專利名稱：淤泥固化劑及使用淤泥固化劑的淤泥固化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種淤泥固化劑及使用淤泥固化劑的淤泥固化方法。
背景技術：
河道疏浚、湖泊清淤過程中產(chǎn)生大量的淤泥，為處理這些淤泥，往往需要大量的人 カ和資源，現(xiàn)有技術中，處理這些淤泥的方法主要有兩種一是找到專用的填埋場地，將淤泥堆放，然后再吹沙充填，然而，此種方法的弊端是需要大量的專門填埋場地，同時耗費人力，運輸成本高；另一種處理方法則是在淤泥中加入固化劑固化，CN98113594. 3公開了ー 種土壤固化劑，其使用78-85%的礦渣或礦渣組合物、10-25%的堿性激發(fā)劑、0. 01-0. 15%的表面活性劑進行土壌處理，然而，由于此配方組份中缺少水泥等固化劑，其固化效果，對于含水率較高的土壌來說，效果會大打折扣。另外，現(xiàn)有技術強調加入固化劑對淤泥或土壌的力學強度如無側限抗壓強度進行提升，然而，淤泥的弱酸性會給環(huán)境造成一定的危害，其并未引起人們足夠的重視。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的第一個技術問題是提供一種淤泥固化劑，用于高效地固化淤泥。本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是提供ー種使用淤泥固化劑的淤泥固化方法， 用于高效地固化淤泥。為了解決第一個技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案是 該淤泥固化劑按以下方法制成
首選將包括可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七種成份混合，在不低于可膨脹石墨膨脹的溫度下，使可膨脹石墨膨脹，并攪拌混合物，得到半成品；
在半成品中加入包括膨脹樹脂和水玻璃在內的兩種成份一起攪拌充分混合，制成固化劑。優(yōu)選地所述可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰六種成份的質量份數(shù)為可膨脹石墨2(Γ40，水泥10 30，粉煤灰1(Γ20份，炭黑0.廣5，硅粉廣20，瓷土 5 30，生石灰5 10?？膳蛎浭谂蛎浐?，體積膨脹數(shù)十倍至數(shù)百倍，形成類似于絮狀物的疏松多孔松散物質。市面上的可膨脹石墨有膨脹度60、100、200、250、300ml/g等等不同的程度規(guī)格。 膨脹后的可膨脹石墨內形成眾多松散的粗大孔隙，絮狀的石墨絮狀物被攪拌切斷后會形成獨立的隨行単體，這些單體上均附著有其它混合物。可膨脹石墨膨脹的膨脹溫度有其內摻雜的成份以及結構來決定。可膨脹石墨主要是起到粉末載體的作用，混合物在混合水份后會顯得更加粘稠。而且吸水物質如水泥、粉煤灰、生石灰等的一部分深藏入可膨脹石墨的孔隙中，形成寄生現(xiàn)象，對于淤泥中水份，除了一些水本身會被膨脹石墨(可膨脹石墨膨脹后的稱呼)吸附以外，還會慢慢伸入孔隙與其中的ー些寄生物質發(fā)生化學反應，進一步吸收水份。這樣的結構形成ー個物理吸水和化學吸水兩種同時存在的方式。在物理吸水過程中， 淤泥中的水份沿著膨脹石墨表面分布擴展到其內孔隙中寄生顆粒中，寄生顆粒與水發(fā)生反應，將水份子完全結合，如生石灰吸水后變成氫氧化鈣；水泥吸水后變成碳酸鈣。這樣的吸收淤泥中水份的方式，可以更充分和均勻的吸收淤泥中水份，不會形成局部吸收不足，殘存水份，而局部固化劑作用不充分，發(fā)生結塊的現(xiàn)象?？膳蛎浭哂辛己玫膶嵝裕谑褂锰柤铀儆倌嗝撍臅r候，其可以將熱量更快速的傳導到淤泥中各個部分，加速固化劑與淤泥中水份的結合，以及淤泥中水份吸熱蒸發(fā)。由于膨脹石墨比重小，使用很輕量的膨脹石墨就可以達到良好的傳熱效果，如果采用石墨粉傳導，則需要耗費太多。淤泥中，能夠構成流動的水份很容易被膨脹石墨及其內寄生物質吸收，淤泥初歩固化定型非常明顯。淤泥中剩下的水份，通過其它成份慢慢吸收，以及對初步定型固化的淤泥切塊放在太陽下暴曬，加快淤泥固化效率。