本發(fā)明屬于防沙固沙技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種綠色環(huán)保的無機(jī)固沙材料及其制備方法，特別涉及一種利用產(chǎn)量大但利用率低的煤基固體廢棄物以及自然界廣泛分布、儲量豐富的沙為主要成分，與水復(fù)合形成的高效、低成本、環(huán)境友好并能在1-5年內(nèi)降解為無毒無害物質(zhì)的漿態(tài)固沙材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國是世界上荒漠化、沙化面積最大的國家，根據(jù)第四次全國荒漠化和沙化狀況公報，截至2009年底，我國荒漠化土地總面積262.37萬平方公里，占國土總面積的27.33％；沙化土地面積為173.11萬平方公里，占國土總面積的18.03％，而且還有31萬平方公里具有明顯沙化趨勢的土地。我國荒漠化地區(qū)自然條件惡劣，林草植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境相對脆弱，土地沙化等荒漠化問題直接威脅國家生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，防沙治沙是我國生態(tài)保護(hù)與建設(shè)中的一項長期而又艱巨的任務(wù)。
我國現(xiàn)有的固沙技術(shù)主要分為四大類：工程固沙、植物固沙、化學(xué)固沙以及綜合固沙。工程固沙通常的方法是在沙丘上設(shè)置沙障，能夠減小風(fēng)速和改變風(fēng)沙的吹蝕方向，以起到阻沙、固沙的作用。植物固沙是通過在沙漠地區(qū)種植植被，從而有效地抑制沙漠進(jìn)一步侵蝕，達(dá)到改善沙漠生態(tài)環(huán)境的效果。植物固沙技術(shù)是目前沙漠治理中最普遍的技術(shù)，具有持久、有效、穩(wěn)定等特點?；瘜W(xué)固沙就是采用化學(xué)方法以及化學(xué)材料，在比較容易發(fā)生風(fēng)沙化的沙漠地區(qū)建造沙漠固結(jié)層，此固結(jié)層能夠有效地防止風(fēng)沙的吹蝕和保持沙地水分，從而能起到防止風(fēng)沙侵蝕的作用。此外，其還能夠改善沙漠表層土地性質(zhì)，達(dá)到控制沙漠蔓延、改善沙漠環(huán)境的目的。綜合固沙就是將多種固沙技術(shù)結(jié)合起來使用，目前常采用的有“工程－植物”綜合固沙技術(shù)、“化學(xué)－植物”綜合固沙技術(shù)及“化學(xué)－植物－工程”綜合固沙技術(shù)等。
化學(xué)固沙劑主要包括以下5大類：水泥漿類、水玻璃類、石油產(chǎn)品類、高分子高吸水樹脂類和合成高分子類。水泥漿的固沙機(jī)理是通過水泥漿使沙面表層凝固成固結(jié)層，覆蓋沙面表層，從而起到固沙的作用。水泥漿保水能力較差，凝結(jié)時間長，流動性差，抗折強(qiáng)度低，硬化后易龜裂、干縮，從而失去固沙和保水作用，因此一般很少單獨使用其進(jìn)行固沙。水玻璃具有廉價、無毒等優(yōu)點，使用時間較長。但是又因其反應(yīng)時間較短，滲透性不好，固化反應(yīng)不充分，固結(jié)層強(qiáng)度較低，容易受到外界環(huán)境的影響，并易引發(fā)二次堿污染，故此類固沙劑的應(yīng)用也不是很廣泛。石油產(chǎn)品類固沙劑的原理是將固沙劑噴灑于沙漠表層，由于沙粒本身具有粘連作用，從而能夠使沙層表面固結(jié)起來。