本發(fā)明涉及環(huán)境功能材料，尤其涉及一種湖泊淤泥基免燒濕地陶?；|(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，各地紛紛開展清淤疏浚工作，產(chǎn)生了大量疏浚淤泥。這些淤泥含水率高、體積龐大、強度低，并且可能含有有機物、重金屬等有毒有害物質(zhì)，若處理不當，極易造成二次污染。目前常見的淤泥處理方式主要包括脫水填埋、土地利用和建材利用等。在強調(diào)綠色低碳發(fā)展的背景下，合理資源化利用清淤底泥的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的脫水填埋方式需占用大量土地資源，而土地利用則存在對環(huán)境造成二次污染的風(fēng)險。因此，將淤泥作建材化利用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)減量化和無害化處理，還能有效再利用資源。

2、陶粒是一種重要的建筑原料，由于其表觀密度小，孔隙較多，力學(xué)性能較高，因而具有質(zhì)輕、耐腐蝕、抗凍等特點，同時表面粗糙多孔，被廣泛應(yīng)用于建筑、園林等多個領(lǐng)域。但傳統(tǒng)陶粒的主要生產(chǎn)原料，粘土和頁巖，屬于不可再生資源，已被禁止開采或限制開采。因此，尋求一種環(huán)保新型陶粒來代替?zhèn)鹘y(tǒng)含粘土、頁巖的陶粒勢在必行。

3、淤泥、泥沙的主要成分包括石英、長石、云母、高嶺石、蒙脫石、伊利石等硅酸鹽礦物，其主要化學(xué)成分al2o3和sio2與制備陶粒原料相近，引起了不少學(xué)者們對其的廣泛關(guān)注。然而，大多應(yīng)用于建筑材料領(lǐng)域的陶粒對強度要求高且需要高溫燒結(jié)，存在預(yù)處理過程復(fù)雜、能耗高、污染嚴重等缺點，而現(xiàn)有的免燒陶粒在使用過程中則容易出現(xiàn)強度低、耐水性差等缺點，難以實現(xiàn)真正的產(chǎn)業(yè)化。此外，也有研究人員嘗試使用高嶺土、膨潤土等天然原料通過燒結(jié)的方式制備人工濕地陶?；|(zhì)，但同樣也存在成本高、能耗大等問題。

4、因此，亟需研發(fā)一種對環(huán)境友好、性能優(yōu)良且成本合理的湖泊淤泥基免燒濕地陶粒基質(zhì)及其制備方法，以實現(xiàn)多種廢棄物的綠色綜合利用，變廢為寶，更好地應(yīng)用于濕地基質(zhì)領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種以湖泊疏浚淤泥為主要原料替代黏土，以粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢棄物為輔料，通過免燒的方式，制備濕地陶?；|(zhì)的技術(shù)方案。

2、一方面，本發(fā)明提供一種湖泊淤泥基免燒濕地陶?；|(zhì)，所述陶粒基質(zhì)，按質(zhì)量份數(shù)計，包括以下組成原料：泥餅55～65份，礦渣10～30份，粉煤灰10～30份，氫氧化鈉溶液3～7份和水。

3、通過采用上述技術(shù)方案，利用湖泊淤泥和礦渣、粉煤灰等工業(yè)廢棄物作為原材料，不僅降低了對環(huán)境的影響，實現(xiàn)了資源的有效再利用，還能減少能源消耗，降低生產(chǎn)成本。

4、進一步的，所述泥餅為壓濾后的湖泊淤泥，所述泥餅的含水率為35～55％。

5、湖泊淤泥通常含有大量的有機物、營養(yǎng)鹽類和其他污染物，如果不加以處理直接排放或堆放，會對環(huán)境造成污染。通過壓濾處理將大量淤泥轉(zhuǎn)化為泥餅，不僅能有效減少淤泥的體積，便于運輸和儲存，還更易于進行下一步處理或處置，如干燥、固化、焚燒等，從而有效降低淤泥的處理成本，提升經(jīng)濟效益。同時，通過壓濾減少淤泥中的水分，有助于控制污染物的擴散，降低了對地下水和土壤的潛在危害，減少了環(huán)境污染。

