一种用于固化有机废物的水泥添加剂及其应用

摘要

本发明公开了一种用于固化有机废物的水泥添加剂及其应用，目的在于解决含有机质废物进行水泥固化处理，特别是对某些危害较大的有机废液进行水泥固化处理时，由于有机质的存在，使固化体不能成型或强度等性能不佳，甚至出现有机物直接窜至水泥浆上层，导致固化处理废物过程无法进行的问题。该水泥添加剂包括促凝剂、吸油材料、微硅粉、活性炭、木质纤维、粉煤灰、抗裂纤维。本发明能有效解决水泥固化处理含有机质废物时，固化不能成型、固化体强度等性能不佳的问题。本发明成本低廉、无毒无臭味，用量少，安全可靠，无需改变现有的废物固化处理工艺和设备，所得到的水泥固化体抗压强度大于7MPa，最高达到13MPa，具有较好的应用前景。

权利要求

1.一种用于固化有机废物的水泥添加剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：促凝剂2 15%，~

吸油材料5 25%，~

微硅粉5 25%，~

活性炭5 25%，~

木质纤维5 25%，~

粉煤灰5 25%，~

抗裂纤维5 20%。

~

2.根据权利要求1所述用于固化有机废物的水泥添加剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：促凝剂8 12%，~

吸油材料10 20%，~

微硅粉10 20%，~

活性炭10 20%，~

木质纤维10 20%，~

粉煤灰5 20%，~

抗裂纤维10 15%。

~

3.根据权利要求1或2所述用于固化有机废物的水泥添加剂，其特征在于，所述吸油材料为超疏水超亲油的吸油颗粒材料或超疏水超亲油的粉状材料。

4.根据权利要求1或2所述用于固化有机废物的水泥添加剂，其特征在于，所述促凝剂为甲酸钙、三乙醇胺中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述用于固化有机废物的水泥添加剂，其特征在于，该水泥添加剂采用包括如下步骤的方法制备而成：称取各组分，混匀，即可。

6.根据权利要求1 5任一项所述用于固化有机废物的水泥添加剂的应用，其特征在于，~将该水泥添加剂用于有机废物的水泥固化处理。

7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，将该水泥添加剂与水泥按重量份数比（2~

8.5）：100混合后，用于有机废物的水泥固化处理。

说明书

一种用于固化有机废物的水泥添加剂及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及废物处理领域，尤其是一种水泥添加剂，具体为一种用于固化有机废物的水泥添加剂及其应用。

背景技术

[0002] 在湖泊、河道的疏浚底泥中，都存在一定的有机质，且石油开采、使用等过程中，也会产生一定量被油污染的泥土。将该类含有机质的污泥进行水泥固化处理，是一种有效的资源再生利用方法。尤其对于某些危害较大的有机废液（如放射性油水乳化液、电镀废液絮凝沉降物、难生物降解石化废水絮凝沉降物等），多选择水泥固化工艺进行固化稳定化处理。

[0003] 水泥的水化反应，实际上是水泥熟料中矿物组分与水之间发生的复合化学反应，而使水泥逐步稠化和硬化。水泥固化体的强度主要来源于水泥水化物的晶格生成强度和填充颗粒间孔隙作用。大量研究表明，有机质的存在会大大地降低淤泥的固化处理效果，使固化体不能成型或所制备的固化体强度较低。当采用水泥固化处理含有机质含量较高的废物时，在水泥的破乳化作用下，有机物往往会游离在水泥熟料与水之间，阻碍水泥的水化反应进程，增大水泥水化物颗粒之间的间隙，并随着养护的过程，包裹水泥水化颗粒，宏观上表现为水泥固化体稀软不能成型或固化体强度低，导致废物的水泥固化稳定化工程不能实现。

[0004] 一些学者（如范昭平、刘叔灼、TREMBLAY H，参考文献：范昭平,朱伟,张春雷.有机质含量对淤泥固化效果影响的试验研究[J].岩土力学,2005,26(8):1327-1334；刘叔灼,巴凌真,杨医博等. 有机质含量对水泥土强度影响的试验研究[J]. 武汉理工大学学报,2009,31(7):40-43.；TREMBLAY H, DUCHESNE J, LOCAT J, et al. Influence of the nature of organic compounds on fine soil stabilization with cement [J].Canadian Geotechnical Journal,2002,39:535-546.）研究发现，淤泥中比例较少的有机质也将严重影响了淤泥固化的效果。如刘叔灼的研究发现：当废物中有机质含量≥4.5%时，有机质对水泥土早期强度的形成有抑制作用，有机质含量越高，抑制作用越强烈；当废物中有机质含量≥12%时，水泥试块已崩解成碎块，无法测得试块强度。当废物中有机质含量≥
15%时，水泥试块已有软化的迹象。

