[发明专利]一种基于铜矿渣的土壤固化剂及其制备与使用方法

说明书

本发明涉及一种基于铜矿渣的土壤固化剂及其制备与使用方法，其中土壤固化剂包括溶液与干混料，其中所述的溶液包括水玻璃、聚羧酸系减水剂、减缩剂以及水，所述的干混料包括铜矿渣粉、磷石膏、陶瓷废模石膏、火山岩粉、电石渣以及铝泥；使用时，将干混料与土干拌5min，再加入溶液搅拌10min，即得到固化土。与现有技术相比，本发明可有效回收利用铜矿渣、磷石膏、陶瓷废模石膏、电石渣和铝泥等工业副产物，减少对环境的污染，并资源化利用西藏地区火山岩粉，降低成本，相比传统土壤固化剂中的水泥或石灰等材料，具有更好的经济和环境效益。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种基于铜矿渣的土壤固化剂及其制备与使用方法。

背景技术

铜矿渣是冶炼金属铜过程中产生的工业副产物，每生产1t铜大约产生2.2t吨铜矿渣。2018年，我国精炼铜产量约为903万t，而由此产生的铜矿渣达2000万t。铜矿渣的堆存，不仅占用了大量的土地，其含有的重金属成分对水源、土壤也会造成严重污染。因此如何治理并实现铜矿渣的资源化再利用，对炼铜地区经济、资源、环境的持续发展具有重要意义。

土壤固化剂(soil stabilizer)是一种通过物理及化学作用改变土壤颗粒之间的接触面，强化土壤颗粒间的连接结构，以改善土壤力学性能、体积稳定性及耐久性的材料。采用土壤固化剂处理后的土壤，可用于基础填充、边坡防护和渠道衬砌防渗等工程。传统的土壤固化剂以水泥、石灰为主要原料，与表面活化剂、碱性物质等激发剂混合而成。但工程实践表明，以水泥或石灰为主的固化剂易开裂，并且对于粘土含量较低、含水率较高的土壤，固化效果并不理想。另外，水泥生产工艺能耗高，成本高，并排放大量CO₂气体污染环境。

中国专利CN02104284.5公开了一种土壤固化剂，包括电石渣(25-90)份、粒化高炉矿渣(10-75)份、化学激发剂(0.1-5)份，将电石渣、粒化高炉矿渣、化学激发剂分别磨粉至勃氏比表面积(300-900)m²/kg后，混合制成，并具有对各种土壤适应能力强、固土效果好、固化土的耐久性好等优点。所述粒化高炉矿渣可用等重量份的粒化钢渣或粒化电炉磷渣或粒化烙铁渣或粒化铜矿渣或粒化镍矿渣或他们的任意组合物替代。所述激发剂为氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸钠或硫酸钙或它们的任意组合物。该专利存在碱激发或硫酸盐激发矿渣工作性差、收缩严重、极易开裂等问题，且再利用的资源仅包括粒化高炉矿渣与电石渣，导致经济和环境效益仍然较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以铜矿渣为主要原材料制备的土壤固化剂。本发明的土壤固化剂具有成本低、固化速度快、固化效果良好等特点，并充分利用铜矿渣，为解决铜矿渣的堆存问题提出了新措施，产生良好的环境及经济效益。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于铜矿渣的土壤固化剂，包括溶液与干混料，其中所述的溶液包括水玻璃、减水剂、减缩剂以及水，所述的干混料包括铜矿渣粉、磷石膏、陶瓷废模石膏、西藏地区火山岩粉、电石渣以及铝泥，并且以上组分的重量份含量为：

更进一步地，上述组分的优选重量份含量为：

进一步地，所述的铜矿渣粉为将出炉温度1000℃-1300℃的铜矿渣依次经过水淬急冷、机械研磨后得到的铜矿渣粉；经过水淬急冷处理的铜矿渣中含有大量玻璃体结构，其活性远高于在空气中慢冷的铜矿渣，另外，机械研磨也可提高铜矿渣粉的活性。

所述的铜矿渣粉的平均粒径为(5-20)μm，FeO质量含量不高于50％，SiO₂与Al₂O₃的总质量含量不低于30％，CaO含量不低于5％。