激发剂对赤泥-黄金尾矿-碱矿渣体系性能的影响

为提高危险固体废弃物的综合利用水平,依据赤泥、黄金尾矿以及矿渣三种固体废弃物的特性,研究NaOH、KOH和Na2SiO3三种激发剂对赤泥-黄金尾矿碱矿渣体系的性能影响。并在此基础上通过XRD、FT-IR、TGA/DSC和SEM等表征手段明晰其微观反应机理。结果表明,当Na2SiO3作为激发剂时,复合胶凝材料体系的激发效果最好,标养3天的胶砂抗折强度和抗压强度分别达到5.5和23.5 MPa;标养28天的胶砂试件抗折强度和抗压强度分别为8.8和43.21 MPa,可达到P?I42.5水泥强度指标。通过微观分析得知,试件的主要强度来源物质为钙矾石和水化硅铝酸钙凝胶,力学性能高的材料其微观结构更为密实,碱激发水化产物数量更多。     

低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理

针对矿山充填中拜耳法赤泥利用率较低或低浓度赤泥充填材料存在强度低、泌水量高、易收缩等问题,研究粉煤灰添加比例、脱硫石膏、石灰及激发剂对赤泥充填材料早期强度及体积稳定性的影响,采用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）和X射线衍射（XRD）分析手段探讨赤泥基充填材料的水化机理。结果表明,脱硫石膏促进钙矾石的生成,石灰促进粉煤灰火山灰效应,激发剂可以加快赤泥?粉煤灰水化反应进程,三者协同作用提高赤泥充填体强度。充填材料28 d抗压强度3.35 MPa,且初始及60 min流动度在200 mm以上。微观实验表明,硬化体水化产物为钙矾石、硬柱石、硅铝酸盐凝胶类矿物,水化产物通过填充孔隙,提高浆体强度。赤泥基充填材料固体废弃物利用率达到92%,无泌水,无沉缩,具有较高的经济价值和环保价值。      

利用赤泥制备CBC复合材料的研究

以拜耳法赤泥为主要原料,通过低温煅烧、机械粉磨、化学激发,以充分激发赤泥活性,制备成强度高、成本低、经济、环保的CBC复合材料。研究了激发剂、胶凝材料细度、骨料对复合材料力学性能的影响和作用效果,考察了材料在不同条件下的吸水性、泛霜性。     

凝灰岩石粉制备胶凝材料及激发剂模数对抗压强度的影响

为促进凝灰岩固体废弃物的有效利用,提出一种凝灰岩石粉胶凝材料的制备方法,并通过抗压强度测试、pH值测定、扫描电镜、X射线能谱仪、X射线衍射分析和傅里叶变换红外光谱等表征,探讨了激发剂模数（n(SiO₂)/ n(Na₂O)）对抗压强度的影响规律及相关机理。结果表明,激发剂模数为0.042～0.055时,试样的28 d最大抗压强度达到71.33 MPa。随着激发剂模数的降低,颗粒表面的溶解程度提高;生成的硅铝酸盐增加,使抗压强度提高,但当模数低于最优值后,孔隙直径增大,石粉颗粒表面的黏结面积减小,造成强度降低。当激发剂模数为0.080～0.150和0.034～0.055时,抗压强度发展分别主要在3～7 d之间和7～14 d之间,与试样浸出液的pH值变化有较好的对应关系。因为碱激发反应过程大量消耗OH?,强度上升;而过高的OH?浓度可能使产物重新解聚,以及片层颗粒间一端静电斥力的增大使颗粒趋向点?面接触,引起强度的下降。      

赤泥微生物脱碱试验及机理探究

赤泥是制铝行业产生的碱性工业废渣,其强碱性是制约赤泥综合利用的主要因素。利用微生物对赤泥进行脱碱以降低赤泥对环境的危害。探究了巨大芽孢杆菌菌粉添加量、处理时间、液固比、培养方式及空气供应等条件对赤泥脱碱的影响。借助XRD、SEM分别对赤泥及脱碱渣进行矿相组成和表面形貌分析,利用HPLC对菌株进行产酸分析。结果表明,在赤泥用量20 g、菌粉添加量20 g、液固比7.5,震荡培养条件下,赤泥试样的pH可从10.3降至6.5左右,且最终可以保持在7.5;赤泥中主要的含碱矿物钙霞石衍射峰明显减弱,碳酸钙衍射峰加强;经过处理之后的脱碱渣物理结构更加规则;赤泥pH降低是微生物代谢产生的酸中和作用所致,巨大芽孢杆菌代谢有机酸主要为丙酸和苹果酸。     

