一种工业固废基弃土固化剂、制备方法以及使用方法与流程

本发明涉及土壤治理，尤其涉及一种工业固废基弃土固化剂、制备方法以及使用方法。

背景技术：

1、随着现代社会工业化的迅速发展，产生了大量的工业固废和工程弃土。土建工程中废弃泥浆的外排处理、废弃矿山地区的污染均会直接导致耕地退化或其他类型土地功能降低。

2、重金属污染土壤的治理一直是国内外的重要研究方向，当前也研究了较多的复合修复剂对重金属进行吸附处理以降低土壤的有毒浸出物。然而，目前的方法基本上是围绕原地修复技术的开发，对修复后土壤未进行高值化再生利用，未解决减少资源开发的问题；工业固废中有部分活性氧化物(二氧化硅，氧化铝等)，是一种宝贵的二次资源，该资源也难以进行回收再利用。

技术实现思路

1、针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种工业固废基弃土固化剂、制备方法以及使用方法，以解决目前的方法基本上是围绕原地修复技术的开发，对修复后土壤未进行高值化再生利用，未解决减少资源开发的问题。

2、为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种工业固废基弃土固化剂，包括以重量计的原料组分：

3、煤矸石粉30-50份、矿渣粉20-40份、废弃混凝土再生微粉20-40份、海藻酸钠5-8份、硅酸钠粉10-15份、聚乙烯醇1-3份、氧化碳纳米管粉末0.3-0.5份和壳聚糖5-8份。

4、本发明的技术原理为：本方案中以煤矸石粉为主吸附工业固废基弃土中的重金属污染物，然后用氧化碳纳米管粉末、海藻酸钠、硅酸钠粉填充在煤矸石缝隙中进一步吸附残余的重金属污染物，重金属污染物在一定程度上被回收；与此同时，再通过矿渣粉和聚乙烯醇对工业固废基弃土的稳定作用形成稳定的工业固废基弃土颗粒，再经硅酸钠对废弃混凝土再生微粉、矿渣粉和煤矸石粉活性的激发形成交联网络，而壳聚糖的加入可与海藻酸钠络合形成更大的聚合物网络，使工业固废基弃土固化成稳定的固化土材料，最终可以成型为可资源化利用的弃土基建筑材料，实现对工业固废基弃土的充分再开发利用。

5、本发明中的固化剂具有双重吸附重金属和形成双重交联固结网络的协同粉剂，能够显著提高污染物的吸附、稳定和土壤固化效率，增强所形成的固化土的强度和水稳性。

6、本发明还意在提供一种工业固废基弃土固化剂的制备方法，包括以下步骤：

7、准备碳纳米管、浓硫酸、浓硝酸以及工业固废基弃土固化剂；

8、将浓硫酸与浓浓硝酸按照体积比为3:1的比例混合形成混合酸，将碳纳米管放于混合酸中；碳纳米管在35-45℃的温度下，氧化2.5-3.5h，过滤干燥后获得氧化碳纳米管粉末；

9、按照质量份数称取煤矸石粉30-50份、矿渣粉20-40份、废弃混凝土再生微粉20-40份、海藻酸钠5-8份、硅酸钠粉10-15份、聚乙烯醇1-3份、氧化碳纳米管粉末0.3-0.5份和壳聚糖5-8份，放于搅拌容器中，在80-120r/min的转速下搅拌8-12min，获得固废基胶凝剂。

10、通过上述设置，能够通过浓硫酸和浓硝酸的混合酸对碳纳米管进行氧化作用，待碳纳米管充分氧化、过滤、烘干和粉碎后即可形成氧化碳纳米管粉末，使得最终形成的固废基胶凝剂中，碳纳米管粉末能够与海藻酸钠和硅酸钠粉配合填充在煤矸石缝隙中，对残余的重金属污染物进行吸收，氧化碳纳米管粉的获得纯净且方便；固废基胶凝剂的制作以及原料配比也更加科学。

