一種粘土礦物鈍化劑及製備方法和用途的製作方法
2023-06-04 02:20:01 1
專利名稱：一種粘土礦物鈍化劑及製備方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及粘土及巖土工程領域尤其是粘土礦物的鈍化劑及應用。
背景技術：
粘土礦物一般指具有無序過渡結構的微粒含水層狀矽酸鹽礦物，它廣泛存在於各類地質體中，是土壤的主要組成部分。特殊的晶體結構賦於粘土礦物許多特性，天然粘土礦物大都具有某種活性，粘土礦物的科學奧秘和經濟價值就在於它們具有活性，例如可表現為一定的吸附性能、脫色性能、催化性能、增稠性能和觸變性能等，這些特徵使粘土礦物在化工、冶金、醫學、電子、農業等領域得到了廣泛的應用，但天然產出的粘土礦物活性比較低，要針對不同用途進行改性處理，即通過人工改性，提高其表面活性，以此擴展粘土礦物的工業與民用範圍。
粘土礦物的特徵使它們成為寶貴的非金屬礦物材料，在國民經濟中發揮巨大的作用，但另一方面，某些條件下也可成為危害工程和造成某些地質災害的原因，因此往往要求抑制和降低粘土礦物的活性，特別是降低其與水的結合能力。在工程界，涉及巖土及巖土工程的領域都有一個災害防治和軟基處理問題，重點處理和防治對象是粘土礦物，對粘土礦物的改性目的是保持粘土穩定性，核心問題是去掉或減少其中的水，這種改性稱為鈍化，即用鈍化劑與粘土礦物表面發生反應，改變粘土礦物的表面結構，提高憎水性，增加粘土整體力學性質，達到穩定粘土的目的。粘土礦物鈍性劑，可以廣泛用於工程建築的基礎處理、公路、鐵路路基處理、江河堤壩的治理和加固，邊坡穩定與加固和災害防治工程等軟基處理任務，特別在華南多雨地區實際應用意義更為重要。但目前通過人工改性，有意識的減少或去掉粘土礦物的活性，設法鈍化粘土礦物的研究都較少見到報導，土壤穩定，作為一門學科在本世紀50年代才發展起來，60年代起，採油工業中使用了表面活性劑技術，穩定水敏地層和粘土層，並取得部分成功，從此開始了一系列尋找有效表面活性劑的研究，70年代以後，國外工程界開始研究表面活性劑處理軟弱地基的工程，發達國家在道路和機場建設中普遍採用這項新技術，國內90年代也開始引進這種土壤穩定劑，進行築路的試驗，並取得成功，但缺乏理論指導，配製鈍化劑所用精料大部分由國外進口，價格昂貴。根據國內外已發表的文獻資料看，土壤穩定劑按所用原料分為水泥系列、石灰系列、無機原料系列和有機系列四大類，無機原料系列如美國專利(3959975，1997.09.18)，有機系列如美國專利「Method forstabilization of soil Aggregates」(4303438，1981.12.01)。和美國專利「Deep mix soilstabilization method」(6076997，2000.06.20)。
本發明所提供的粘土礦物鈍化劑由表面活性劑、強氧化劑、分散劑、輔助劑和水配製而成，其具體配方包括(重量百分含量)十二烷基苯磺酸 10-20％ 85％磷酸 3-8％98％硫酸5-10％酸度≥35.0鹽酸 0.01-0.05％硫酸鎳 0.08-0.4 水50-80％鈍化劑的配製方法為先將硫酸鎳溶於水中，依次按配方比例加入十二烷基苯磺酸、工業磷酸(85％)、工業硫酸(98％)和工業鹽酸(酸度≥35.0)，充分攪拌成為均勻溶液，靜放十二小時後即可應用，實際應用中各組分的配比隨著土壤類型及各種影響因素的變化而必須加以調整，以獲得理想的鈍化效果。
本發明所提供的粘土礦物鈍化劑主要用於修築公路和鐵路的基墊層或路面，打破傳統的修路技術，在原地處理土壤工序簡單，節省工時，極大的節省了公路建設成本和維修成本，與現行的三級公路路面造價相比，使用本發明鈍化劑技術改性土做基墊層的路面費用僅為原造價50％左右，因比，可以說，利用改性土做路面基墊層，具有可觀的經濟效益。