原油、瀝青等是常用的石油類固沙劑，其施工簡便，將這些產(chǎn)品加熱融化后配成乳化液，直接噴灑于沙層表面，便可起到固沙的作用。乳化瀝青是目前世界各國化學(xué)固沙材料中應(yīng)用最廣泛的，此類固沙劑的成本低并且原料來源廣泛，但其容易發(fā)生老化、風(fēng)蝕，滲透性較差，穩(wěn)定性差，只能維持2～3年的時間。高分子高吸水樹脂類固沙材料的固沙原理是：其分子量很高，粘度較大，用它來固結(jié)沙漠，可使原本松散的沙粒膠結(jié)成較大的穩(wěn)定體，并且其具有較好的韌性，能夠起到固沙的作用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對當(dāng)前土地荒漠化的嚴(yán)峻形勢以及由煤基固廢的處理等問題帶來的環(huán)境污染，本發(fā)明目的在于提供一種摻入大量煤基固廢的，環(huán)保的，并可在1-5年內(nèi)降解的固沙材料、制備及其使用方法。
一種綠色可降解無機(jī)固沙材料的固沙方法，其特征在于：
無機(jī)固沙材料組分及含量分別為：
硅鈣渣 0～15wt％
粉煤灰 1～15wt％
工業(yè)礦渣粉 2～15wt％
脫硫石膏 0.5～10wt％
水泥 0.5～15wt％
固體集料 50～90wt％。
固沙方法包含以下步驟：
1、將赤泥即硅鈣渣、粉煤灰、工業(yè)礦渣粉、石膏、水泥按一定比例混合均勻，加入一定比例的水制成漿體，將固體集料加入漿體中制得固沙料漿；
2、將固沙料漿以條帶或網(wǎng)格狀噴灑在沙丘表面，形成5-15cm厚的綠色可降解無機(jī)固沙材料固沙層，在固結(jié)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行土壤改良并種植植被；在1-5年內(nèi)，固沙層會自動降解為無毒無污染的土壤組成部分，可繼續(xù)進(jìn)行土壤改良，同時減少人工建筑對沙漠生態(tài)環(huán)境的影響。
所述的工業(yè)礦渣用鋼鐵生產(chǎn)副產(chǎn)品水淬高爐渣或者水淬高爐渣中摻入如下工業(yè)廢渣：鋼渣、沸騰爐渣、錳鐵高爐礦渣、磷礦渣、鐵渣、錳礦渣等活性工業(yè)廢渣中的一種或某幾種的混合物。
所述的石膏用天然石膏、脫硫石膏及化工石膏中的一種或某幾種的組合。
所述的水泥是用普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥及高鋁水泥中的一種或幾種的組合。
所述的固體集料由下列中的一種或幾種組成：河砂、碎石、煤矸石、尾礦、風(fēng)積沙或戈壁砂；集料取2.8-4.75mm、1-2.8mm、1-2mm、0.5-1mm以及小于0.5mm的粒徑中的幾種進(jìn)行級配；不同的級配得到的固沙材料的力學(xué)性能不同，且對于調(diào)控固沙材料的降解時間起重要作用；若取粒徑為2.8-4.75mm、1-2.8mm、1-2mm、0.5-1mm以及小于0.5mm粒徑的集料進(jìn)行級配，則比例為1:1:1:1:1；若取1-2mm，0.5-1mm以及小于0.5mm粒徑的集料進(jìn)行級配，則比例為1:1:1或者1:1:2或者1:2:1；若取2.8-4.75mm、1-2.8mm以及小于0.5mm粒徑的集料進(jìn)行級配，則比例為1:1:1或為1:2:1；若取粒徑為2.8-4.75mm、1-2.8mm、0.5-1mm以及小于0.5mm粒徑的集料進(jìn)行級配，則比例為1:1:1:1；粒徑超過2cm的煤矸石和碎石需要進(jìn)行破碎篩分。