[0005] 在实际处理过程中，申请人发现：有机物的存在会影响处理效果，严重时有机物直接窜至水泥浆上层，使水泥固化体不能成型，导致水泥固化处理废物工程无法进行。

发明内容

[0006] 本发明的发明目的在于：针对含有机质废物进行水泥固化处理时，由于有机质的存在，使固化体不能成型或强度等性能不佳，特别是对某些危害较大的有机废液进行处理时，甚至出现有机物直接窜至水泥浆上层，导致固化处理废物过程无法进行的问题，提供一种用于固化有机废物的水泥添加剂及其应用。本发明能有效解决水泥固化处理含有机质废物时，固化不能成型、固化体强度等性能不佳的问题。本发明成本低廉、无毒无臭味，用量少，安全可靠，无需改变现有的废物固化处理工艺和设备，所得到的水泥固化体抗压强度大于7MPa，最高达到13MPa，具有较好的应用前景。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种用于固化有机废物的水泥添加剂，包括如下质量百分比的组分：

[0009] 促凝剂       2 15%，~

[0010] 吸油材料     5 25%，~

[0011] 微硅粉       5 25%，~

[0012] 活性炭       5 25%，~

[0013] 木质纤维     5 25%，~

[0014] 粉煤灰       5 25%，~

[0015] 抗裂纤维     5 20%。~

[0016] 包括如下质量百分比的组分：

[0017] 促凝剂       8 12%，~

[0018] 吸油材料     10 20%，~

[0019] 微硅粉       10 20%，~

[0020] 活性炭       10 20%，~

[0021] 木质纤维     10 20%，~

[0022] 粉煤灰       5 20%，~

[0023] 抗裂纤维     10 15%。~

[0024] 所述吸油材料为超疏水超亲油的吸油颗粒材料或超疏水超亲油的粉状材料。

[0025] 所述促凝剂为甲酸钙、三乙醇胺中的一种或多种。

[0026] 该水泥添加剂采用包括如下步骤的方法制备而成：称取各组分，混匀，即可。

[0027] 前述用于固化有机废物的水泥添加剂的应用，将该水泥添加剂用于有机废物的水泥固化处理。

[0028] 将该水泥添加剂与水泥按重量份数比（2 8.5）：100混合后，用于有机废物的水泥~固化处理。

[0029] 针对前述问题，本发明提供一种用于固化有机废物的水泥添加剂及其应用。本发明中，促凝剂在固化处理含有机质废物时参与水泥水化反应，促进水化硅酸钙( CSH) 的胶结作用，增强水泥熟料水化反应程度，提高水泥石的晶格生成强度；吸油材料是超疏水超亲油的吸油颗粒材料或超疏水超亲油的粉状材料，其能吸收因水泥破乳后游离的部分有机物，阻止有机物对水泥水化反应的影响及增大水泥颗粒间空隙；活性炭固化交接在水泥体内部，成为水泥的骨架材料，吸收部分水泥石受到的冲击能量，从而提高水泥石的强度韧性；微硅粉、粉煤灰能填充在水泥水化物颗粒间空隙，使水泥固化体内部由原来的中孔结构（孔径为几十um）变为微孔结构（孔径小于2um），提高固化体对废物的吸附能力；同时，木质纤维、抗裂纤维固化在水泥体中，使水泥体内部形成大量的纤维网状晶体结构，抑制水泥基体内部存在的孔隙和缺陷的发展，提高固化体的抗裂、抗折性能。本发明通过各组分的相互配合，能增强含有机质的水泥固化体强度等性能。实验结果也进一步表明，本发明能够有效解决水泥固化处理废物含有机质较高时，水泥固化体性能不佳的问题。

[0030] 在制备时，按配比称取各组分，混合均匀后，即得产品。在使用时，将本发明的水泥添加剂掺入到水泥中即可，其掺入量为水泥质量的2 8.5%。本发明的水泥添加剂成本低廉、~无毒无臭味，用量少，安全可靠，在使用时也无需改变现有的废物固化处理工艺和设备，具有较好的应用前景。