實施例1.粵北樂昌樣品粵北樂昌樣品為赤紅壤，其物質組成主要是由石英、高嶺土和非晶質物質組成。他們的相對含量分別為石英佔38～60％，高嶺土為30～47％，非晶質為8～10％。另有少量的伊利石(5％左右)。礦物顆粒累積50％粒經為2.78微米，累積90％粒經為3.36微米。依據此物質組成和粒度分布可確定此土壤為含粉粘土。土壤的PH值為5.71左右。依據土壤的性質，顆粒度分布和PH值，對此樣品我們採用以下配方十二烷基苯磺酸10.0-15.0％，硫酸6.0-10.0％，磷酸5.0-7.0％，鹽酸0.01-0.04％，硫酸鎳0.1-0.4％，水72.0-80.0％。鈍化劑使用量為0.02％～0.03％。同樣用上述配方有的實驗設計中加入20％的砂。經鈍化前後樣品土力學性質測定結果對比可以看出，在鈍化劑的作用下，所有測試的土力學參數都表明土壤的穩定性明顯提高，如吸水量由85克降至20～30克；膨脹量大幅度降低，由0.235％降到0.08％；最佳含水量由20.3％降至12.1％；最大幹密度由1.273g/cm3增至1.938g/cm3；液限由43％降至25％；塑限由25％降至16％，塑性指數由18％降至9％；而加州承載比(NCBR)則由27.0％提高到51.0％(四次測試平均值)，提高了將近一倍之多。
實施例2. 武漢紅土樣品武漢紅土採自武漢市郊某工地路基土，該土的物質組成是含石英56％，長石24.9％，高嶺土13.3％，伊利石5％。它是典型的花崗巖風化殼土壤。對武漢紅土的鈍化效果也很顯著。所用配方基本與上述配方相同，但適當地改變了硫酸和磷酸的配比，即提高磷酸含量到8.0％，降低硫酸含量至5.0％，其它組分所佔比例不變。鈍化劑使用量為0.02％～0.03％。由中科院武漢巖土力學所提供的測試報告結論為通過對此種土樣對比試驗的結果分析，經過鈍化劑作用後，土樣的承載比(NCBR)由4.95％增至14.0％；回彈模量由50.1增至214.8Mpa；膨脹量由3.34％降到0.98％。對改良土壤的力學性質起到明顯的效果。
實施例3. 南海市膨潤土樣該樣採自南海市膨潤土礦。其主要成分為鈣基蒙脫石，佔56.0％～82.0％，次之為長石，佔15.0％～28.0％，以及石英佔3.0％～16.0％。該礦為沉積作用而成的具有泥質結構的緻密塊狀或鬆散土塊礦石。對典型含水粘土礦物(蒙脫石)的含量達56.0％～82.0％膨潤土礦來說，其鈍化效果也是肯定的。經鈍化劑作用後，土樣的承載比(NCBR)由1.25％增至16.0％；膨脹量由5.8％降到4.3％，液限由69.0％降至52.9％；塑限由36.2％降至21.1％。鈍化劑配方為十二烷基苯磺酸12.0％，硫酸10.0％，磷酸5.0％，鹽酸0.1％，硫酸鎳0.2％，水72.7％。鈍化劑使用量為0.02％～0.03％。(實際上對含如此大量蒙脫石的土壤，公路建設中是不允許使用的，如要用必須視情況加入沙子或砂粒，以調整力學性質)。由於蒙脫石含量很高，粒度也很細，所以應增加鈍化劑的用量，由0.02％～0.03％提高至0.05％～0.06％。土的PH值最好加至＜6。
權利要求
1.一種粘土礦物鈍化劑，由磺酸為主要成份，其特徵在於，它的具體配方的重量百分組成包括十二烷基苯磺酸10-20％硫酸 5-10％磷酸 3-8％鹽酸 0.01-0.05％硫酸鎳0.08-0.4％水50-80％
2.製備權利要求1中所述粘土礦物鈍化劑的方法，其特徵在於先將硫酸鎳溶於水中，依次按配方比例加入十二烷基苯磺酸、磷酸、硫酸和鹽酸，充分攪拌為均勻溶液，靜放十二小時，製得。
3.根據權利要求1中所述的粘土礦物鈍化劑其特徵在於，所述的配方組成中為工業98％硫酸，工業85％磷酸，工業總酸度≥35.0鹽酸。
4.根據權利要求1中所述的粘土礦物鈍化劑，其特徵在於配方中各組分含量可根據土壤成分和工程要求而調正。
5.權利要求1中所述粘土礦物鈍化劑的用途，其特徵在於用作修築公路、或鐵路的基墊層或路面的處理工程。
全文摘要
本發明涉及粘土及巖土工程領域,尤其是粘土礦物的鈍化劑及應用。土壤穩定劑或固化劑的研究是50年代才興起的,我國從90年代開始引進這種土壤穩定劑進行築路,但配製缺乏理論基礎,配料中的精料又多進口,本發明提供一種新的粘土礦物鈍化劑,以磺酸為主要成分,主要用於公路或鐵路的基墊層或路面,可大大節約現有技術修築公路的費用,具有可觀的經濟和社會效益。
文檔編號C04B40/00GK1364741SQ02114829
公開日2002年8月21日 申請日期2002年2月6日 優先權日2002年2月6日
發明者王輔亞, 馮璜, 王德強, 張惠芬, 郭九皋 申請人:中國科學院廣州地球化學研究所