(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202111398730.8
(22)申请日 2021.11.19
(71)申请人 中交第二航务工程局有限公司
地址 430048 湖北省武汉市东西湖区金银
湖路11号
(72)发明人 张国志 王伟光 陈飞翔 杨荣辉
明鑫 肖蓟 陈文峰 李世汨 夏新星 徐扬帆
(74)专利代理机构 北京远大卓悦知识产权代理
有限公司 11369
代理人 徐贝贝
(51)Int.Cl.
C04B 28/08(2006.01)
C02F 11/00(2006.01)
C02F 11/148(2019.01)
B01F 33/82(2022.01)B01F 27/706(2022.01)B01F 31/80(2022.01)B01F 35/71(2022.01)B01F 35/75(2022.01)B28C 5/14(2006.01)B28C 5/48(2006.01)
(54)发明名称一种淤泥固化剂及其固化工艺(57)摘要本发明公开了一种淤泥固化剂及其固化工艺，淤泥固化剂包括胶凝组分、膨胀组分、微粉组分、外加剂组分，胶凝组分包括水泥、硫铝酸盐水泥、矿粉、超细钢渣粉，膨胀组分包括磷石膏和/或膨润土，微粉组分为建筑垃圾微粉，外加剂组分包括氯化钙、聚 丙烯酰胺、高锰酸钾、憎水剂、聚合硫酸铝其中的一种或几种，与淤泥混合后可使淤泥固化后强度不低于700kpa、不会二次泥化，同时保证固化后淤泥pH值为6～9，对应的固化工艺可实现淤泥固化施工时不抱轴、不黏壁，大幅提高固化剂和淤泥的拌合效果，实现淤泥固化的连续施工，同时可消耗部分工业烟气，减少碳排放，固化后的淤泥可替代天然土作为回填用
土使用。权利要求书1页 说明书7页 附图1页CN 113979703 A 2022.01.28
C N 113979703
A
1.一种淤泥固化剂，其特征在于，包括质量占比为40％～50％的胶凝组分、质量占比为30％～40％的膨胀组分、质量占比为15％～20％的微粉组分、质量占比为2％～5％的外加剂组分，胶凝组分包括水泥、硫铝酸盐水泥、矿粉、超细钢渣粉，膨胀组分包括磷石膏和/或膨润土，微粉组分为建筑垃圾微粉，外加剂组分包括氯化钙、聚丙烯酰胺、高锰酸钾、憎水剂、聚合硫酸铝其中的一种或几种组成的混合物。
2.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述超细钢渣粉的粒径为10～20μm，所述磷石膏的粒径为75～150μm，所述膨润土的粒径为75～150μm，所述建筑垃圾微粉的粒径为1～5mm，所述聚丙烯酰胺分子量为400～600万。
3.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述外加剂由氯化钙、聚丙烯酰胺、高锰酸钾、憎水剂、聚合硫酸铝组成。
4.如权利要求1所述的一种淤泥固化剂，其特征在于，所述憎水剂由聚甲基硅氧烷、乙酸异戊酯、烷基酚聚氧乙烯醚和去离子水组成。
5.如权利要求1‑4任一项所述的一种淤泥固化剂的固化工艺，其特征在于，向淤泥中加入淤泥质量5％～15％的淤泥固化剂进行混合，得到固化后的淤泥。
6.如权利要求5所述的一种淤泥固化剂的固化工艺，其特征在于，所述淤泥与所述固化剂混合时，采用固化混合装置进行混合，固化混合装置包括淤泥给料装置、固化剂制备装置、高压烟气装置、拌合装置、出料装置； 所述拌合装置包括水平设置的拌合罐，拌合罐内平行设置有若干个搅拌轴，搅拌轴内部沿轴向开设有输送管道，搅拌管的外侧沿轴向间隔设置有多个搅拌桨和多个喷嘴，搅拌管上每个喷嘴分别与输送管道连通且喷嘴与搅拌桨交叉设置，拌合罐的底部设置有出口；
所述淤泥给料装置包括进料斗，进料斗的下端出口连接有第一物料输送机，第一物料输送机与拌合罐连通；
所述固化剂制备装置包括灰罐、水箱、第二物料输送机、制浆罐，灰罐用于存储所述固化剂，制浆罐内设置有搅拌机构，制浆罐的上端设置有多个进料口、下端设置有出料口，出料口与拌合罐连通，水箱与一个进料口连通，第二物料输送机的一端与灰罐连通、另一端与一个进料口连通；
所述高压烟气装置包括储气罐，储气罐与输送管道之间连通设置有输气管道，输气管道上设置有气体增压泵；
所述出料装置设置在拌合罐的出口下方。
7.如权利要求6所述的一种淤泥固化剂的固化工艺，其特征在于，所述拌合罐的内壁、所述搅拌轴和所述搅拌桨的表面分别涂覆设置有聚四氟乙烯涂层。
8.如权利要求6所述的一种淤泥固化剂的固化工艺，其特征在于，所述出料装置包括设置在所述拌合罐的出口下方的集料斗，集料斗的下方设置有皮带机。
