CN113136213A - 利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，包括粉体组分和液体组分：粉体组分是由原料铝土矿选尾矿20～60%和钙质激发剂20～70%、辅助增强剂0～40%配制而成，上述百分比为原料的有效干质量百分比，总和为100%；液体组分是由聚乙烯醇－聚乙二醇与水按1:100的比例配制而成。本发明大量利用了铝土矿选尾矿等工业固废，加大了工业固废的利用率，符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对工业固废的资源化利用具有广泛而深远的意义。本发明制备的铝土矿选尾矿基土壤固化剂可替代水泥、石灰应用于道路路基改良处治，具有免煅烧，节能环保等优点，较水泥、石灰具有明显的价格优势，为铝土矿选尾矿等工业固废的资源化利用起到了积极的推动作用。

Description

利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂

技术领域

本发明涉及工业固废综合利用技术，尤其是涉及一种利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂。

背景技术

铝土矿选矿可在除杂的同时解决一水硬铝石与高岭土的分离，该过程会产出相当于原矿质量约20%~30%的尾矿，即铝土矿选尾矿，其中除少部分未分离的一水硬铝石外，主要为高岭土矿物，化学组分中含有氧化铝（35～50%），二氧化硅（31～46%）。这些尾矿的产生与堆积将浪费大量资源，增加了企业负担，对环境与社会也造成了危害。

我国铝工业发达，2019年产出约7283万吨氧化铝，同时产生约1821万吨尾矿，巨大的铝土矿尾矿堆积量可见一斑。铝土矿尾矿的堆存存在很多问题：（1）铝土矿尾矿堆积难度大，因为尾矿粒度小且沉降慢，粘度低，遇到大雨天就会形成泥浆，流向低势能区域，无法成堆，遇到大风容易产生扬沙，污染周边空气环境，为企业带来负担与难题；（2）铝土矿尾矿在流走和堆存过程中，尾矿自身所含的有害元素与选矿残留药剂将会渗透到周边，造成环境污染，不利于可持续发展。所以铝土矿尾矿的处置已经成为限制铝土矿选矿发展的关键难题之一。目前，很多铝厂铝土矿选尾矿都堆积如山。随着尾矿的堆存量越来越大以及对环境造成的污染越来越严重，而利用率较低，造成存储成本高。所以最大限度地资源化利用铝土矿选尾矿已刻不容缓。

但是，目前在公路工程建设领域对土体改良处治的一般做法是在土体中掺入水泥、石灰等固化材料，以提高土体的工程性能。由于水泥、石灰的生产需要开采大量的黏土、石灰岩等，这会消耗大量的能源，造成水土流失与生态失衡，加剧自然环境恶化，严重有悖于国家提倡的生态环境保护理念。

基于此，怎样能将大量产出的铝土矿选尾矿等工业固废加以资源化利用，以替代水泥、石灰等应用于路基改良处治，已成为本领域技术人员为之努力的方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，为铝土矿选尾矿等大宗工业固废提供了一项切实可行的资源化利用途径。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，包括粉体组分和液体组分；所述粉体组分是由原料铝土矿选尾矿20～60%和钙质激发剂20～70%、辅助增强剂0～40%配制而成，上述百分比为原料的有效干质量百分比，总和为100%；所述液体组分是由聚乙烯醇－聚乙二醇与水按1:100的比例配制而成。

使用时可根据土质类型适当调整原料配比：

如在巨粒土、粗粒土和粉质土等中使用，其粉体组分是由原料铝土矿选尾矿40～60%，钙质激发剂20～30%，辅助增强剂20～40%配制而成。

如在塑性指数高的土如黏质土、有机土、膨胀土等中使用，所述粉体组分是由原料铝土矿选尾矿20～40%，钙质激发剂30～70%，辅助增强剂0～20%配制而成。

本发明粉体组分中所用的铝土矿选尾矿为铝土矿选矿过程中产出的尾矿，其pH＞8，Al₂O₃含量＞25%；所用的钙质激发剂包括生石灰、消石灰、电石渣、氯化钙、硝酸钙中的其中一种或两种以上混合物，可以提供大量的钙离子，参与尾矿的水化胶凝反应；所用的辅助增强剂为钢渣粉、高炉粒化矿渣粉、通用硅酸盐水泥中的其中一种或两种以上混合物，能与尾矿产生协同水化反应，进一步提高土体的整体性、强度以及抗水侵蚀性能。

本发明液体组分中，聚乙烯醇－聚乙二醇为聚乙烯醇和聚乙二醇按质量比20~5:1配制而成，其中聚乙烯醇采用聚乙烯醇17－92，在水中的溶解温度75～80℃，聚乙二醇相对分子质量为2000～4000。

本发明利用铝土矿选尾矿制备土壤固化剂的制备方法，包括下述步骤：

第一步，分别将粉体组分中的铝土矿选尾矿，钙质激发剂和辅助增强剂烘干至含水率小于0.5%，并粉磨至细度300目以上；

第二步，按施工路基土性质进行室内试验，确定最佳的试验配比；

第三步，按照试验所得最佳配比，将各原料拌和均匀，得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分，密封包装保存；

