泥堿度和機(jī)理方面等研究， 可以以廢治廢，符合社會(huì)實(shí)際，具有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鈦石膏基復(fù)合膠凝材料的制備方法，并將該膠凝材料應(yīng)用到 干化污泥中。
鈦石膏基復(fù)合膠凝材料(TC)，由40%～50%鈦石膏、40%～50%礦渣、10%～20%水泥熟 料和1%化學(xué)激發(fā)劑組成。其中鈦石膏為原狀鈦石膏在45℃以下低溫烘干后磨細(xì)制備而成， 密度為2.40g/cm3～2.50g/cm3，pH為9.10～9.50，比表面積789.7m2/kg。礦渣比表面積321.3 m2/kg，水泥熟料比表面積334.6m2/kg，化學(xué)組成見表1。
表1主要原材料化學(xué)組成(%)
名稱 CaO SiO2 Al2O3 MgO SO3 Fe2O3 TiO2 燒失量 鈦石膏 27.2 2.3 1.1 0.44 36.1 9.1 3.8 17.2
稱取質(zhì)量為M(g)原污泥和ΔM(g)干化材料加入攪拌機(jī)中，攪拌4min后取出干化污泥。 將干化污泥和原始濕污泥，分別置于封閉容器中，在溫度20℃±1℃、濕度≥95%標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，至不同齡期時(shí)分別取樣測(cè)定污泥含水率。
單位干化劑自身引起污泥含水率減少量作為對(duì)比和衡量污泥干化效果的另一個(gè)指標(biāo)，即 污泥加入干化劑進(jìn)行干化和養(yǎng)護(hù)后，某一齡期條件下單位質(zhì)量干化污泥中由干化劑本身導(dǎo)致 的污泥含水率減少量。根據(jù)此定義，可將θ采用原污泥含水率、干化污泥含水率及材料摻量 三者進(jìn)行表示，如式(1-4)所示。
設(shè)濕污泥初始質(zhì)量為M(g)，其中水分的質(zhì)量為m(g)，摻加的干化材料質(zhì)量為ΔM(g)，養(yǎng) 護(hù)至某齡期時(shí)污泥-干化材料混合體系中水分的減少量為Δm/g，則
式中：w1為污泥初始含水率，w2為加入干化材料干化后污泥的含水率，η為材料摻量， 將w1和w2式代入計(jì)算得：
需要指出的是，按式(1-4)計(jì)算時(shí)，其中的Δm為體系中總的水分減少量，在本試驗(yàn)中， 可以近似于材料本身而導(dǎo)致的含水率減少程度。
取干化試樣放在稱至恒重的稱量瓶后放在45℃±3℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘至恒重，無 水乙醇終止水化，在60℃烘干至恒重，做XRD和SEM分析。X射線衍射儀為日本RIGAKU 公司生產(chǎn)的D/MAX-ⅢA型X射線衍射儀,步長0.02°，靶材為銅靶。掃描電鏡為日本株式 會(huì)社JSM-5610LV掃描電子顯微鏡。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
1.在有水條件下，化學(xué)激發(fā)劑能夠加速礦渣中礦物活性硅和鋁解聚分解和鈦石膏溶解，水 泥熟料迅速溶解并提供的堿性條件可以促進(jìn)各種具有膠凝性能物質(zhì)生成。隨著養(yǎng)護(hù)齡期 的增長，干化污泥含水率減少量逐漸增大但摻20%TC干化污泥含水率減少量在10天后 增長趨勢(shì)仍然很突出。
2.隨著養(yǎng)護(hù)齡期延長，摻20%TC的干化污泥的pH值下降明顯。干化污泥趨于pH=8時(shí)， 摻20%TC干化污泥需要養(yǎng)護(hù)到39天，干化污泥趨于中性或弱堿性時(shí)間越短，越有利于 干化污泥用作園林培植土就地利用。
3.TC能有效干化污泥，在于水化后能生成鈣礬石、水化硅酸鈣等大量含結(jié)晶水的水化產(chǎn)物， 而鈣礬石的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)與水化硅酸鈣之間的密集連生和交叉結(jié)合使干化污泥形成了一種 結(jié)晶網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，污泥中固體顆粒及部分未反應(yīng)完的礦渣則作為微集料填充在其間，水 化產(chǎn)物的生成徹底改變了原污泥松散凝聚的結(jié)構(gòu)體系，干化污泥中各相被牢固地粘結(jié)成 一個(gè)整體，污泥的耐水性大大提高。