地聚合物混凝土配比及力学性能研究

混凝土是巷道支护过程中的重要建筑材料,然而混凝土在巷道施工中常常出现质量问题,为了不影响正常生产,需要对其进行修补。地聚合物混凝土凝结时间快,早期强度高,界面结合能力强,耐高温性和抗冻性强,耐腐蚀性良好,具有用作修补材料的潜力。以粉煤灰和矿粉为原料,Na₂SiO₃溶液和NaOH为碱激发剂制备地聚合物胶砂,研究不同的碱激发剂模数（1.0、1.2、1.4）和掺量（10%、15%、20%）对不同龄期胶砂力学性能的影响。结果表明：当碱激发剂模数为1.2,碱掺量为15%时,胶砂强度达到最大值。设计正交试验,研究了不同水胶比（0.45、0.50、0.55）、粉煤灰掺量（30%、50%、70%）和砂率（30%、35%、40%）对不同龄期地聚合物混凝土的工作性能和力学性能的影响。结果表明：粉煤灰掺量对抗压强度影响最为显著,水胶比次之,而砂率对强度发展几乎没有影响。最优的配合比为水胶比为0.50,粉煤灰掺量为50%,砂率为35%。     

石粉对赤泥基注浆材料的影响机制

为明确石粉掺合料对地聚物材料的作用机理,以赤泥基注浆材料为研究对象,系统研究了石粉掺量和粒径分布对赤泥基注浆材料浆体性能、力学性能和微观结构的作用规律,并结合X射线衍射仪（XRD）、压汞仪（MIP）和扫描电镜（SEM）等微观测试手段分析其作用机理。研究表明,结石体力学强度随石粉掺量的上升先增大后减小,当石粉的质量分数为5%时抗压强度最高,3 d时可达5.65 MPa,抗压强度提升幅度为18.94%,同时浆液泌水率上升幅度仅为9.85%,且28 d结石体孔隙率降低了18.35%,因此,5%为石粉在赤泥基注浆材料中的最佳质量分数。在石粉最佳质量分数条件下,随着石粉平均粒径减小,浆液凝结时间及泌水率均呈现下降的趋势;当石粉平均粒径达到8 μm时,石粉“填充效应”和“成核效应”作用尤为明显,浆液黏度突升,且3 d和28 d试样强度分别提升了11.86%和10%,故石粉平均粒径越小,其对赤泥基注浆材料的提升作用越显著,赤泥基注浆材料的最佳粉料质量配比为赤泥47.5%,矿粉47.5%,石粉5%;微观分析证实,石粉在浆液水化历程中以物理特性参与其中,为Na₂O–SiO₂–Al₂O₃–H₂O凝胶（N–A–S–H）, 水化硅铝酸钙凝胶（C–A–S–H）和水化硅酸钙凝胶（C–S–H）等凝胶提供成核位点,供地聚物凝胶沉淀和生长,加速浆液水化。      

激发剂对SCM-Ⅰ型炉渣基胶凝材料强度特性的影响

以炉渣基复合胶凝材料为主要原料, 研究不同激发剂对SCM-Ⅰ型胶凝材料的激发效果并通过XRD与SEM分析, 从微观结构与水化产物的角度探讨不同激发剂对SCM-Ⅰ型胶凝材料强度的影响.结果表明:碱激发剂中氢氧化钠与氢氧化钙均具有一定的激发效果，添加氢氧化钙比未添加激发剂的28 d抗压强度提高了34.77 %，而硅酸钠对强度的提高起到了抑制作用，在其掺量为0.75 %时，抗压强度下降了45.15 %，添加0.50 %硫酸钠的28 d抗压强度提高7.90 %，激发效果并不明显.氯盐激发剂中，添加1.00 %的氯化钙与氯化钠，分别比未添加激发剂的28 d抗压强度提高了68.08 %与5.62 %.添加氯化钙后促水化反应的进一步进行，并生成大量的钙矾石；添加硅酸钠后抑制了C-S-H凝胶的生成，降低了胶凝材料的强度.      

页岩提钒尾渣-赤泥混合煅烧制备地聚物研究

页岩提钒尾渣和赤泥等固体废弃物的大量堆存会给周围环境带来严重威胁,亟待综合处理。页岩提钒尾渣和赤泥均含有硅酸盐、铝硅酸盐矿物,具有作为制备地聚物原料的可能性。对页岩提钒尾渣和赤泥进行煅烧活化,再在碱激发剂的作用下制备地聚物。研究表明:混合煅烧能有效提高页岩提钒尾渣和赤泥的活性,增强地聚物强度。在页岩提钒尾渣与赤泥质量比为4∶6时,制备的地聚物七天抗压强度能够达到32.41 MPa,满足MU30普通混凝土小型砌块的强度要求。为协同利用多种固废提供了可供借鉴的方法。     