6、進一步的，所述礦渣為s95等級，粒徑為1～29μm，中位粒徑d50為11.9μm，有效成分不低于70％。

7、進一步的，所述粉煤灰為f類粉煤灰，粒徑為1～33μm，中位粒徑d50為9.8μm，有效成分不低于70％。

8、通過采用上述技術(shù)方案，可以制備出性能優(yōu)異、成本合理且環(huán)保的陶?；|(zhì)，以適用于多種用途，如土壤改良、建筑材料等領(lǐng)域。礦渣和粉煤灰的高含量有效成分以及粒度有助于提高陶粒基質(zhì)的整體強度確?；旌衔锏木鶆蛐裕固樟；|(zhì)的性能更加一致，同時，細小的顆粒還可以填充空隙，減少孔隙率，提高陶粒基質(zhì)的密實度，從而增強其耐久性。此外，這兩種材料的活性成分能促進陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，改善其物理力學(xué)性能，如抗壓強度、耐磨性等。

9、綜上，本發(fā)明添加的湖泊淤泥，相較于現(xiàn)有技術(shù)中添加水泥、石灰等高堿性凝膠固化材料而言，原料更加環(huán)保，制備過程能耗更低，在此基礎(chǔ)上還能保證強度和吸水率等指標達到相關(guān)輕集料的標準要求。本發(fā)明添加的礦渣和粉煤灰，相較于現(xiàn)有技術(shù)中添加鋼渣等而言，來源廣泛，對環(huán)境友好(不含有害物質(zhì)，如：重金屬等)，處理成本相對較低，且可以減少工業(yè)廢料的堆積，實現(xiàn)資源的再利用。

10、進一步的，所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分數(shù)為12.5％。

11、通過采用上述技術(shù)方案，氫氧化鈉作為一種強堿，可以有效地與淤泥中的硅酸鹽和其他礦物成分發(fā)生反應(yīng)，促進固化過程，并可能在一定程度上幫助形成孔隙結(jié)構(gòu)。12.5％的濃度既足以激發(fā)反應(yīng)，又能在保證反應(yīng)速度的同時，避免由于濃度過高而導(dǎo)致反應(yīng)過于激烈，從而影響陶粒基質(zhì)的均勻性和強度，甚至引起不必要的副反應(yīng)或腐蝕設(shè)備。同時，在適當?shù)臐舛认?，氫氧化鈉可以幫助形成更致密、更均勻的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高陶?；|(zhì)的物理力學(xué)性能，如抗壓強度、耐久性等。

12、進一步的，所述陶?；|(zhì)為球狀，粒徑為10～18mm。

13、通過采用上述技術(shù)方案，球狀陶粒之間的空隙較為均勻，這有助于改善土壤的透氣性和排水性，對于植物根系的發(fā)展非常有利，尤其是在濕地修復(fù)和園藝應(yīng)用中。球狀材料堆積起來后，其堆積體內(nèi)部間隙多，能夠更好地促進水系滲透和透光保氣，有利于淺水湖泊基質(zhì)層上植物的光合作用，并支持植物的附著生長；反之，滲透性差，且基質(zhì)容易堵塞，進而阻礙水系流通和氧氣傳輸，不利于植物的光合作用及根系的健康生長。

14、另一方面，本發(fā)明提供一種制備上述湖泊淤泥基免燒濕地陶?；|(zhì)的方法，所述方法，包括以下步驟：

15、步驟一、原料預(yù)處理

16、按所述質(zhì)量份數(shù)，配制所述組成原料；將配制得到的泥餅烘干、破碎、研磨，得到泥粉；

17、步驟二、混料

18、向步驟一的泥粉中加入配制得到的礦渣、粉煤灰、氫氧化鈉溶液和水，攪拌，得到泥團；

19、步驟三、造粒

20、將步驟二的泥團制成圓球狀，靜置，得到陶粒生球；

21、步驟四、蒸養(yǎng)造孔

22、蒸養(yǎng)步驟三的陶粒生球，得到形成孔隙的陶粒；

23、步驟五、保水養(yǎng)護

24、對步驟四的陶粒進行保水自然養(yǎng)護，得到陶?；|(zhì)。

25、通過采用上述技術(shù)方案，利用湖泊淤泥、礦渣和粉煤灰等工業(yè)廢物或城市固廢，可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。在步驟一中，為了更好的混勻，對泥餅進行了預(yù)處理工作，通過預(yù)處理步驟將泥餅烘干、破碎、磨成細粉，能使基料均混效果達到最佳，再加入氫氧化鈉溶液，能充分發(fā)生膠凝反應(yīng)和堿激發(fā)作用；若直接采用壓濾得到的泥餅與礦渣、粉煤灰等干料進行混合，因泥餅含水率在35-55％，其呈塊狀、有一定的塑性，且呈非均相介質(zhì)狀態(tài)，混勻效果較差，不利于后續(xù)反應(yīng)的進行。同時，該制備方法還通過利用原料本身的特性以及蒸養(yǎng)過程中自然產(chǎn)生的孔隙效應(yīng)，能夠有效地形成所需的陶粒結(jié)構(gòu)，從而不需要額外添加其它助劑，如：穩(wěn)泡劑和過氧化氫水溶液等。這樣的設(shè)計不僅簡化了工藝流程，還提高了經(jīng)濟效益，并且減少了化學(xué)品的使用，使整個原料體系乃至制備更加環(huán)保。

