一种基于固废的环保型固化土制备方法与流程

本发明涉及固化土制备，具体为一种基于固废的环保型固化土制备方法。

背景技术：

1、随着工业化进程的加快，粉煤灰、燃煤炉渣、转炉渣、脱硫石膏、冶金除尘灰等大宗工业固废产量逐年增加，其堆存不仅占用大量土地，还对土壤、水体及大气环境造成潜在污染。另一方面，在道路路基、矿山充填、基坑回填等工程领域中，传统固化土材料多采用水泥、石灰等胶凝材料，其生产过程中碳排放高、能耗大，且成本逐年上升。因此，利用工业固废制备环保型固化土成为研究热点。

2、现有技术中已有采用粉煤灰、矿渣等与碱激发剂（如水泥、石灰、水玻璃等）混合制备固化土的方案。然而，实际工程应用中存在以下突出问题：

3、固废原料性质波动大：同一来源的粉煤灰、炉渣因煤种、燃烧工况变化，其化学成分（如硅铝比、玻璃体含量）和活性波动显著，采用固定配比方案难以保证固化土强度的稳定性。

4、燃煤炉渣活性低：燃煤炉渣因燃烧温度高、冷却方式粗放，玻璃化程度低，火山灰活性差，单独使用或与常规激发剂混合时早期强度发展缓慢。

5、激发剂依赖工业碱源：现有碱激发技术多使用氢氧化钠、水玻璃等强碱性激发剂，不仅成本高、腐蚀性强，且引入额外的环境负担。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于固废的环保型固化土制备方法，有效的解决了上述背景技术中提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明包括以下步骤：

3、步骤一：检测粉煤灰的二氧化硅与三氧化二铝摩尔比r、玻璃体含量g，以及燃煤炉渣的氧化钙含量c；所述玻璃体含量g采用x射线衍射外标法或选择性溶解法测定；

4、步骤二：按照预设动态配比模型计算复合激发剂总掺量v以及复合激发剂中脱硫石膏与碳酸化转炉渣的质量比u，计算公式为：

5、v=a·r+b·(1/g)–d·c，

6、u=e·r+f，

7、其中a为硅铝比修正系数、b为玻璃体活性修正系数、d为炉渣氧化钙修正系数、e为组分配比关联系数、f为配比基础偏移系数；所述系数a、b、d、e、f通过至少三组不同原料性质的预实验经线性回归标定得到；当v计算值小于5%时取v=5%，当v计算值大于20%时取v=20%；

8、步骤三：依据计算得到的质量比u称取脱硫石膏与碳酸化转炉渣，混合研磨至比表面积350~500m²/kg制成复合激发剂，并按照总掺量v取用该复合激发剂；

9、步骤四：将粉煤灰、燃煤炉渣、复合激发剂与水按预设比例混合搅拌，成型后养护，制得环保型固化土。

10、优选的，所述系数a的取值范围为0.3~0.8，b的取值范围为5~12，d的取值范围为0.1~0.4。

11、优选的，所述系数e的取值范围为0.8~1.5，f的取值范围为-0.5~0.5，且质量比u不小于0.5。

12、优选的，所述碳酸化转炉渣的制备方法为：将转炉渣破碎、球磨至粒径小于0.5mm，去除金属铁颗粒并烘干，然后置于二氧化碳体积浓度10%~30%的气氛中，在30~80℃条件下处理0.5~2小时，使转炉渣表面生成碳酸钙层，处理后游离氧化钙含量降至原始含量的30%以下，碳酸化增重率≥5%。

13、优选的，粉煤灰与燃煤炉渣的质量比为1:0.5~1:2；复合激发剂总掺量v占粉煤灰与燃煤炉渣总质量的5%~20%；水胶比为0.30~0.50。

14、优选的，步骤四中养护过程为：成型脱模后立即在40~60℃下热养护12~24小时，热养护期间覆盖塑料薄膜保湿；热养护结束后在室温下自然冷却1小时，再移入标准养护室自然养护至规定龄期。

15、优选的，步骤一中同步检测冶金除尘灰的重金属总浓度，所述重金属包括铅和锌；当铅总浓度超过500mg/kg或锌总浓度超过800mg/kg时，在混合搅拌前，向混合料中添加占冶金除尘灰质量0.5%~2%的磷酸盐或硫化物，所述磷酸盐为磷酸二氢钠或磷酸氢二钠，所述硫化物为硫化钠。