同時成型的、具有一定硬度的淤泥有利于進ー步加以利用也更加方便，如用作磚的材料。水泥的作用是增加淤泥的膠黏性，使淤泥粘合在一起，并使淤泥硬化，因此其在固化劑中比例可以比較大。粉煤灰包括很多密實顆粒，其粒徑非常小，會發(fā)生水化作用，除此以為還存在多孔結構物質。粉煤灰內含ー些金屬氧化物可以與水發(fā)生反應，因此，其可以吸水。粉煤灰可以很好的填充膨脹石墨中孔隙中，由于其內也存在多孔結構，其可以作為更小顆粒的ニ級寄生載體。粉煤灰在膨脹石墨的孔隙中吸收水份的水份的時候存在物理吸水和化學吸水兩種方式。由于粉煤灰是用于寄生在膨脹石墨中的，因此，其用量不宜多，應少于膨脹石墨的用里。炭黑顆粒小，其也具有很好的吸水性。炭黑作為輔料主要是用于彌補膨脹石墨中存在孔隙的導熱率下降、碳性減弱的不足。其可以很好的分布在膨脹石墨的孔隙中，増加其碳密度。此外，炭黑可以增加淤泥的黒色程度，使其更容易吸收陽光，加快固化，特別是夏天，炭黑的著色功能就貢獻顯著?？梢钥闯鎏亢谠谶@里是起到調節(jié)作用的，但是仍然不能忽視其具有吸水的性能。硅粉成份主要為ニ氧化硅粒子，其顆粒直徑非常小，平均粒度達到納米級。硅粉主要是配合水泥使用，其可以提高水泥的性能，因此，其根據(jù)水泥的用量而進行調整設計。瓷土，其粘度適中，用于填充膨脹石墨的孔隙和混合在淤泥中，提高膨脹石墨和淤泥的強度，除此以外，瓷土具有良好的導熱性，大量使用在淤泥中，可以加速太陽熱的傳遞。 其有助于斷裂后的膨脹石墨段體之間的導熱。在不需要導熱固化的情況下，瓷土可以用等量的石膏替代。石膏有強化淤泥硬度的作用。由于水泥是本發(fā)明固化劑中必須的材料，瓷土和石膏均可以作為水泥的緩凝劑使用。但是由于瓷土是陶瓷的原料，其具有特殊高溫晶變的特性。在淤泥中加入瓷土，則對于這樣的淤泥來說，在固化后，可以將其切塊回收利用， 即燒制成泥陶磚，或者做成各種泥陶制エ藝品等。生石灰，其主要是用于吸水，并產(chǎn)生大量熱量，使淤泥處于ー個溫度較高的環(huán)境中，溫度較高有利于提高微粒之間的化學反應速度和效果，以及也可以加速水份的蒸發(fā)。其還用于調節(jié)淤泥的酸度，使環(huán)境呈堿性。當生石灰顆粒存在于膨脹石墨的孔隙中的時候，其可以吸收由膨脹石墨表面擴散過來的水份，并與之反應產(chǎn)生熱量，熱能蒸發(fā)周圍的水份，這個過程能夠加速水份在膨脹石墨的孔隙中的擴散速度，有利于其它吸水物質吸收水份。
膨脹樹脂用于吸收淤泥中對于固化劑其它成份來說不能吸收的過量的水。由于可膨脹石墨主要是用于作為其它吸水物質的寄生載體，其吸水能力有限。對于含水量不同的淤泥，并不完全適用。為了適應更寬含水量范圍的淤泥，加入一定量的膨脹樹脂作為對可膨脹石墨的補充顯得尤為必要。但是膨脹樹脂吸水后柔軟松散，其會減弱淤泥的硬度，即抵消膨脹石墨對淤泥產(chǎn)生的硬度影響。為了加強淤泥的硬度，因此，加入水玻璃作為淤泥的硬度調節(jié)。水玻璃同時可以吸收一部分的水。優(yōu)選地所述膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉或聚丙烯酰胺。優(yōu)選地所述膨脹樹脂與水玻璃的質量份數(shù)為膨脹樹脂廣3，水玻璃廣10。一般水玻璃的用量比膨脹樹脂要大ー些。膨脹樹脂膨脹后每ー個顆粒都成為ー個獨立的吸水團，而且其是吸水才膨脹，與可膨脹石墨不同，且吸水后不容易脫水，吸水效果好。但是由于其成顆粒狀，吸水后的團之間沒有關聯(lián)，因此，會造成淤泥變得松散，淤泥固化后容易開裂成塊或粉末。優(yōu)選地所述可膨脹石墨的的膨脹溫度范圍為20(Γ400攝氏度?？膳蛎浭臏囟纫泊嬖?00度以及以上的，例如500度。優(yōu)選地在所述固化劑中還混合有海鹽，海鹽的質量份數(shù)為0.廣3。海鹽中還有大量吸水鹽，有利于吸收淤泥中的水，另外，海鹽脫水后形成無固定形的多晶，容易使附著物板結，即增加淤泥固化和成型，避免松散。海鹽中鹽成份復雜，其在反復脫水和吸水過程中晶體不斷根據(jù)環(huán)境發(fā)生重復結晶，結晶體隨著附著物的形體而變化，這種結構可以強化淤泥在與固化劑混合脫水后的板結效果。優(yōu)選地在所述七種成份的混合物中還添加有芒硝，或者在后續(xù)添加的兩種成份中再加入無水硫酸鈉；固化劑中的無水硫酸鈉的質量份數(shù)為0.廣3。芒硝用于吸水，其可以在較低溫(三十幾攝氏度)下脫水，即在淤泥攪拌過程中的溫度下保持吸水脫水的平衡，這個吸水脫水的平衡使芒硝成為ー種催化劑，將水分子中轉的作用。芒硝有很好的吸水性， 其可以替換海鹽，作為人工添加物。其如果配合海鹽使用，可以彌補海鹽作用的效率低的不疋。為了解決上述第二個技術問題，本發(fā)明提出ー種使用淤泥固化劑的淤泥固化方法，包括以下步驟
