一種含鈦石膏的泥漿護壁材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及一種護壁材料，具體為一種含鈦石膏的泥漿護壁材料。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在橋梁基礎(chǔ)工程中，鉆孔灌注粧基礎(chǔ)已占據(jù)了重要地位。隨著鉆孔粧向大直徑、高深度的發(fā)展，泥漿護壁材料已成為鉆孔粧成孔技術(shù)的主要研究課題之一。泥漿護壁材料除形成泥皮保護孔壁外，還具有增加孔內(nèi)液體密度、清除鉆頭土體、冷卻鉆頭和提高鉆進速度等作用。泥漿護壁材料目前主要有水基泥漿(WBM)、油基泥漿(0ΒΜ)和合成基泥漿(SMB)這三大類。水基泥漿是目前鉆孔粧施工最常用的護壁材料。是一種以膨潤土為主、添加不同化學處理劑的護壁材料，膨潤土質(zhì)量的優(yōu)劣對泥漿性能和成本影響很大。目前主要有鈣膨潤土和鈉膨潤土 2種。國外一般使用鈉膨潤土，并制定了世界通用標準一API (美國石油學會)標準和0CMA (歐洲石油材料商協(xié)會)標準。
[0003]國外泥漿護壁材料公司針對不同地質(zhì)情況、不同施工方式開發(fā)了品種繁多的膨潤土類護壁材料，典型護壁材料產(chǎn)品有美國的土層穩(wěn)定劑FZ-Mud、失水調(diào)節(jié)劑Quik-Trol、以及增加絮凝度及排肩能力的No-SagTM劑；美國CETC0優(yōu)質(zhì)膨潤土類水井修復類劑；美國PDS超級泥漿；德國的Bentonil HDG劑，它們能夠去除、調(diào)節(jié)鉆井液殘留物以及地層顆粒以優(yōu)化鉆井性能，穩(wěn)定孔壁，維護孔內(nèi)清潔，并且增強排渣能力，為砂層和強漏失地層降低了施工成本。我國1985年研制成功鈣土鈉化技術(shù)，人工鈉土達到API標準并獲API證書，很快推廣到全國，鈉膨潤土的使用在我國的工程施工中占主體地位。國內(nèi)外泥漿護壁材料都需要大量使用膨潤土這種工業(yè)原料成本高，膨潤土作為一種重要的工業(yè)原料，儲量尤其是尚品位的極為有限。
[0004]鈦石膏即是硫酸法生產(chǎn)鈦白粉時為治理廢酸或酸性廢水而產(chǎn)生的以二水硫酸鈣為主要成分的黃色或紅色廢渣。目前國內(nèi)鈦白粉生產(chǎn)企業(yè)約80余家，90%以上采用硫酸法生產(chǎn)工藝進行生產(chǎn)。每生產(chǎn)It鈦白粉就產(chǎn)生5?6t石膏渣，我國每年約產(chǎn)生1000萬t的鈦石膏，“十二五”末期，我國鈦石膏產(chǎn)生量已達2000萬噸/年。鈦石膏的排放不僅占用大量土地，又污染環(huán)境。由于受到雨水的沖洗，堆砌場上的鈦石膏會發(fā)生流失。同時，鈦石膏經(jīng)過雨水的沖刷和浸泡，可溶性有害物質(zhì)溶于水中，經(jīng)水在環(huán)境中的流動和循環(huán)，會嚴重污染地表水以及地下水；另一方面，鈦石膏堆積經(jīng)日曬風吹后，少部分會以粉末狀飄散于大氣中，以及沉降到可能接觸到的外物表面，既污染環(huán)境又威脅健康。鈦白膏是目前利用率最低的工業(yè)副產(chǎn)石膏。因此，若能找到鈦石膏高效利用的途徑，不僅可以解決固體廢棄物綜合利用、環(huán)境改善的問題，還能替代施工泥漿主要原料一膨潤土，應用前景廣泛。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于利用鈦石膏自身特點，采用磷石膏、磷渣粉、硫鐵礦燒渣粉、電石渣、改性材料等對鈦石膏進行改性處理，制備出了一種新型含鈦石膏的泥漿護壁材料，原料為工業(yè)廢棄物、成本低廉、制備的泥漿性能優(yōu)良、適用范圍廣，可以大量消耗大量廢棄的、污染大的鈦石膏及其他工業(yè)廢棄物，同時，也能緩解膨潤土資源緊張的問題。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)上述目的的:
一種含鈦石膏的泥漿護壁材料，該護壁材料包括如下重量百分數(shù)的原料組成:工業(yè)廢渣鈦石膏70%~85%、復合磷石膏0~10%、磷渣粉3%~9%、硫鐵礦燒渣粉5%~11%、電石渣2%~5%、改性材料1~3%。
[0007]進一步優(yōu)選為該護壁材料按重量百分數(shù)計，工業(yè)廢渣鈦石膏80%、復合磷石膏8%，磷渣粉3%、硫鐵礦燒渣粉5%、電石渣2%、改性材料2%。
[0008]所述的工業(yè)廢渣鈦石膏為原狀鈦石膏在45°C以下烘干48小時，破碎后在球磨機粉磨5~10分鐘，比表面積大于700m2/kg。
[0009]所述的復合磷石膏為原狀磷石膏，在45°C以下烘干48小時，破碎后在球磨機粉磨5-10分鐘，比表面積大于700m2/kg。
