申请日2014.04.24
公开(公告)日2014.07.30
IPC分类号C04B11/30
摘要
本发明提供一种钛石膏基复合凝胶材料的制备方法，以含水率为40-50%的钛石膏为基础原料，经添加含铝矿渣、水泥熟料和化学激发剂后制得钛石膏复合胶凝材料。按重量份计，钛石膏40份，矿渣48份，水泥熟料15份，化学激发剂1份。将钛石膏基复合胶凝材料与污泥以质量比为5~20:90~100，干化条件为在20±1℃下、湿度≥95%下进行密封养护，干化湖泊污泥或城市淤泥。该方法工艺简单，干化污泥含水率减少量逐渐增大，10天后，还能持续增大，干化污泥用作园林培植土就地利用。该工艺及方法可应用于工业化。
权利要求书
1.一种钛石膏基复合凝胶材料的制备方法，其特征在于：以含水率为40-50%的钛石膏为基础原料，经添加含铝矿渣、水泥熟料和化学激发剂后制得钛石膏复合胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的钛石膏基复合胶凝材料的制备方法，其特征在于：按重量份计，钛石膏20-50份，矿渣40-50份，水泥熟料10-20份，化学激发剂1~5份。
3.根据权利要求1所述的钛石膏基复合胶凝材料的制备方法，其特征在于：按重量份计，钛石膏40份，矿渣48份，水泥熟料15份，化学激发剂1份。
4.根据权利要求1所述的钛石膏复合凝胶材料，其特征在于：钛石膏在低于45℃的温度下烘48h，破碎后在球磨机上球磨5~15min后过筛至150-200目，含铝矿渣和水泥熟料分别在105±5℃烘干破碎，在球磨机上球磨20~30min后过筛至100-150目。
5.根据权利要求1或2所述的钛石膏基复合胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述的钛石膏密度为2.4-2.5 g/cm3，pH为9.10-9.50，比表面积为780-820m2/kg。
6.根据权利要求1所述的钛石膏基复合胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述的矿渣比表面积为900-940 m2/kg，水泥熟料的比表面积为300-350 m2/kg。
7.根据权利要求1所述的钛石膏基复合胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述的化学激发剂为木质素磺酸钠(C20H24Na2O10S2)、草酸钙(Ca2C2O4)、明矾石(KAl(SO4)2·12H2O)、三聚氰胺(C3H6N6)、三乙醇胺中的一种或多种。
8.一种钛石膏基复合胶凝材料在干化污泥中的应用，其特征在于：钛石膏基复合胶凝材料与污泥以质量比为5~20:90~100，干化条件为在20±1℃下、湿度≥95%下进行密封养护。
9.根据权利要求8所述的钛石膏基复合胶凝材料在干化污泥中的应用，其特征在于：所述的污泥为湖泊污泥或城市淤泥。
说明书
一种钛石膏基复合胶凝材料的制备方法及在干化污泥中的应用
技术领域
本发明涉及一种钛石膏基复合胶凝材料的制备方法，并将该钛石膏基复合胶凝材料应用 到干化污泥上，尤其是湖泊、城市生活污泥。
背景技术
城市工业和居民生活水平快速提高，而环保意识的缺失，造成历年来携带着大量的、未 得到有效控制的有毒、有害、有机和无机污染物的生活、工业污水进入水体，在一系列的物 理、化学和生物作用下，通过沉积作用大量富集在湖底污泥里面。由于含有病原菌、寄生虫 (卵)、重金属及某些难降解的有机毒物，湖底污泥已成为水体中最大污染源。在波浪和潮水 作用，它们大多淤积在湖底、航道、岸滩等处，每年新产生的污泥有几十亿方，极大的影响 了生态环境和航道安全。在污染湖泊水质改善中，湖底污泥的清理是一项必不可少的重要工 程技术手段，清除湖底污泥主要有农用堆肥、填埋、焚烧、园林培植土和制作建材等几种处 置及资源化方式，尤其是将湖底污泥干化制备园林培植土，可以在城区就地处置，解决了处 理污泥又解决了城市绿化用土运费高的问题。但是湖底底泥疏浚后并经过浓缩、机械脱水后 含水率仍然高达70%～80%，因此，湖底污泥的有效干化是关键。