1)將淤泥過篩；
2)將過篩后的淤泥與淤泥固化劑混合均勻。該淤泥固化劑按以下方法制成首選將包括可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七種成份混合，在不低于可膨脹石墨膨脹的溫度下，使可膨脹石墨膨脹，并攪拌混合物，得到半成品；在半成品中加入包括膨脹樹脂和水玻璃在內的兩種成份一起攪拌充分混合，制成固化劑。其中，淤泥固化劑還可以包括以下優(yōu)選方案
優(yōu)選方式所述可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰六種成份的質量份數(shù)為可膨脹石墨20 40，水泥10 30，粉煤灰10 20，炭黑0.廣5，硅粉廣20，瓷土 5 30，生石灰5 10。優(yōu)選方式所述膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉或聚丙烯酰胺。優(yōu)選方式所述膨脹樹脂與水玻璃的質量份數(shù)為膨脹樹脂廣3，水玻璃廣10。優(yōu)選方式所述可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為20(Γ400攝氏度。
優(yōu)選方式在所述固化劑中還混合有海鹽，海鹽的質量份數(shù)為0.廣3。優(yōu)選方式在所述七種成份的混合物中還添加有芒硝，或者在后續(xù)添加的兩種成份中再加入無水硫酸鈉；固化劑中的無水硫酸鈉的質量份數(shù)為0.廣3。使用淤泥固化劑的淤泥固化方法進ー步優(yōu)選地所述的淤泥與固化劑的質量比為水泥纊11比上固化劑0.5 2。固化劑用量太多會増加成本，太少會減弱效果。ー個優(yōu)選地實施例為水泥為10份，固化劑為1份。優(yōu)選地淤泥與固化劑的混合溫度為1(Γ90攝氏度，混合完成后放入太陽光下照射固化完全。太陽下曬可以減小成本，夏天炎熱情況下，效率更高，而且可以利用炭黑吸熱的優(yōu)勢。10攝氏度是冬天環(huán)境下，固化劑具備活性的ー個重要條件，如果低于10度，固化劑中的膨脹樹脂膨脹效果變差，更低溫度下，水會結冰。90攝氏度是夏天太陽直射地面積熱后可能產(chǎn)生的溫度。溫度的選擇要考慮固化劑中的成份活性。例如芒硝，三十幾度就處于吸水、脫水的快速調整平衡階段，七十幾度，生石灰吸水后生產(chǎn)的石膏又開始脫水。鹽類在吸水脫水過程中會發(fā)生水分子交流，以及結晶形狀會不斷發(fā)生變化，進而作用淤泥板結成型。 由于很多鹽呈現(xiàn)白色，其會反光，阻礙吸收太陽光，因此，適當増加炭黑有助于增加太陽光的吸收，提高淤泥內部的溫度，加速水份被吸收和蒸發(fā)。本發(fā)明的有益效果是將本發(fā)明的淤泥固化劑加入到淤泥中，可以使淤泥含水率低，固化效果好，效率高，且能夠解決淤泥的弱酸性問題。
具體實施例方式本發(fā)明提出的一種淤泥固化劑，按以下方法制成首選將包括可膨脹石墨、水泥、 粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七種成份混合，在不低于可膨脹石墨膨脹的溫度情況下， 使可膨脹石墨膨脹，并攪拌混合物，得到半成品；在半成品中加入包括膨脹樹脂和水玻璃在內的兩種成份一起攪拌充分混合，制成固化劑?？膳蛎浭?、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、 瓷土和生石灰六種成份的質量份數(shù)為可膨脹石墨20、0，水泥1(Γ30，粉煤灰1(Γ20，炭黑 0.廣5，硅粉廣20，瓷土5 30，生石灰5 10。膨脹樹脂與水玻璃的質量份數(shù)為膨脹樹脂廣3， 水玻璃廣10。使用淤泥固化劑的淤泥固化方法，包括以下步驟 1)用鉤機將淤泥過篩子；篩子可以為例如Icrn的規(guī)格。2)將過篩后的淤泥與固化劑按照質量比混合均勻。淤泥與固化劑的質量比為7jC 泥10，固化劑0. 5 2。下面再結合實施例來說明淤泥固化劑的配方