第四步，将质量比20~5:1的聚乙烯醇和聚乙二醇混合物加入到95℃的热水中，混合物与水的质量比为1:100，待混合物充分溶解后，即得到透明均匀无杂质颗粒的液体组分，冷却至室温后桶装密封保存。

作为土壤固化剂使用时，粉体组分的掺量为基土的3~10%，液体组分的掺量为基土的0.2~1%。

本发明的优点在于大量利用铝土矿选尾矿等工业固废，加大了工业固废的利用率，符合我国节能减排、绿色发展的产业政策，对工业固废的资源化利用具有广泛而深远的意义。

本发明制备的铝土矿选尾矿基土壤固化剂可替代水泥、石灰应用于道路路基改良处治，具有免煅烧，节能环保等优点，较水泥、石灰具有明显的价格优势，为铝土矿选尾矿等工业固废的资源化利用起到了积极的推动作用。

本发明制备的铝土矿选尾矿基土壤固化剂能够根据基土的性质，适当调整组份比例，与各类土壤均具有良好的适应性，具有较好的路用性能。原材料为工业固废，成本低廉，来源广泛，具有良好的经济性和环保性。在公路工程中可取代传统的水泥、石灰等用于路床处治，应用前景广阔。

本发明在制备土壤固化剂液体组分时，聚乙烯醇选用溶解温度高的聚乙烯醇17－92，确保其在热水中易溶而在冷水环境下不溶，可保证其成膜效果，有利于提高固化土抗水侵蚀的能力。聚乙二醇具有表面活性剂的作用，可保证聚乙烯醇水溶液在冷水稀释的过程中产生团聚、降溶等现象。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做更加详细的说明，以便于本领域技术人员的理解。

以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，并非对本发明的实施方式作限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些基于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

需要说明的：本发明中所用的原料生石灰、消石灰、电石渣、氯化钙、硝酸钙以及钢渣粉、高炉粒化矿渣粉、通用硅酸盐水泥等均可直接购买得到。

本发明实施例测试用的土壤为粉土，属于低液限粉土，水稳定性很差，不能固结，不能直接用作路基填土。土的性能如表1所示。

表1 土的性能参数

实施例1 制备1#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：分别将铝土矿选尾矿、石灰、钢渣三种原料烘干，使含水率小于0.5%，然后粉磨至细度300目以上；按铝土矿选尾矿 60%、石灰 30%、钢渣10%的重量百分比称量后，将各组分拌和均匀，即得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分；粉体掺量为基土的4%。

液体组分：聚乙烯醇采用聚乙烯醇17－92，聚乙二醇的相对分子质量2000～4000，按质量比20:1的比例将聚乙烯醇和聚乙二醇混合物加入到95℃以上的热水中，混合物与水的质量比为1:100，使其进行充分溶解，即得到透明均匀无杂质颗粒的液体组分，冷却至室温后，根据混合土的最佳含水率和液体组分的掺量，确定液体组分需要稀释的倍率，对其进行加水稀释。液体组分掺入量为基土的0.2%。

实施例2 制备2#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：分别将铝土矿选尾矿、消石灰、矿渣粉三种原料烘干，使含水率小于0.5%，然后粉磨至细度300目以上；按铝土矿选尾矿 40%、消石灰 20%、矿渣粉40%的重量百分比称量后，将各组分拌和均匀，即得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分；粉体掺量为基土的4%。

液体组分：聚乙烯醇采用聚乙烯醇17－92，聚乙二醇的相对分子质量2000～4000，按质量比10:1的比例将聚乙烯醇和聚乙二醇混合物加入到95℃以上的热水中，混合物与水的质量比为1:100，使其进行充分溶解，即得到透明均匀无杂质颗粒的液体组分，冷却至室温后，根据混合土的最佳含水率和液体组分的掺量，确定液体组分需要稀释的倍率，对其进行加水稀释。液体组分掺入量为基土的0.5%。

实施例3 制备3#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：分别将铝土矿选尾矿、电石渣、矿渣粉烘干，使含水率小于0.5%，粉磨至细度300目以上，按铝土矿选尾矿 20%、电石渣 70%、矿渣粉10%的重量百分比称量后，将各组分拌和均匀，即得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分；粉体掺量为基土的4%。

液体组分：聚乙烯醇采用聚乙烯醇17－92，聚乙二醇的相对分子质量2000～4000，按质量比5:1的比例将聚乙烯醇和聚乙二醇混合物加入到95℃以上的热水中，混合物与水的质量比为1:100进行充分溶解，得到透明均匀无杂质颗粒的液体组分，冷却至室温，根据混合土的最佳含水率和液体组分的掺量，确定液体组分需要稀释的倍率，对其进行加水稀释。液体组分掺入量为基土的1%。

实施例4 制备4#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：分别将铝土矿选尾矿、氯化钙、矿渣粉烘干，使含水率小于0.5%，粉磨至细度300目以上，按铝土矿选尾矿 40%、氯化钙 40%、矿渣粉20%的重量百分比称量后，将各组分拌和均匀，即得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分。粉体掺量为基土的4%。

