一种镁基复合材料固化泥浆的方法与流程

本发明涉及废弃泥浆再利用技术领域。更具体地说，本发明涉及一种镁基复合材料固化泥浆的方法。

背景技术：

工程施工钻井中，往往伴随着大量废弃泥浆，主要成分为黏土、钻屑、污水、化学处理试剂、重金属等组成的多种稳态胶体悬浮体系，既影响施工同时又严重污染环境，因此对废弃泥浆进行合理处置和利用显得尤其重要。目前国内外对泥浆处置技术进行了大量研究，针对不同地域的泥浆特有的组成成分，对应的也需要区分不同的固化方法。

钻井废弃泥浆目前处理方法包括固化法、mtc(mudtocement)转化技术、回填法、微生物处理法、注入安全底层或环形空间、固液分离等手段。传统固化法大多采用水泥进行，但由于固化高含水率泥浆时掺量要求过大，成本高昂且生产水泥过程中排放的co2对环境造成污染严重。除固化法外，绝大部分泥浆采取直接填埋等方式，而钻井废弃泥浆组成成分复杂，直接掩埋对土地资源污染极大且占用面积大，部分地区常年潮湿或积水易导致其中污染物渗出，对生态环境造成极大破坏。本发明在以上传统固化方法中做出了改进，保证经济环保且成本低廉的同时，解决了高含水率泥浆难以固化的问题，同时具有较高强度和良好抗渗性能。可以满足市政、交通、水利工程中道路基层施工用土需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种施工便捷，成本低廉且固化速度快的镁基复合材料固化泥浆的方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种镁基复合材料固化泥浆的方法，包括以下步骤：

s1，抽排泥浆沉淀池中表水并使得泥浆含水率为40-120wt％，对泥浆进行取样分析其含水率；

s2，根据泥浆的重量及含水率计算出，泥浆中干土的质量为m；

s3，将固化剂与泥浆混合均匀，得到混合物；

s4，将混合物运输至指定位置进行摊铺、密实以及养护；

其中，所述固化剂的质量为0.3m。

优选地，所述步骤s1具体包括：

a1，在泥浆沉淀池中若干位置进行含水率测试；

a2，根据各点测试点泥浆的含水率的总和求均值方法得出该沉淀池中泥浆平均含水率。

优选地，所述固化剂包括以下质量份数的组分：

10-20％氧化镁、4-10％六水氯化镁、45％-65％矿渣或矿渣组合物、6-18％电石渣、3％-12％硅粉、5％-12％无水硫酸钠、0.1-0.5％吸水性树脂。

优选地，所述步骤s3具体包括：

b1：将上述质量份数的氧化镁与六水氯化镁混合均匀并制备成固化剂a，将固化剂a溶解于水中，并制备成95％-97％的固化剂a混合液；

b2：将上述质量份数的矿渣或矿渣组合物、电石渣、硅粉、无水硫酸钠、吸水性树脂混合均匀得到固化剂b；

b3，将固化剂a混合液、固化剂b、泥浆按比例均匀混合，得到所述混合物。

优选地，

所述泥浆沉淀池为圆槽状，其底部的中心设置有一竖杆，其为可伸缩结构；所述泥浆沉淀池内设置有能上下移动的圆环状的压载块，其外壁贴合所述泥浆沉淀池的内壁一圈，所述压载块的中心通孔处可拆卸的设置有一圆筒，其下部通过塑料膜密封，所述塑料膜距离压载块的下表面的距离为3-5㎝；