以下通過實施例對本發(fā)明的固化劑以及固化劑的使用方法進行說明，但是本發(fā)明的保護范圍不限于以下提供的實施例以及公開的數(shù)值范圍，其它可以邏輯推知的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍內。實施例1
淤泥固化劑由可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土、生石灰、膨脹樹脂與水玻璃 9種材料組成。它們的質量分數(shù)分別為可膨脹石墨22、水泥10、粉煤灰20、炭黑5、硅粉20、瓷土 5、生石灰5、膨脹樹脂3與水玻璃10。
按上述質量分數(shù)將可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰混合，然后使可膨脹石墨膨脹后再攪拌混合，得到半成品。然后向半成品中加入百分之三的膨脹樹脂和百分之十的水玻璃，制成固化劑。這個步驟在上述步驟之后，是為了避免膨脹樹脂受熱變性和水玻璃脫水。實施例2
淤泥固化劑與實施例1的區(qū)別在于
它們的質量分數(shù)分別為可膨脹石墨40、水泥15、粉煤灰10、炭黑0. 1、硅粉1、瓷土 15、 生石灰16. 9、膨脹樹脂1與水玻璃1。在這個實施例的變形方案中，可以增加海鹽3份，同時減少3份瓷土。實施例3
淤泥固化劑與實施例1的區(qū)別在于
它們的質量分數(shù)分別為可膨脹石墨20、水泥30、粉煤灰12、炭黑2、硅粉10、瓷土 14、 生石灰5、膨脹樹脂2與水玻璃5。實施例4:
淤泥固化劑與實施例1的區(qū)別在于
它們的質量分數(shù)分別為可膨脹石墨觀、水泥18、粉煤灰12、炭黑2. 5、硅粉10、瓷土 10、生石灰10、膨脹樹脂2、水玻璃7. 4與海鹽0. 1。按上述質量分數(shù)將可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土、海鹽和生石灰混合，然后使可膨脹石墨膨脹后再攪拌混合，得到半成品。然后向半成品中加入21的膨脹樹脂和7. 4%的水玻璃，制成固化劑。實施例5
淤泥固化劑與實施例1的區(qū)別在于
它們的質量分數(shù)分別為可膨脹石墨20、水泥15、粉煤灰10、炭黑4、硅粉5、瓷土 30、生石灰8、膨脹樹脂2、水玻璃2、海鹽1、芒硝2和石膏1。按上述質量分數(shù)將可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土、海鹽、芒硝和生石灰混合，然后使可膨脹石墨膨脹后再攪拌混合，得到半成品。然后向半成品中加入膨脹樹脂、石膏和水玻璃，制成固化劑。本實施例的變型方案中，可以采用芒硝0. 1份，同時改變硅粉為6. 9份；在另ー個變型實施例中，可以采用芒硝3份，同時改變硅粉為4份。另外，芒硝為十水硫酸鈉，可以換算成無水硫酸鈉進行添加。有關固化劑的組份，如果只有前述實施例1、2、3的9種組份一般是可以的。但是對于不同的淤泥成份，可以存在對上述9種組份的進ー步配伍，例如添加實施例4的海鹽等。除了上述5個實施例公開的組份以外，還可以添加其他的組份，但是從通用性來說，添加的組份并不能使各種淤泥達到最佳的固化效果。實施例廣3公開的組份應該是通用性比較好、效果比較理想的選擇。在一個優(yōu)選的實施方式中，淤泥與固化劑的混合溫度為1(Γ90攝氏度，例如溫度為60攝氏度?；旌贤瓿珊蠓湃胩柟庀抡丈涔袒耆?。自然室溫為20攝氏度左右，也可以達到較快的淤泥固化效果，但是陽光暴曬可以提高效率。淤泥固化溫度較低會導致化學反應降低，甚至停止和水結冰現(xiàn)象。