9.如权利要求6所述的一种淤泥固化剂的固化工艺，其特征在于，所述搅拌轴均平行于所述拌合罐的轴向设置，每个所述搅拌轴的所述搅拌桨与相邻的所述搅拌轴上的所述搅拌桨之间在所述拌合罐的轴向上交叉设置。
10.如权利要求6所述的一种淤泥固化剂的固化工艺，其特征在于，所述拌合罐上还设置有辅助拌合装置，
辅助拌合装置包括固定在所述拌合罐的外表面且朝向所述拌合罐内部设置的多组超声波发生器，超声波发生器的外表面套设有保护壳。
权 利 要 求 书1/1页CN 113979703 A
一种淤泥固化剂及其固化工艺
技术领域
[0001]本发明涉及淤泥处理及资源化利用技术领域。更具体地说，本发明涉及一种淤泥固化剂及其固化工艺。
背景技术
[0002]随着经济和社会的发展，人类活动对河湖、水库等生态水体的影响日益增加，最终表现为水体底部淤泥的大量淤积，一方面影响到水体的泄洪能力，产生崩堤的危险；另一方面，沉积的淤泥过多会造成水体悬浮物、磷等污染物质的增多。清淤疏浚是改善、修复河流、湖泊、水库等水体环境的重要手段，已经广泛应用于我国水环境的治理及生态修复。清淤疏浚产生的大量淤泥，其含水率高，且含有大量无机质、有机质、微量元素等物质，如不妥善处理，将会对环境造成二次污染。常用的淤泥处理手段有填埋、焚烧、堆肥、固化等。但是，焚烧会消耗大量能源，且需将淤泥托运到焚烧站点，经济成本很
高。堆肥对淤泥中的元素含量有一定要求，且堆肥所需的生物反应耗费时间较长，不具备普遍适用性。填埋是将淤泥脱水减量化之后进行填埋，但会占用土地空间。将淤泥与专用固化剂混合后改性固化，提高淤泥的力学性能，使其可替代天然土做回填用土等资源化产品再生利用，可彻底解决疏浚淤泥的出路问题，具有积极的社会意义。当前实际做回填用土应用中，一方面，以水泥、石灰为主的固化剂对疏浚淤泥的适用性较差，主要表现在固化后淤泥含水率高、强度相对较低、易二次泥化，且水泥石灰的碱性高，固化后的淤泥堆存时易造成二次污染，尤其是针对用于受潮湿较轻或次要结构的材料，软化系数不得小于0.75，针对长期处于水中或潮湿环境的重要建筑物或构筑物所需的回填材料，必须选用软化系数大于0.85的材料；另一方面，传统的原位固化工艺固化剂添加量不可控、固化剂与淤泥的混合度不可控，而异位固化工艺又会在高黏度淤泥与固化剂混合搅拌时出现抱轴、黏壁的现象，严重影响固化剂的使用效率和使用效果。
发明内容
[0003]本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。[0004]本发明还有一个目的是提供一种淤泥固化剂及其固化工艺，以解决现有技术中的淤泥固化后强度、软化系数数据不理想而导致不能直接用作回填用土的技术问题。[0005]为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种淤泥固化剂，包括质量占比为40％～50％的胶凝组分、质量占比为30％～40％的膨胀组分、质量占比为15％～20％的微粉组分、质量占比为2％～5％的外加剂组分，胶凝组分包括水泥、硫铝酸盐水泥、
矿粉、超细钢渣粉，膨胀组分包括磷石膏和/或膨润土，微粉组分为建筑垃圾微粉，外加剂组分包括氯化钙、聚丙烯酰胺、高锰酸钾、憎水剂、聚合硫酸铝其中的一种或几种组成的混合物。
[0006]优选的是，所述超细钢渣粉的粒径为10～20μm，所述磷石膏的粒径为75～150μm，所述膨润土的粒径为75～150μm，所述建筑垃圾微粉的粒径为1～5mm，所述聚丙烯酰胺分子
量为400～600万。
[0007]优选的是，所述外加剂由氯化钙、聚丙烯酰胺、高锰酸钾、憎水剂、聚合硫酸铝组成。
[0008]优选的是，所述憎水剂由聚甲基硅氧烷、乙酸异戊酯、烷基酚聚氧乙烯醚和去离子水组成。
[0009]本发明还提供一种淤泥固化剂的固化工艺，向淤泥中加入淤泥质量5％～15％的淤泥固化剂进行混合，得到固化后的淤泥。
[0010]优选的是，所述淤泥与所述固化剂混合时，采用固化混合装置进行混合，固化混合装置包括淤泥给料装置、固化剂制备装置、高压烟气装置、拌合装置、出料装置；
[0011]所述拌合装置包括水平设置的拌合罐，拌合罐内平行设置有若干个搅拌轴，搅拌轴内部沿轴向开设有输送管道，搅拌管的外侧沿轴向间隔设置有多个搅拌桨和多个喷嘴，搅拌管上每个喷嘴分别与输送管道连通且喷嘴与搅拌桨交叉设置，拌合罐的底部设置有出口；
[0012]所述淤泥给料装置包括进料斗，进料斗的下端出口连接有第一物料输送机，第一物料输送机与拌合罐连通；