所述步骤s3具体包括以下步骤：

a1：调整所述竖杆长度，并使得竖杆的上端与泥浆沉淀池内的泥浆的表面平齐；

a2：将a混合液加入至圆筒内，使得压载块向下压，并使得塑料膜被竖杆戳破，直至压载块压入泥浆以下的深度h1为泥浆深度h的1/6-1/5；

a3：压载块回升至泥浆液面以上，然后更换圆筒，将1/5的固化剂b加入至圆筒内，控制步骤a2的时间在30-40分钟；

a4：压载块继续压载，并使得塑料膜被竖杆戳破，直至压载块压至泥浆沉淀池的底部；

a5：重复步骤a3-a4，直至固化剂b全部与泥浆混合均匀。

优选地，所述压载块的内径为外径的1/4-1/3，所述圆筒的内径为圆筒外径的9/10。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明技术充分体现以废治废概念，通过利用矿渣、粉煤灰、电石渣、硅粉、钢渣等工业废渣的潜在水化活性来达到固化高含水率泥浆的效果。该技术成本低廉且工艺简单便于实施。

(2)本发明技术实现废物再利用，除泥浆以外的高含水率淤泥等均可采用本技术进行处理。固化后材料直接可用于一般道路基层施工，代替大量砂石料等天然资源。

(3)本发明技术所采用的材料经过水化反应后形成致密的内部空间骨架结构，对固化对象中大量污染物进行物理包裹，具有较高强度的同时具有良好抗渗技能，经雨水冲刷或污水浸泡也保持良好的稳定性。

(4)本发明技术中采用固化剂均取自工业废渣，来源广泛价格低廉。降低水泥消耗和其生产耗能。具有较高市场推广价值。

(5)本发明技术实施便捷且受用面广，对较高含水率泥浆亦可使用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述泥浆沉淀池的结构示意图。

附图标记说明：1、泥浆沉淀池，2、竖杆，3、压载块，4、圆筒，5、塑料膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种镁基复合材料固化泥浆的方法，包括以下步骤：

s1，抽排泥浆沉淀池中表水并使得泥浆含水率为40-120wt％，对泥浆进行取样分析其含水率；

s2，根据泥浆的重量及含水率计算出，泥浆中干土的质量为m；

s3，将固化剂与泥浆混合均匀，得到混合物；

s4，将混合物运输至指定位置进行摊铺、密实以及养护；

其中，所述固化剂的质量为0.3m。

在另一种技术方案中，所述步骤s1具体包括：

a1，在泥浆沉淀池中若干位置进行含水率测试；

a2，根据各点测试点泥浆的含水率的总和求均值方法得出该沉淀池中泥浆平均含水率。

在另一种技术方案中，所述固化剂包括以下质量份数的组分：

10-20％氧化镁、4-10％六水氯化镁、45％-65％矿渣或矿渣组合物、6-18％电石渣、3％-12％硅粉、5％-12％无水硫酸钠、0.1-0.5％吸水性树脂。

在另一种技术方案中，所述步骤s3具体包括：

b1：将上述质量份数的氧化镁与六水氯化镁混合均匀并制备成固化剂a，将固化剂a溶解于水中，并制备成95％-97％的固化剂a混合液；

b2：将上述质量份数的矿渣或矿渣组合物、电石渣、硅粉、无水硫酸钠、吸水性树脂混合均匀得到固化剂b；

b3，将固化剂a混合液、固化剂b、泥浆按比例均匀混合，得到所述混合物。

在另一种技术方案中，所述泥浆沉淀池1为圆槽状，其底部的中心设置有一竖杆2，其为可伸缩结构；所述泥浆沉淀池1内设置有能上下移动的圆环状的压载块3，其外壁贴合所述泥浆沉淀池1的内壁一圈，所述压载块3的中心通孔处可拆卸的设置有一圆筒4，其下部通过塑料膜5密封，所述塑料膜5距离压载块3的下表面的距离为3-5㎝；