淤泥和固化劑的用量一般為10 :1。但是這個比例并不完全限定。如果環(huán)境溫度較高，如在太陽下，則可以減少固化劑的使用，即10份淤泥，最少可以使用0.5份固化劑。如果淤泥中水份較高，則考慮加多固化劑，如10份淤泥可以使用2份固化劑。如果固化劑份數(shù)需要再提高的話，就會增加成本，顯得不劃算了。上述份數(shù)為質量份數(shù)。將淤泥與固化劑混合之前需要用鉤機將淤泥過篩，篩子的網(wǎng)孔一般為Icm孔徑。對于沙質淤泥也可以采用更小的篩子，例如0. 5cm直徑網(wǎng)孔的篩子，或者對淤泥進行攪拌處理后過篩也可以采用更密的篩子。如果采用網(wǎng)孔更大直徑，如2cm，則可能意味著淤泥與固化劑的混合并不會很好，效果可能要打折扣，但是，由于固化劑中存在水泥，淤泥固化效果可能能夠保證基本要求。使用實施例1-5的固化劑對淤泥進行固化，對實施例1和實施例4進行抽樣檢測，分別檢測固化處理前，固化后淤泥(5日)，固化后淤泥(28日)的含水率，pH值，所得的檢測結果(檢測的標準為《城市污水處理廠污泥檢驗方法》CJ/T 221-2005)如下
表檢測結果
權利要求
1.一種淤泥固化劑，其特征在于按以下方法制成首選將包括可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七種成份混合，在不低于可膨脹石墨膨脹的溫度情況下，使可膨脹石墨膨脹，并攪拌混合物，得到半成品；在半成品中加入包括膨脹樹脂和水玻璃在內的兩種成份一起攪拌充分混合，制成固化劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的淤泥固化劑，其特征在干所述可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰六種成份的質量份數(shù)為可膨脹石墨20 40，水泥10 30，粉煤灰10 20，炭黑0.廣5，硅粉廣20，瓷土 5 30，生石灰5 10。
3.根據(jù)權利要求1所述的淤泥固化劑，其特征在干 所述膨脹樹脂為聚丙烯酸鈉或聚丙烯酰胺。
4.根據(jù)權利要求1所述的淤泥固化劑，其特征在干所述膨脹樹脂與水玻璃的質量份數(shù)為膨脹樹脂廣3，水玻璃廣10。
5.根據(jù)權利要求1所述的淤泥固化劑，其特征在于所述可膨脹石墨的膨脹溫度范圍為20(Γ400攝氏度。
6.根據(jù)權利要求1所述的淤泥固化劑，其特征在于在所述固化劑中還混合有海鹽， 海鹽的質量份數(shù)為0.廣3。
7.根據(jù)權利要求1所述的淤泥固化劑，其特征在于在所述七種成份的混合物中還添加有芒硝，或者在后續(xù)添加的兩種成份中再加入無水硫酸鈉；固化劑中的無水硫酸鈉的質量份數(shù)為0.廣3。
8.ー種使用淤泥固化劑的淤泥固化方法，包括以下步驟1)將淤泥過篩；2)將過篩后的淤泥與所述權利要求1至7中任一項的淤泥固化劑混合均勻。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于所述的淤泥與固化劑的質量比為水泥 10，固化劑0. 5 2。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于淤泥與固化劑的混合溫度為1(Γ90攝氏度，混合完成后放入太陽光下照射固化完全。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種淤泥固化劑及使用淤泥固化劑的淤泥固化方法，涉及淤泥處理領域，該淤泥固化劑按以下方法制成首選將包括可膨脹石墨、水泥、粉煤灰、炭黑、硅粉、瓷土和生石灰七種成份混合，在不低于可膨脹石墨膨脹的溫度情況下，使可膨脹石墨膨脹，并攪拌混合物，得到半成品；在半成品中加入包括膨脹樹脂和水玻璃在內的兩種成份一起攪拌充分混合，制成固化劑。本發(fā)明的淤泥固化劑加入到淤泥中，可以使淤泥含水率低，解決淤泥的弱酸性問題。
文檔編號C04B28/00GK102557545SQ201210012249
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權日2012年1月16日
發(fā)明者馬翔 申請人:廣州珞珈環(huán)境技術有限公司