11、同时整个工艺简单，操作控制方便，可连续化生产，生产效率高，生产成本低，产品可直接现场使用，实现废弃土和工业固废的场内自消纳，具有较强的工业化能力和广阔的市场前景用。

12、进一步，煤矸石粉由煤矸石烘干后粉碎成40-60μm的微粉后制成。

13、通过上述设置，将煤矸石粉碎细化后，使得煤矸石粉能与工业固废基弃土充分接触，能够进一步提升原有煤矸石吸附工业固废基弃土中重金属污染物的能力。

14、进一步，矿渣粉由矿渣烘干后粉碎成40-60μm的微粉后制成。

15、通过上述设置，相较于未粉碎的矿渣，矿渣粉更具有较强的粘合特性，进而可与聚乙烯醇配合，对工业固废基弃土进行粘合形成稳定的工业固废基弃土颗粒，再经硅酸钠对废弃混凝土再生微粉、矿渣粉和煤矸石粉活性的激发形成交联网络，更易于工业固废基弃土凝固形成稳固的弃土基建筑材料。

16、进一步，废弃混凝土再生微粉由废弃混凝土烘干后粉碎成40-60μm的微粉后制成。

17、通过上述设置，废弃混凝土以废弃混凝土再生微粉的形式被再次充分利用，同时废弃混凝土中的部分活性氧化物(二氧化硅，氧化铝等)等也被充分利用，废弃混凝土再生微粉能够混合至工业固废基弃土中对工业固废基弃土快速凝结。

18、进一步，碳纳米管在40℃的温度下，氧化3h，过滤干燥后获得氧化碳纳米管粉末。

19、通过上述设置，碳纳米管在混合酸的作用下，在最佳温度下快速被氧化处理，能够提高氧化碳纳米管粉末的处理成型精度和速度，提高地对固废基胶凝剂的成型效率。

20、进一步，在100r/min的转速下搅拌10min，获得固废基胶凝剂。

21、通过上述设置，在该转速下搅拌该时长即可完成对各组分原料的充分搅拌，即可形成固废基胶凝剂，让节能以及固废基胶凝剂的成型效率之间得到平衡。

22、本发明还意在提供一种工业固废基弃土固化剂的使用方法，包括固废基胶凝剂，还包括以下步骤：

23、准备试块模具、固废基胶凝剂以及待处理的工业固废基弃土；

24、固废基胶凝剂与工业固废基弃土混合，形成混合物a；

25、将混合物a倒入试块模具中凝固成型，在46-50h后拆模，混合物a形成固化混合物b；

26、将固化混合物b放入18-22℃湿度92-98％的养护室中养护至26-30天，固化混合物b上浸出重金属污染物。

27、通过上述设置，试块模具能为混合后的固废基胶凝剂与工业固废基弃土进行限位成型，使得凝固后的固化混合物b形成弃土基建筑材料所需的形状，便于最终形成的弃土基建筑材料能够直接使用；同时也便于从固化混合物b中浸出重金属污染物，也便于收集浸出重金属污染物；同时采用以上方法形成的浸出重金属污染物中会含有镉、汞、铅、铬等金属元素，实现对工业固废基弃土固化的同时也实现对重金属污染物的回收，实现对工业固废基弃土的充分利用。

28、进一步，工业固废基弃土为高含水率泥浆、工程渣土或废弃矿山废弃土。

29、通过上述设置，高含水率泥浆、工程渣土或废弃矿山废弃土均能够与固废基胶凝剂协同作用后固化，形成弃土基建筑材料；也便于对相应的工业固废基弃土进行处理，实现对高含水率泥浆、工程渣土或废弃矿山废弃土中的重金属污染物进行回收，降低对环境的污染。

30、进一步，固废基胶凝剂与工业固废基弃土混合时，固废基胶凝剂占工业固废基弃土质量的5-20％。

31、通过上述设置，在使用固废基胶凝剂与工业固废基弃土混合时，固废基胶凝剂占工业固废基弃土质量的占比分数可以随工业固废基弃土内重金属污染物浓度及强度性能的增加而提高，进而选择合适的占比分数，也实现对固废基胶凝剂的充分利用。