26、進一步的，步驟三中，所述靜置時間為1～2h。

27、通過采用上述技術(shù)方案，能夠讓剛剛成型的陶粒生球初步固化，即初凝階段，在這個過程中，混合物中的化學(xué)反應(yīng)逐漸開始，有助于形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。此外，在靜置期間，水分會在陶粒內(nèi)部均勻分布，有助于后續(xù)蒸養(yǎng)過程中孔隙的均勻形成，進而提高陶粒的透氣性和排水性能。

28、進一步的，步驟四中，所述蒸養(yǎng)溫度為40～60℃，時間為60min。

29、通過采用上述技術(shù)方案，可以有效地促進陶粒生球的固化反應(yīng)，形成均勻的孔隙結(jié)構(gòu)，同時保持陶粒的強度和穩(wěn)定性。此外，該蒸養(yǎng)條件不僅能夠提高陶粒的性能，還能在節(jié)能減排的同時提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。若采用高溫條件下進行蒸養(yǎng)，雖能加速固化過程，但同時也會增加能耗；若蒸養(yǎng)溫度過低，會延緩固化速度，影響孔隙的形成，進而導(dǎo)致陶粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松或孔隙分布不均，導(dǎo)致陶粒最終性能變差。

30、進一步的，步驟五中，所述保水養(yǎng)護溫度為25～80℃，時間為7～14d。

31、通過采用上述技術(shù)方案，在25～80℃的溫度范圍內(nèi)進行保水養(yǎng)護，可以繼續(xù)促進陶粒內(nèi)部的固化反應(yīng)，使陶粒結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。適度的溫度和濕度可以確保陶粒內(nèi)部的水分分布均勻，有助于孔隙結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，從而提高陶粒的透氣性和排水性。此外，通過保水養(yǎng)護，陶粒的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，有助于延長其使用壽命，尤其是在長期暴露于自然環(huán)境下的情況下。

32、本發(fā)明提供的陶?；|(zhì)相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

33、(1)本發(fā)明制備陶?；|(zhì)的原料來源廣泛，淤泥為清淤工程處理的產(chǎn)物，粉煤灰和礦渣分別是燃煤電廠和冶煉廠產(chǎn)生的副產(chǎn)物，量大易得，價格低廉，既消納了清淤工程產(chǎn)生的大量壓濾泥餅和工業(yè)生產(chǎn)的固體廢棄物，降低了對環(huán)境的影響，實現(xiàn)了資源的有效再利用，又能減少能源消耗，形成具備凈水效果的環(huán)境功能性材料，達到了以廢治廢的效果，一舉多得。

34、(2)本發(fā)明制備陶粒基質(zhì)的方法首先通過摻入粉煤灰和礦渣，一方面利用其膠凝反應(yīng)發(fā)揮固化作用；另一方面，在養(yǎng)護過程，其中的活性氧化物與堿性物質(zhì)反應(yīng)，與鈣離子(ca2+)反應(yīng)生成c-s-h和c-a-h等水硬膠凝性產(chǎn)物，從而顯著增強陶粒的強度，此外，高爐礦渣中含有高濃度的mg，在水化過程中mg2+會像al3+一樣取代si4+，以促進n-a(m)-s-h凝膠相的形成，多種凝膠相的交織使得凝膠相微觀結(jié)構(gòu)更為致密，這樣既提升了陶粒的強度，也增強其抗腐蝕性。其次，氫氧化鈉的加入不僅提供了堿性激發(fā)環(huán)境，還促進了陶粒表面的沸石化過程，進一步提升了陶粒的強度。

35、(3)本發(fā)明制備的陶粒基質(zhì)成球形，具有較大的比表面積，能夠更好地促進水系滲透和透光保氣，有利于淺水湖泊基質(zhì)層上植物的光合作用，并支持植物的附著生長，以更好地改善濕地基底生態(tài)環(huán)境。

36、(4)本發(fā)明制備的陶粒基質(zhì)適用于淺水湖泊、湖濱帶、濕地公園等自然濕地的底質(zhì)改良、也可用于人工濕地污水處理基質(zhì)等多個領(lǐng)域。