16、优选的，步骤四中采用强制式搅拌机进行混合搅拌，先以20~40r/min的转速干拌1~2分钟，再加水后以60~80r/min的转速湿拌2~4分钟。

17、优选的，混合搅拌前对燃煤炉渣进行破碎筛分处理，筛分后燃煤炉渣粒径均小于2mm；所用粉煤灰为ⅱ级及以上粉煤灰，其质量等级按照gb/t1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定；所用脱硫石膏为含水率小于10%的工业副产脱硫石膏。

18、优选的，所述方法还包括对复合激发剂研磨比表面积进行控制的步骤：当比表面积低于350m²/kg时，固化土28d抗压强度下降15%以上；当比表面积高于500m²/kg时，能耗增加而强度无显著提升。

19、有益效果：自适应原料波动，保证强度稳定性：通过建立基于硅铝比r、玻璃体含量g和炉渣氧化钙含量c的动态配比模型，实现了复合激发剂掺量及组分比例对原料波动的实时响应，显著降低固化土强度的变异系数（可降至8%~12%），解决工业固废来源多变导致的质量不稳定问题。

20、高效激发低活性燃煤炉渣：采用脱硫石膏（硫酸盐源）与碳酸化转炉渣（碳酸盐源）构成的二元复合激发体系，协同促进燃煤炉渣中硅铝酸盐的溶解和水化反应，使早期强度（3d）提升40%以上，且完全替代了传统碱激发剂（如naoh、水玻璃），避免了强碱腐蚀和额外碳排放。

21、变害为利，抑制体积膨胀：模型中的“-d·c”项将炉渣自身氧化钙含量作为负反馈因子——当原料中cao含量较高时自动减少复合激发剂总掺量，避免过量钙矾石生成导致的体积膨胀，实现自抑制功能。

22、全固废化，绿色环保：所用原料均为工业固废（粉煤灰、燃煤炉渣、脱硫石膏、转炉渣），无需添加水泥、石灰或工业碱，整个制备过程低碳、低成本，固化土的重金属浸出浓度满足环保标准。

1.一种基于固废的环保型固化土制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系数a的取值范围为0.3~0.8，b的取值范围为5~12，d的取值范围为0.1~0.4。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系数e的取值范围为0.8~1.5，f的取值范围为-0.5~0.5，且质量比u不小于0.5。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳酸化转炉渣的制备方法为：将转炉渣破碎、球磨至粒径小于0.5mm，去除金属铁颗粒并烘干，然后置于二氧化碳体积浓度10%~30%的气氛中，在30~80℃条件下处理0.5~2小时，使转炉渣表面生成碳酸钙层，处理后游离氧化钙含量降至原始含量的30%以下，碳酸化增重率≥5%。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中，粉煤灰与燃煤炉渣的质量比为1:0.5~1:2；复合激发剂总掺量v占粉煤灰与燃煤炉渣总质量的5%~20%；水胶比为0.30~0.50。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中养护过程为：成型脱模后立即在40~60℃下热养护12~24小时，热养护期间覆盖塑料薄膜保湿；热养护结束后在室温下自然冷却1小时，再移入标准养护室自然养护至规定龄期。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中同步检测冶金除尘灰的重金属总浓度，所述重金属包括铅和锌；当铅总浓度超过500mg/kg或锌总浓度超过800mg/kg时，在混合搅拌前，向混合料中添加占冶金除尘灰质量0.5%~2%的磷酸盐或硫化物，所述磷酸盐为磷酸二氢钠或磷酸氢二钠，所述硫化物为硫化钠。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤四中采用强制式搅拌机进行混合搅拌，先以20~40r/min的转速干拌1~2分钟，再加水后以60~80r/min的转速湿拌2~4分钟。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，混合搅拌前对燃煤炉渣进行破碎筛分处理，筛分后燃煤炉渣粒径均小于2mm；所用粉煤灰为ⅱ级及以上粉煤灰，其质量等级按照gb/t1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定；所用脱硫石膏为含水率小于10%的工业副产脱硫石膏。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对复合激发剂研磨比表面积进行控制的步骤：当比表面积低于350m²/kg时，固化土28d抗压强度下降15%以上；当比表面积高于500m²/kg时，能耗增加而强度无显著提升。