液体组分：同实施例1。液体组分掺入量为基土的0.5%。

实施例5 制备5#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：分别将铝土矿选尾矿、电石渣烘干，使含水率小于0.5%，粉磨至细度300目以上，按铝土矿选尾矿 40%、电石渣 60%的重量百分比称量后，将其拌和均匀，即得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分。粉体掺量为基土的4%。

液体组分：同实施例1。液体组分掺入量为基土的1%。

实施例6 制备6#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：分别将铝土矿选尾矿、电石渣、钢渣烘干，使含水率小于0.5%，粉磨至细度300目以上，按铝土矿选尾矿 60%、电石渣 30%、钢渣10%的重量百分比称量后，将各组分拌和均匀，即得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分。粉体掺量为基土的6%。

液体组分：同实施例1。液体组分掺入量为基土的0.2%。

实施例7 制备7#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：分别将铝土矿选尾矿、电石渣、钢渣烘干，使含水率小于0.5%，粉磨至细度300目以上，按铝土矿选尾矿 60%、电石渣 30%、钢渣10%的重量百分比称量后，将各组分拌和均匀，即得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分。粉体掺量为基土的8%。

液体组分：同实施例1。液体组分掺入量为基土的0.2%。

实施例8 制备8#铝土矿选尾矿基土壤固化剂

粉体组分：同实施例7。粉体掺量为基土的10%。

液体组分：同实施例1。液体组分掺入量为基土的0.2%。

为对比说明本申请实施例的突出效果，下面再增加三个对比例。

对比例1

在土壤中掺入4%的P.O 42.5水泥，并测定混合料的最优含水率；以混合料的最佳含水率，加水拌和均匀压实成型，按照试验方法进行养护，到龄期后，检测固化土的力学性能。

对比例2

只采用实施例7制备的铝土矿选尾矿基土壤固化剂的粉体组分。粉体掺量为基土的4%。

对比例3

只采用实施例7制备的铝土矿选尾矿基土壤固化剂的液体组分。液体组分掺入量为基土的0.2%。

按照JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中试验方法，对本发明实施例1~8制备的1~8#铝土矿选尾矿基土壤固化剂和对比例1~3进行测试，测试固化土7d无侧压抗压强度（固化土试件成型后，在湿度为95%的条件下养护6d，再放入清水中浸泡24h，然后用压力机检测7d无侧限抗压强度）。固化土力学性能检测结果如下表2：

表2 固化土力学性能检测结果

从表2测试数据中可以看出，对于稳定粉土，实施例1~8#固化土7d无侧限抗压强度要好于普通硅酸盐P.O42.5水泥，粉体组分与液体组分共同作用要远好于单一组分的固化作用。

Claims (7)

1.一种利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，其特征在于：包括粉体组分和液体组分；所述粉体组分是由原料铝土矿选尾矿20～60%和钙质激发剂20～70%、辅助增强剂0～40%配制而成，所述液体组分是由聚乙烯醇－聚乙二醇与水按1:100的比例配制而成。

2.根据权利要求1所述的利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，其特征在于：所述粉体组分是由原料铝土矿选尾矿40～60%，钙质激发剂20～30%，辅助增强剂20～40%配制而成。

3.根据权利要求1所述的利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，其特征在于：所述粉体组分是由原料铝土矿选尾矿20～40%，钙质激发剂30～70%，辅助增强剂0～20%配制而成。

4.根据权利要求1、2或3所述的利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，其特征在于：所述粉体组分中的铝土矿选尾矿为铝土矿选矿过程中产出的尾矿，其pH＞8，Al₂O₃含量＞25%；所述钙质激发剂包括生石灰、消石灰、电石渣、氯化钙、硝酸钙中的其中一种或两种以上混合物；所述辅助增强剂为钢渣粉、高炉粒化矿渣粉、通用硅酸盐水泥中的其中一种或两种以上混合物。

5.根据权利要求1、2或3所述的利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，其特征在于：所述液体组分中聚乙烯醇－聚乙二醇为聚乙烯醇和聚乙二醇按质量比20~5:1配制而成。

6.根据权利要求5所述的利用铝土矿选尾矿制备的土壤固化剂，其特征在于：所述聚乙烯醇采用溶解温度75～80℃的聚乙烯醇17－92。

7.权利要求1、2或3所述土壤固化剂的制备方法，包括下述步骤：

第一步，分别将粉体组分中的铝土矿选尾矿，钙质激发剂和辅助增强剂烘干至含水率小于0.5%，并粉磨至细度300目以上；

第二步，按施工路基土性质进行室内试验，确定最佳的试验配比；

第三步，按照试验所得最佳配比，将原料拌和均匀，得到铝土矿选尾矿基土壤固化剂粉体组分，密封包装保存；

第四步，将质量比20~5:1的聚乙烯醇和聚乙二醇混合物加入到95℃的热水中，混合物与水的质量比为1:100，待混合物充分溶解后，得到透明的液体组分，冷却至室温后桶装密封保存。