所述步骤s3具体包括以下步骤：

a1：调整所述竖杆2长度，并使得竖杆2的上端与泥浆沉淀池1内的泥浆的表面平齐；

a2：将a混合液加入至圆筒4内，使得压载块3向下压，并使得塑料膜5被竖杆2戳破，直至压载块3压入泥浆以下的深度h1为泥浆深度h的1/6-1/5；

a3：压载块3回升至泥浆液面以上，然后更换圆筒4，将1/5的固化剂b加入至圆筒4内，控制步骤a2的时间在30-40分钟；

a4：压载块3继续压载，并使得塑料膜5被竖杆2戳破，直至压载块3压至泥浆沉淀池1的底部；

a5：重复步骤a3-a4，直至固化剂b全部与泥浆混合均匀。

在该种技术方案中，压载块通过伸缩机构带动其上下移动，压载块可采用密度较大的金属材质，使得压载块的重量较大，压载块与伸缩机构可拆卸的连接，压载块下沉时，将伸缩机构与压载块之间的连接关系解除，使得压载块在自重的作用下，下压污泥，从而减少能耗，压载块上升时，再将伸缩机构与压载块连接，伸缩机构回缩，带动压载块上升。

在步骤a2中，压载块下压，使得污泥中的结合水，在压载块的重力下被挤压出来，并使得水分与污泥固体分层，水分位于上层，此时，塑料膜被竖杆戳破，水分被挤压至圆筒中部，并从塑料膜的破洞处涌入，使得a混合液与水分充分混合得到混合液，然后继续下压至压载块压入泥浆以下的深度h1为泥浆深度h的1/6-1/5，此时部分污泥固定会从圆筒内腔涌入并与混合液混匀，使得水分重新回复至污泥内部，从而带着a混合液一起混入污泥内部。

然后在重复步骤a3-a4，使得从圆筒下端涌入圆筒内的污泥在挤压力的作用下，与固化剂b全部混合均匀。

在另一种技术方案中，所述压载块3的内径为外径的1/4-1/3，所述圆筒4的内径为圆筒4外径的9/10。

实施例1

c1，采用水泵等设备将泥浆沉淀池中表水抽排干净，无明显层积水即可；

取若干测试点测试泥浆含水率并计算得出泥浆平均含水率70％；

c2，根据泥浆的重量200kg及含水率70％计算出，泥浆中干土的质量为m＝200/1.7kg；

c3，取氧化镁与六水氯化镁混合均匀并制备成固化剂a，将固化剂a溶解于水中，并制备成95％的固化剂a混合液；

c4，矿渣、粉煤灰、电石渣、硅粉分别加入到管磨机粉至比表面积450m²/kg并烘干；

c5，将烘干的的矿渣、粉煤灰、电石渣、硅粉与无水硫酸钠、聚丙烯酸钠加入搅拌机中以100r/min的转速混合搅拌15min，之后在105℃下烘干30min，即得所述固化剂b。

其中，固化剂中各组分的质量份数分别为矿渣30％、粉煤灰15％、电石渣15％、氧化镁10％、聚丙烯酸钠0.2％、硅粉8％、氯化镁10％、无水硫酸钠11.8％。

所述固化剂的质量为0.3m＝60/1.7kg；

将固化剂与泥浆混合得到混合物1。

实施例2

c1，采用水泵等设备将泥浆沉淀池中表水抽排干净，无明显层积水即可；

取若干测试点测试泥浆含水率并计算得出泥浆平均含水率70％；

c2，根据泥浆的重量200kg及含水率70％计算出，泥浆中干土的质量为m＝200/1.7kg；

c3，取氧化镁与六水氯化镁混合均匀并制备成固化剂a，将固化剂a溶解于水中，并制备成96％的固化剂a混合液；

c4，矿渣、钢渣、电石渣、硅粉分别加入到管磨机粉至比表面积450m2/kg并烘干；

c5，将烘干的的矿渣、钢渣、电石渣、硅粉与无水硫酸钠、聚丙烯酸钠加入搅拌机中以100r/min的转速混合搅拌15min，之后在105℃下烘干30min，即得所述固化剂b。