與現(xiàn)存的各種固沙材料相比，本發(fā)明的特點主要在于：利用年產(chǎn)量大且利用率低的工業(yè)固廢為原料，添加少量水泥后制備固沙材料，其水化產(chǎn)物主要為鈣礬石，對固沙材料的強(qiáng)度起了重要作用，可以很好地固住流沙，為植物的生長提供一個較好的環(huán)境。而且摻入大量的工業(yè)固廢可以減輕由于其堆放而帶來的環(huán)境污染。此外，本發(fā)明的固沙材料可在1-5年內(nèi)自行降解為對環(huán)境無害、無污染的物質(zhì)，可以在沙漠環(huán)境改善后減少人工建筑對沙漠生態(tài)環(huán)境的影響。
對本發(fā)明的固沙材料的性能進(jìn)行了實驗室研究，實驗結(jié)果表明本發(fā)明的固沙材料具有適宜的強(qiáng)度(3-10MPa)、良好的可降解性能(降解時間1-5年)和環(huán)境友好性能(浸出實驗中重金屬離子濃度低于飲用水標(biāo)準(zhǔn))。
具體實施方式
實施例1：
對某一沙漠進(jìn)行治理。將赤泥、粉煤灰、復(fù)合礦渣粉、42.5普通硅酸鹽水泥、脫硫石膏按2.5:2.3:3.5:1:0.7的比例先干拌混勻，再按0.75的固沙料漿的重量比濃度加入水?dāng)嚢杈鶆?，將煤矸石破碎篩分為0.5-1mm和1-2mm，與風(fēng)積沙(<0.5mm)以1:1:1比例混合并加入漿液中在混凝土攪拌機(jī)中拌和均勻，運送至指定地點，以平行條帶狀或井字狀方格的布局噴灑于沙地表面，形成12cm厚的固結(jié)層。
實施例2：
為防止沙丘遷移，對該沙丘進(jìn)行固沙施工。將硅鈣渣、粉煤灰、復(fù)合礦渣粉、32.5普通硅酸鹽水泥、脫硫石膏按0.5:1.55:1.5:1:0.45的比例先干拌混勻，再按0.85的固沙料漿的重量比濃度加入水?dāng)嚢杈鶆?，將煤矸石破碎篩分為0.5-1mm和1-2mm，與風(fēng)積沙(<0.5mm)以1:1:2的比例混合并加入漿液中在混凝土攪拌車中拌和均勻，運送至指定地點，以平行條帶狀或井字狀方格的布局噴灑于沙地表面，形成15cm厚的固結(jié)層。
實施例3：
綠色可降解無機(jī)固沙材料的制備方法，步驟如下：1)將赤泥、粉煤灰、復(fù)合礦渣粉、32.5普通硅酸鹽水泥、脫硫石膏按2:3.5:3:1:0.9的比例混合混勻；2)按0.8的固沙料漿的重量比濃度加入水并攪拌均勻；3)將煤矸石破碎篩分為2.8-4.75mm和1-2.8mm兩種粒徑，鐵尾礦破碎篩分為0.5-1mm粒徑，風(fēng)積沙(<0.5mm)，將這四種粒徑的集料以1:1:1:1混合均勻；4)將混合后的煤矸石、鐵尾礦風(fēng)積沙加入漿液中，在混凝土攪拌車中拌和均勻制備出固沙材料；5)將固沙材料運送至指定地點，以平行條帶狀或井字狀方格的布局噴灑于沙地表面，形成12cm厚的固結(jié)層。
實施例4：
綠色可降解無機(jī)固沙材料的制備方法，步驟如下：1)將硅鈣渣、粉煤灰、復(fù)合礦渣粉、32.5普通硅酸鹽水泥、脫硫石膏按1:1.5:0.3:1:0.3的比例混合混勻；2)按0.75的固沙料漿的重量比濃度加入水并攪拌均勻；3)將煤矸石破碎篩分為0.5-1mm和1-2mm兩種粒徑，與風(fēng)積沙(<0.5mm)以2:1:1混合均勻；4)將混合后的煤矸石和風(fēng)積沙加入漿液中，在混凝土攪拌車中拌和均勻制備出固沙材料；5)將固沙材料運送至指定地點，以平行條帶狀或井字狀方格的布局噴灑于沙地表面，形成12cm厚的固結(jié)層。