[0013]所述固化剂制备装置包括灰罐、水箱、第二物料输送机、制浆罐，灰罐用于存储所述固化剂，制浆罐内设置有搅拌机构，制浆罐的上端设置有多个进料口、下端设置有出料口，出料口与拌合罐连通，水箱与一个进料口连通，第二物料输送机的一端与灰罐连通、另一端与一个进料口连通；
[0014]所述高压烟气装置包括储气罐，储气罐与输送管道之间连通设置有输气管道，输气管道上设置有气体增压泵；
[0015]所述出料装置设置在拌合罐的出口下方。
[0016]优选的是，所述拌合罐的内壁、所述搅拌轴和所述搅拌桨的表面分别涂覆设置有聚四氟乙烯涂层。
[0017]优选的是，所述出料装置包括设置在所述拌合罐的出口下方的集料斗，集料斗的下方设置有皮带机。
[0018]优选的是，所述搅拌轴均平行于所述拌合罐的轴向设置，每个所述搅拌轴的所述搅拌桨与相邻的所述搅拌轴上的所述搅拌桨之间在所述拌合罐的轴向上交叉设置。[0019]优选的是，所述拌合罐上还设
置有辅助拌合装置，辅助拌合装置包括固定在所述拌合罐的外表面且朝向所述拌合罐内部设置的多组超声波发生器，超声波发生器的外表面套设有保护壳。
[0020]本发明至少包括以下有益效果：本发明提供了一种淤泥固化剂及其固化工艺，淤泥固化剂包括质量占比为40％～50％的胶凝组分、质量占比为30％～40％的膨胀组分、质量占比为15％～20％的微粉组分、质量占比为2％～5％的外加剂组分，胶凝组分包括水泥、硫铝酸盐水泥、矿粉、超细钢渣粉，膨胀组分包括磷石膏和/或膨润土，微粉组分为建筑垃圾微粉，外加剂组分包括氯化钙、聚丙烯酰胺、高锰酸钾、憎水剂、聚合硫酸铝其中的一种或几种组成的混合物，可使淤泥固化后强度不低于700kpa、不会二次泥化，同时保证固化后淤泥pH值为6～9，且固化剂中大量掺入了固体废弃物成本低，专用的固化工艺可实现淤泥固化施工时不抱轴、不黏壁，大幅提高固化剂和淤泥的拌合效果，实现淤泥固化的连续施工，同
时可消耗部分工业烟气，减少碳排放，固化后的淤泥可替代天然土作为回填用土使用。[0021]本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0022]图1为本发明的固化混合装置的结构示意图。
[0023]说明书附图标记说明：1、拌合罐，2、搅拌轴，3、喷嘴，4、进料斗，5、第一物料输送机，6、灰罐，7、水箱，8、第二物料输送机，9、制浆罐，10、储气罐，11、输气管道，12、气体增压泵，13、出料装置，14、集料斗，15、皮带机，16、搅拌桨，17、超声波发生器，18、固化后的淤泥。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0025]需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均未可从商业途径获得的常规产品；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0026]利用本发明的配方配制出河湖清淤底泥的低碱性环保固化剂作为实施例，另设置对比例进行对照，总共设置4个实施例和3个对比例，所有实施例和对比例的组分的含量均以质量份数来表示，每个实施例或对比例的质量份数总和均设为100。
[0027]实施例1：
[0028]胶凝组分50份，包括25份P.O42.5水泥、10份硫铝酸盐水泥、7份S95级矿粉、8份粒径为10μm的超细钢渣粉；
[0029]膨胀组分30份，包括20份粒径为150μm的膨润土和10份粒径为75μm的磷石膏；[0030]微粉组分15份，包括15份粒径为1mm的建筑垃圾微粉；
[0031]外加剂组分5份，包括2份分子量为400万的聚丙烯酰胺、1份聚合硫酸铝、2份高猛酸钾；
[0032]采用常规固化设备及方法对淤泥进行固化。
[0033]实施例2：
[0034]胶凝组分40份，包括15份P.O42.5份水泥、15份硫铝酸盐水泥、5份S95级矿粉、5份粒径为20μm的超细钢渣粉；
[0035]膨胀组分40份，包括20份粒径为75μm的膨润土和20份粒径为150μm的磷石膏；[0036]微粉组分18份，包括15份粒径为5mm的建筑垃圾微粉；
[0037]外加剂组分2份，包括1份憎水剂、1份高猛酸钾；
[0038]采用常规固化设备及方法对淤泥进行固化。
[0039]实施例3：
[0040]胶凝组分45份，包括15份P.O42.5份水泥、15份硫铝酸盐水泥、10份S95级矿粉、5份
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