[0031] 本发明添加于水泥体系后，能有效地增强水泥熟料水化反应程度，提高水泥石的晶格生成强度，较好的解决了水泥固化处理废物含有机质较高时，水泥固化体软化不能成型、固化体强度低等问题，同时还降低了难处理废物中有害物质（如重金属离子）的浸出率，实现了含有机质废物的水泥固化稳定化。

[0032] 本发明的水泥添加剂可广泛应用于河道淤泥固化、工业难生化处理有机废水絮凝沉降物固化、难处理放射性有机废液水泥固化等含有机质废物处理工程，适用于常规水泥、碱激发胶凝水泥、高铝水泥等多种水泥。本发明具有明显的增强含有机质水泥固化体性能的效果，固化含有机质废物后水泥早期和后期强度均得到大幅度提高，处理有机废物后，所得水泥固化体抗压强度大于7MPa，并能降低废物中有害物质（如重金属离子）的浸出率。

附图说明

[0033] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

[0034] 图1为实施例1固化得到的水泥固化体。

[0035] 图2为对比实施例1制备的水泥固化体。

[0036] 图3为实施例2所制备的水泥固化体。

[0037] 图4为实施例3所制备的水泥固化体。

[0038] 图5为对比实施例2中采用碱激发胶凝水泥水化形成的固化体试样。

[0039] 图6实施例5制备的水泥固化体试样。

[0040] 图7为对比实施例2中固化体试样的SEM图。

[0041] 图8为实施例5中固化体试样的SEM图。

[0042] 图9为实施例6中采用本发明对油水乳化液（油水比1：1）进行25L桶水泥固化实验结果图。

具体实施方式

[0043] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0044] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0045] 实施例1

[0046] 按如下质量百分比称取各组分：10%促凝剂甲酸钙，10%吸油颗粒，15%的微硅粉，15%的活性炭，18%的木质纤维，15%的粉煤灰，17%的抗裂纤维。将称取的各组分粉碎、混合均匀，即得水泥添加剂。本实施例中，吸油材料采用超疏水超亲油的吸油颗粒材料，为市售产品。

[0047] 将上述水泥添加剂加入到常规硅酸盐水泥中，100份(重量)的水泥中加入2.5份（重量）水泥添加剂。采用上述水泥添加剂与硅酸盐水泥的混合物，对放射性油水混合液（该放射性油水混合液中，各类油等有机物含量约20 30%，其余为水）进行水泥固化处理。~

[0048] 固化后，水泥固化体28d抗压强度为12.2MPa，固化体不渗出游离液体，42d离子浸出率为3.4×10-5 cm/d。

[0049] 固化体实物图见图1，固化体表面干燥，不渗出游离液体，抗压强度高。

[0050] 对比实施例1

[0051] 取与实施例1完全相同的放射性油水混合液（该放射性油水混合液中，各类油等有机物含量约20 30%，其余为水），用常规硅酸盐水泥进行固化处理。搅拌均匀后，养护过程~中，桶内水泥浆料一直为稀软状态，上层渗出约8cm高液体；5d后，将渗出液用吸油材料吸干后，继续养护桶内水泥土至28天，固化体形态如图2所示，整个水泥体为表面呈黏稠状，经探查，固化容器内水泥有明显的软化迹象，废液水泥固化稳定化处理失败。

[0052] 通过实施例1与对比实施例1的比较，能够发现：实施例1采用本发明的添加剂进行固化，固化所得的水泥固化体如图1所示，该固化体表面干燥，不渗出游离液体，抗压强度高；而对比实施例采用相同的硅酸盐水泥处理相同的放射性油水混合液，固化后的形态如图2所示，该固化体表面呈粘稠状，容器内水泥有明显的软化迹象，无法测得水泥强度。

[0053] 实施例2

[0054] 按如下质量百分比称取各组分：15%促凝剂甲酸钙，15%吸油颗粒，10%的微硅粉，10%的活性炭，15%的木质纤维，20%的粉煤灰，15%的抗裂纤维。将称取的各组分粉碎、混合均匀，即得水泥添加剂。本实施例中，吸油材料采用超疏水超亲油的网状材，为市售产品。

[0055] 将上述水泥添加剂加入到常规硅酸盐水泥中，100份(重量) 硅酸盐水泥中加入8.5份水泥添加剂，得到第一反应物。采用本实施例的第一反应物，对放射性油水乳化液（该放射性油水乳化液中，油水比1：1乳化形成乳化液）进行水泥固化处理。