[0010]所述的電石渣為原狀電石渣，在100±5°C以下烘干24小時，破碎后在球磨機粉磨3-5分鐘，比表面積大于700m2/kg。
[0011]所述的磷渣粉為電爐法生產(chǎn)黃磷排放的廢渣經(jīng)烘干磨細而成，硫鐵礦燒渣粉為硫鐵礦生產(chǎn)硫酸過程中排出的廢渣經(jīng)烘干磨細而成，磷渣粉和硫鐵礦燒渣粉比表面積為800-900 m2/kgo
[0012]所述的改性材料為木鈉、木鈣、硫酸鈉、草酸鉀、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素、聚丙烯酰、重晶石細粉中的兩種或多種復合而成。
[0013]本發(fā)明還提供一種含鈦石膏的泥漿護壁材料的制備方法，具體是將含鈦石膏的泥漿護壁材料制備方法為:以工業(yè)廢渣鈦石膏為基礎(chǔ)原料，添加復合磷石膏、磷渣、硫鐵礦燒渣粉、電石渣后攪拌15~30min，使之混合均勻后在再加入改性材料攪拌10~15min，配制而成。
[0014]該過程中還包括水，其中所述的含鈦石膏的泥漿護壁材料粉料和水按照
0.7-1.1:1比例倒入立式攪拌機中，快速攪拌5~10min，制得護壁泥漿。
[0015]鈦石膏主要成分為CaS04.2H20，但一般含有5%~15% Fe (0H) 3和A1 (0H) 3等雜質(zhì)。原狀鈦石膏在45°C以下烘干48小時，破碎后在球磨機粉磨5~10分鐘，比表面積大于700m2/kg,在含鈦石膏的泥漿護壁材料占70°/『85%，其余材料分別為0~10%磷石膏，5°/『10%磷渣粉、2%~5%電石渣和1~3%改性材料。將上述原料按比例稱量后混合均勻即為泥漿護壁材料，將其和水按照0.7-1.1:1比例倒入立式攪拌機中，快速攪拌5~10min，制得施工泥漿。
[0016]鈦石膏本身含有的Fe (0H) 3和A1 (0H) 3等雜質(zhì)是其具有很強粘稠度性能主要原因，但僅有此，無法制備出符合要求的泥漿護壁材料。電石渣主要成分為Ca(0H)2。磷渣和硫鐵礦燒渣粉是含有硅鋁基活性物質(zhì)的廢棄物，它和鈦石膏中CaS04.2Η20—起被電石渣激發(fā)發(fā)生化學反應。改性材料中主要含有增強泥漿粘度、加速泥漿護壁材料中發(fā)生化學反應的成分。采用磷渣粉、硫鐵礦燒渣粉、電石渣和改性材料對鈦石膏活性激發(fā)，可以很快生成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和吸水性能的水化產(chǎn)物，和原狀磷石膏中殘留的浮選藥劑、電石渣殘留的絮凝劑等，和鈦石膏本身含有的Fe (0H)#PA1 (0H) 3等雜質(zhì)一起通過吸附和交聯(lián)等形成復雜的膠結(jié)結(jié)構(gòu)，從而大大增強泥漿的粘度，原狀磷石膏中殘留的磷尾礦細粉可以改善泥漿的含砂率，故可以提尚泥楽■的綜合性能和品質(zhì)。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點:(1)含鈦石膏的泥漿護壁材料與傳統(tǒng)膨潤土類相比泥漿護壁材料，性能更好、適用范圍廣、操作方便、制備工藝簡單；(2)原料主要為廢棄物、均不需要進行高溫處理、成本小耗能低、對環(huán)境無二次污染，(3)大大提高了鈦石膏的綜合利用率。
【具體實施方式】
[0018]實施例1:
配比:鈦石膏:磷石膏:磷渣粉:硫鐵礦燒渣粉:電石渣:改性材料=80%:8%:3%:5%:2%: 2%，其中百分比均為質(zhì)量百分比，以材料總質(zhì)量為基準，材料總質(zhì)量=鈦石膏質(zhì)量+磷石膏質(zhì)量+磷渣粉質(zhì)量+硫鐵礦燒渣粉質(zhì)量+電石渣質(zhì)量+改性材料，鈦石膏實測比表面積為 741.0 m2/kg0
[0019]將含鈦石膏的泥漿護壁材料粉料和水按照0.95:1比例，采用邊加料邊攪拌方式加入到立式攪拌機中，快速攪拌5~10min，制得施工泥漿。測得施工泥漿相對密度1.38，粘度24Pa° s，含砂率5%，膠體率98%，失水率12ml/min，泥皮厚度lmm/30min,靜切力4.2Pa, pH值為9.5，滿足公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中地質(zhì)情況為易坍地層、采用正循環(huán)鉆孔方式的施工用泥漿要求。
[0020]實施例2:
配比:鈦石膏:磷石膏:磷渣粉:硫鐵礦燒渣粉:電石渣:改性材料=70%:10%:4%:11%:4%: 1%，其中百分比均為質(zhì)量百分比，以材料總質(zhì)量為基準，材料總質(zhì)量=鈦石膏質(zhì)量+磷石膏質(zhì)量+磷渣粉質(zhì)量+硫鐵礦燒渣粉質(zhì)量+電石渣質(zhì)量+改性材料，鈦石膏實測比表面積為 775.6 m2/kg0
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