其中，固化剂中各组分的质量份数分别为矿渣35％、钢渣10％、电石渣18％、氧化镁12％、聚丙烯酸钠0.1％、硅粉12％、氯化镁5％、无水硫酸钠7.9％。

所述固化剂的质量为0.3m＝60/1.7kg；

将固化剂与泥浆混合得到混合物2。

实施例3

c1，采用水泵等设备将泥浆沉淀池中表水抽排干净，无明显层积水即可；

取若干测试点测试泥浆含水率并计算得出泥浆平均含水率70％；

c2，根据泥浆的重量200及含水率70％计算出，泥浆中干土的质量为m＝200/1.7kg；

c3，取氧化镁与六水氯化镁混合均匀并制备成固化剂a，将固化剂a溶解于水中，并制备成96％的固化剂a混合液；

c4，矿渣、钢渣、电石渣、硅粉分别加入到管磨机粉至比表面积450m2/kg并烘干；

c5，将烘干的的矿渣、钢渣、电石渣、硅粉与无水硫酸钠、聚丙烯酸钠加入搅拌机中以100r/min的转速混合搅拌15min，之后在105℃下烘干30min，即得所述固化剂b。

其中，固化剂中各组分的质量份数分别为矿渣25％、粉煤灰15％、钢渣10％、电石渣15％、氧化镁15％、聚丙烯酸钠0.2％、硅粉6％、氯化镁4％、无水硫酸钠9.8％。

所述固化剂的质量为0.3m＝60/1.7kg；

将固化剂与泥浆混合得到混合物3。

其中实施例1-3采用下列步骤，使得固化剂与污泥混合均匀：所述泥浆沉淀池为圆槽状，其底部的中心设置有一竖杆，其为可伸缩结构；所述泥浆沉淀池内设置有能上下移动的圆环状的压载块，其外壁贴合所述泥浆沉淀池的内壁一圈，所述压载块的中心通孔处可拆卸的设置有一圆筒，其下部通过塑料膜密封，所述塑料膜距离压载块的下表面的距离为3㎝；

所述步骤s3具体包括以下步骤：

a1：调整所述竖杆长度，并使得竖杆的上端与泥浆沉淀池内的泥浆的表面平齐；

a2：将a混合液加入至圆筒内，使得压载块向下压，并使得塑料膜被竖杆戳破，直至压载块压入泥浆以下的深度h1为泥浆深度h的1/6；

a3：压载块回升至泥浆液面以上，然后更换圆筒，将1/5的固化剂b加入至圆筒内，控制步骤a2的时间在30分钟；

a4：压载块继续压载，并使得塑料膜被竖杆戳破，直至压载块压至泥浆沉淀池的底部；

a5：重复步骤a3-a4，直至固化剂b全部与泥浆混合均匀；

其中，所述压载块的内径为外径的1/4，所述圆筒的内径为圆筒外径的9/10。

分别将实施例1-3中制备得到混合物1、混合物2和混合物3，制备成直径50mm，高100mm试样，标准养护1天后脱模，继续养护至7天、28天后测试其无侧限抗压强度，每个龄期设置三个平行试样并取平均值。

对比例1：

所述固化剂为购买的河北聚金新材料科技有限公司，产品名称为污泥固化剂，型号为jj-05。

将所述固化剂的质量为0.3m＝60/1.7kg；与200kg泥浆直接人工混合，得到混合物4，制备成直径50mm，高100mm试样，标准养护1天后脱模，继续养护至7天、28天后测试其无侧限抗压强度，每个龄期设置三个平行试样并取平均值。

结果见表1-1。

表1-1无侧限抗压强度结果/mpa

测试例2

分别将实施例1-3中制备得到的泥浆固化剂与含水量14.5％的泥浆按质量比3:10均匀拌和后，制备直径30cm,高4cm标准环刀试样，标准养护至7天28天后采用变水头渗透试验法测试其饱和渗透系数。测试方法参考《公路土工试验规程》(jtge40-2007)。结果见表1-2。

表1-2饱和渗透系数结果/(k*10-5cm/s)

根据上述结果显示，本发明对污泥的处理效果好，28天无侧限抗压强度比对比例大。而且本发明制备的泥浆固化剂与泥浆混合后材料具有良好的抗渗性能。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。