[0056] 所制备的水泥固化体如图3所示。固化后，水泥固化体表面干燥，不渗出游离液体，28天抗压强度为9.8MPa，42d离子浸出率为4.5×10-5 cm/d。可见，本实施例制备的水泥固化体表面干燥，孔洞少，不渗出游离液体，抗压强度高，离子浸出率较低。

[0057] 实施例3

[0058] 按如下质量百分比称取各组分：15%促凝剂甲酸钙，5%吸油颗粒，17%的微硅粉，18%的活性炭，15%的木质纤维，14%的粉煤灰，16%的抗裂纤维。将称取的各组分粉碎、混合均匀，即得水泥添加剂。

[0059] 将上述水泥添加剂加入到常规硅酸盐水泥中，100份(重量) 硅酸盐水泥中加入2份水泥添加剂。采用上述水泥添加剂与硅酸盐水泥的混合物，对电镀废液絮凝沉降物进行水泥固化处理。

[0060] 所制备的水泥固化体如图4所示。经测定，本实施例固化后得到的水泥固化体强度为10.2MPa，42d离子浸出率为小于1×10-5 cm/d。同时，本实施例制备的固化体表面干燥，不渗出游离液体，抗压强度高，离子浸出率较低。

[0061] 实施例4

[0062] 按如下质量百分比称取各组分：15%促凝剂甲酸钙，8%吸油颗粒，20%的微硅粉，17%的活性炭，17%的木质纤维，20%的粉煤灰，18%的抗裂纤维。将称取的各组分粉碎、混合均匀，即得水泥添加剂。

[0063] 将上述水泥添加剂加入到常规硅酸盐水泥中，100份(重量)水泥中加入4份水泥添加剂。采用本实施例含水泥添加剂的硅酸盐水泥的混合物，对模拟油污染土壤进行水泥固化处理。

[0064] 经测定，本实施例固化后得到的固化后水泥固化体强度为8.5MPa，固化体不渗出游离液体。

[0065] 实施例5

[0066] 按如下质量百分比称取各组分：2%促凝剂甲酸钙，10%吸油颗粒，18%的微硅粉，17%的活性炭，17%的木质纤维，18%的粉煤灰，18%的抗裂纤维。将称取的各组分粉碎、混合均匀，即得水泥添加剂。

[0067] 将上述水泥添加剂加入到碱激发胶凝水泥中，100份(重量) 碱激发胶凝水泥中加入5.5份水泥添加剂。采用上述水泥添加剂与碱激发胶凝水泥的混合物，对放射性油水乳化液（该放射性油水乳化液中，油水比1：1乳化形成乳化液）进行水泥固化处理。

[0068] 经测定，固化后，本实施例的水泥固化体28天强度为13.4MPa，42d离子浸出率为8.9×10-6 cm/d。

[0069] 对比实施例2

[0070] 取与实施例5完全相同的放射性油水乳化液（该放射性油水乳化液中，油水比1：1乳化形成乳化液），用碱激发胶凝水泥进行固化处理。

[0071] 图5为对比实施例2中采用碱激发胶凝水泥水化形成的固化体试样，图6实施例5制备的水泥固化体试样。

[0072] 分别将对比实施例2、实施例5的试样进行SEM扫描，对比实施例2的SEM图如图7所示，实施例5的SEM图如图8所示。

[0073] 固化体通过SEM分析，微观结构表明：碱激发胶凝水泥水化形成水泥石颗粒间孔隙较大，加入本发明添加剂后，固化体孔隙变小，部分添加剂作为了水泥骨架材料，使水泥体内部形成大量的纤维网状晶体结构，对有机质具有较好的吸附作用，同时提高了水泥石的强度和韧性。

[0074] 实施例6

[0075] 按如下质量百分比称取各组分：5%促凝剂甲酸钙，15%吸油颗粒，18%的微硅粉，17%的活性炭，17%的木质纤维，18%的粉煤灰，10%的抗裂纤维。将称取的各组分粉碎、混合均匀，即得水泥添加剂。

[0076] 将上述水泥添加剂加入到硫铝酸盐水泥中，100份(重量)水泥中加入5份水泥添加剂。采用本实施例的水泥添加剂与硫铝酸盐水泥的混合物，对放射性油水乳化液（油水比1：1乳化形成乳化液）进行25L桶水泥固化扩大验证。

[0077] 经测定，本实施例固化后得到的水泥固化体表面干燥、不渗出游离液体，28天抗压强度为11.8MPa。

[0078] 本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。