目前污泥干化技术主要有热干化、生物干化和无机材料干化三种方式，其中以生物干化 问题多应用很少，热干化技术使用最为普遍，但其耗能高、投入设备大，也不便就地处理湖 底污泥，无机材料干化应用比较多是石灰和水泥等进行干化，但是干化时间长、干化后污泥 碱度高不利于制备园林培植土，另外石灰和水泥生产是需要煅烧的、资源也有限。另一方面， 作为我国涂料主要成分之一的钛白粉的生产，每年将产生1000万t左右的钛石膏废弃物，这些 废物基本没有资源化利用，除了极少数利用钛石膏做复合胶凝材料、水泥缓凝剂和石膏-粉煤 目前污泥干化技术主要有热干化、生物干化和无机材料干化三种方式，其中以生物干化问题 多应用很少，热干化技术使用最为普遍，但其耗能高、投入设备大，也不便就地处理湖底污 泥，无机材料干化应用比较多是石灰和水泥等进行干化，但是干化时间长、干化后污泥碱度 高不利于制备园林培植土，另外石灰和水泥生产是需要煅烧的、资源也有限。另一方面，作 为我国涂料主要成分之一的钛白粉的生产，每年将产生1000万t左右的钛石膏废弃物，这些废 物基本没有资源化利用，除了极少数利用钛石膏做复合胶凝材料、水泥缓凝剂和石膏-粉煤灰 路基材料等方面之外，大多采用集中堆放，占用了大量的有限土地资源。本文采用钛石膏改 性制备新型干化剂，对湖底污泥进行干化，开展干化效果、干化污泥碱度和机理方面等研究， 可以以废治废，符合社会实际，具有很好的社会经济意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛石膏基复合胶凝材料的制备方法，并将该胶凝材料应用到 干化污泥中。
钛石膏基复合胶凝材料(TC)，由40%～50%钛石膏、40%～50%矿渣、10%～20%水泥熟 料和1%化学激发剂组成。其中钛石膏为原状钛石膏在45℃以下低温烘干后磨细制备而成， 密度为2.40g/cm3～2.50g/cm3，pH为9.10～9.50，比表面积789.7m2/kg。矿渣比表面积321.3 m2/kg，水泥熟料比表面积334.6m2/kg，化学组成见表1。
表1主要原材料化学组成(%)
名称 CaO SiO2 Al2O3 MgO SO3 Fe2O3 TiO2 烧失量 钛石膏 27.2 2.3 1.1 0.44 36.1 9.1 3.8 17.2
称取质量为M(g)原污泥和ΔM(g)干化材料加入搅拌机中，搅拌4min后取出干化污泥。 将干化污泥和原始湿污泥，分别置于封闭容器中，在温度20℃±1℃、湿度≥95%标准养护 条件下进行养护，至不同龄期时分别取样测定污泥含水率。
单位干化剂自身引起污泥含水率减少量作为对比和衡量污泥干化效果的另一个指标，即 污泥加入干化剂进行干化和养护后，某一龄期条件下单位质量干化污泥中由干化剂本身导致 的污泥含水率减少量。根据此定义，可将θ采用原污泥含水率、干化污泥含水率及材料掺量 三者进行表示，如式(1-4)所示。
设湿污泥初始质量为M(g)，其中水分的质量为m(g)，掺加的干化材料质量为ΔM(g)，养 护至某龄期时污泥-干化材料混合体系中水分的减少量为Δm/g，则
式中：w1为污泥初始含水率，w2为加入干化材料干化后污泥的含水率，η为材料掺量， 将w1和w2式代入计算得：
需要指出的是，按式(1-4)计算时，其中的Δm为体系中总的水分减少量，在本试验中， 可以近似于材料本身而导致的含水率减少程度。
取干化试样放在称至恒重的称量瓶后放在45℃±3℃电热恒温鼓风干燥箱内烘至恒重，无 水乙醇终止水化，在60℃烘干至恒重，做XRD和SEM分析。X射线衍射仪为日本RIGAKU 公司生产的D/MAX-ⅢA型X射线衍射仪,步长0.02°，靶材为铜靶。扫描电镜为日本株式 会社JSM-5610LV扫描电子显微镜。
本发明的优点在于：
1.在有水条件下，化学激发剂能够加速矿渣中矿物活性硅和铝解聚分解和钛石膏溶解，水 泥熟料迅速溶解并提供的碱性条件可以促进各种具有胶凝性能物质生成。随着养护龄期 的增长，干化污泥含水率减少量逐渐增大但掺20%TC干化污泥含水率减少量在10天后 增长趋势仍然很突出。
2.随着养护龄期延长，掺20%TC的干化污泥的pH值下降明显。干化污泥趋于pH=8时， 掺20%TC干化污泥需要养护到39天，干化污泥趋于中性或弱碱性时间越短，越有利于 干化污泥用作园林培植土就地利用。
3.TC能有效干化污泥，在于水化后能生成钙矾石、水化硅酸钙等大量含结晶水的水化产物， 而钙矾石的结晶结构网与水化硅酸钙之间的密集连生和交叉结合使干化污泥形成了一种 结晶网架的结构，污泥中固体颗粒及部分未反应完的矿渣则作为微集料填充在其间，水 化产物的生成彻底改变了原污泥松散凝聚的结构体系，干化污泥中各相被牢固地粘结成 一个整体，污泥的耐水性大大提高。
