[发明专利]处理海洋沉积物的方法及所得固体产物在砂浆或混凝土中的应用

说明书

本发明涉及处理海洋或河流疏浚沉积物、特别是港区沉积物以固化它们的方法，并且还涉及如此获得的固体材料在砂浆或混凝土中的应用。

港湾正变得越来越受累于海洋沉积物，海洋沉积物阻塞了它们，并且引起潜在毒性物质的蓄积。环境法规(GEODE，伦敦公约)禁止将这些污染的沉积物倾倒入海，并且强制要求港务当局在陆地上存放和处理这些材料。

然而，这些材料在原始状态时的流动性非常高(它们的确含有40％-80％的海水)，使得它们非常难以在陆地上进行操作和处理。而且，这些沉积物可能含有大量重金属，尤其是砷、铬和铅，以及每公斤所述沉积物的固体干物质约数十毫克的量的锌、铜、镉和汞。这些沉积物可能还含有PCB。它们的粒度非常细，小于一毫米，其平均粒度往往接近数十微米。

由于海洋沉积物不可以浸入海洋中，特别是当它们被污染时，因此已经设想了各种处理这些沉积物的方法，尤其希望将液态的原始污染沉积物转化为更固态并因而易于操作的材料。

目前最常用的处理方法之一是通过与生石灰反应进行处理。这是因为石灰与沉积物中存在的水瞬时发生大量放热的反应(温度增加可达140℃)，形成氢氧钙石Ca(OH)₂。伴随该沉淀物的产生的沉积物中游离水的去除以及由放热导致的游离水的蒸发，使得沉积物被部分干燥，因此也使得其可操作性更强。

例如，用浓度约20％的生石灰处理海洋沉积物的确允许非常迅速地使沉积物在小于2h内能够被操作。然而，这两小时后，其质构(texture)的改变很小，或者完全没有。

此外，生石灰因其是通过剧烈且危险的过程而转化为熟石灰的，所以是极端危险的产品。因此，其必须小心谨慎地运输和使用。放出的热是这样的，当其熄灭时，水可能开始沸腾，并喷射出腐蚀性石灰。在新的欧洲化学品法规REACH的情况下，生石灰(或富石灰)可以属于危险物质分类，或者对于它，至少要求制造商证明其能够以安全的方式使用。

在用石灰处理之后，已处理的沉积物通常被卸到垃圾填埋场，而没有被利用。

以前就观察到，疏浚沉积物，特别是获自港区的那些沉积物，含有高水平的重金属。因此，经石灰处理的沉积物在进行浸提时具有大的可溶部分，并且可以随着时间释放出重金属。因此必须将它们送到专门的垃圾填埋场(最终废弃物贮存中心)。

因此，确实需要提供这样的处理方法，其一方面利用在使用时危险性比生石灰小的处理组合物，另一方面可以获得抗浸提、主要是重金属的浸提的处理过的沉积物。

本发明相应地提供了为了获得易于处理的固体材料的目的，处理海洋或河流疏浚沉积物、特别是其游离水含量在40重量％至80重量％之间的港区沉积物的方法，所述方法特征在于其包括以下连续步骤：

-使所述沉积物与处理组合物混合，所述处理组合物包含硫铝酸盐粘合剂和至少一种选自硫酸盐源和硫铝酸盐粘合剂的水合反应催化剂的其它组分，

-使所述混合物凝固、产生游离水含量小于20重量％的密实混合物的步骤，

-然后将所述密实混合物分级。

处理组合物可以包含：

-硫铝酸盐粘合剂和硫酸盐源，或

-硫铝酸盐粘合剂和所述硫铝酸盐粘合剂的水合反应催化剂，或

-硫铝酸盐粘合剂，硫酸盐源和所述硫铝酸盐粘合剂的水合反应催化剂。

在根据本发明的这个方法中，包含硫铝酸盐粘合剂和硫酸盐源以及任选的催化剂的处理组合物是使用时危险性比生石灰小的组合物。该组合物可以用简单的程序与沉积物一起使用，所述程序包括将沉积物与所述组合物在环境温度下简单混合。凝固步骤是使混合物静置的步骤，在此期间，硫铝酸盐粘合剂在疏浚沉积物中的大量游离水存在下发生水合。

因此，在持续时间为大约1至7天的凝固步骤之后，获得了游离水含量相对于初始沉积物减少的变干的固态密实混合物。该游离水含量通常小于总混合物的20重量％，甚至可以达到仅为10重量％。

最后，该密实混合物被分级，供后续使用(铲放或其它用途)。