赤泥还原焙烧—磁选尾渣制备地聚物灌浆材料

赤泥中含有大量有价金属铁,可通过还原焙烧—磁选将铁精矿进行回收,但同时会产生部分磁选尾渣难以处理。以不同焙烧温度下的赤泥还原焙烧—磁选尾渣和高炉矿渣为原料,制备了碱激发地聚物灌浆材料(CRT-S)。结果表明,不同焙烧温度下的CRT-S地聚物灌浆料均符合赫谢尔-巴克利(Herschel-Buckley)模型的表达结果,且拟合后的R²均在0.99以上。焙烧温度700℃下力学性能最高,此时,流动度为24.5 cm,初凝时间为120 min,终凝时间为380 min,最终泌水率为2.6%,7 d和28 d的抗压强度分别为9.9 MPa和18.6 MPa;三维CT分析结果表明其气孔和裂缝较小,热流演变下其放热速率和最终放热量较高。CRT-S的微观结构呈片层状结构,XRD和FT-IR表明,CRT-S地聚物灌浆料的水化产物主要以C—S—H为主。将赤泥还原焙烧—磁选尾渣应用于地下灌浆工程中,以解决其难以处理的问题,达到赤泥及其还原焙烧—磁选尾渣多角度、分批次、深层次综合利用的目的。     

UTILIZATION OF ALUMINA RED MUD FOR SYNTHESIS OF INORGANIC POLYMERIC MATERIALS

Red mud is a residue coming from the metallurgical treatment of bauxite with the Bayer process. Million of tons of red mud are produced annually worldwide and disposed of on land, degrading vast areas. Therefore, red mud utilization is a first-priority issue for any alumina plant. In the present work, the potential use of red mud for synthesis of inorganic polymeric materials through geopolymerization process was studied. The main focus was the production of inorganic polymeric materials that could be used in the construction sector as artificial structural elements such as massive bricks. The geopolymerization process involves a chemical reaction between red mud and alkali metal silicate solution under highly alkaline conditions. The product of this reaction is an amorphous to semi-crystalline polymeric structure, which binds the individual particles of red mud transforming the initial granular material to a compact and strong one. The effect of main synthesis parameters—like solid-to-liquid ratio, caustic soda as well as soluble silica concentrations, and metakaolin addition—on the properties of red mud-based inorganic polymeric materials was investigated. The results showed that the produced materials have high compressive strength, very low water absorption, satisfactory apparent density, and excellent fire resistance. Therefore, this work proved that the red mud-based inorganic polymeric materials have promising properties and have the potential to be used as artificial structural elements in the construction sector.     

赤泥-煤矸石基公路路面基层材料的耐久与环境性能

以拜耳法赤泥、煤矸石和粉煤灰等工业固废为基本原料在实验室制备了一种公路路面基层材料,并研究了其力学性能、耐久性能和环境性能.通过开展干湿循环以及冻融循环试验研究了该公路路面基层材料的耐久性能,并利用ICP浸出试验和放射性检测研究其环境性能.结果表明,赤泥-煤矸石基路面基层材料赤泥和煤矸石掺量之和75%、固废总掺量97%时,7 d养护后无侧限抗压强度达到6 MPa以上;经过20个干湿循环后,矿渣掺量为5%的路面基层试块强度为5.98 MPa,满足国家标准;经过5个冻融循环后,路面基层材料的7 d抗压强度仍然达到6.89 MPa,具有良好的耐久性能.浸出试验结果显示,浸出液中Na+浓度均符合国家饮用水标准,同时浸出液中Zn、Hg、Cu、Pb、Ni等重金属均未检测出;放射性试验结果表明,试验所用纯赤泥的放射性符合相应的国家标准.通过对该路面基层材料进行固碱分析以及能谱分析发现,硅铝体系能有效固结钠离子.此公路路面基层材料具有良好的环境效益和社会效益,拓宽了路面基层材料的选材范围.      

赤泥基光催化材料降解水中有机污染物的应用现状及发展趋势

光催化作为一种低成本且高效安全的环境净化技术,被认为是全球能源危机和环境污染问题最好的解决方式之一。赤泥作为一种固废不仅含有丰富的铁氧化物,且具有较高的比表面积、孔结构等特点,近年来,赤泥基光催化材料在光催化降解水中有机污染物的研究中备受关注。本文介绍了赤泥的特性,概括了赤泥基光催化材料的制备方法,总结了赤泥基光催化材料在光催化降解水中有机污染物方面的应用,阐述了赤泥基光催化材料催化降解水中有机污染物的机理,探讨了现有赤泥基光催化材料存在的问题。最后,基于以往的研究结果对赤泥基光催化材料未来的发展趋势提出了展望及建议。      

粉煤灰改性高水材料力学性能试验研究及机理分析

为解决矿山高水充填材料成本较高、粉煤灰等工业废料大量剩余造成资源浪费、环境污染等问题,借助微机控制电子万能试验机(ETM)力学试验系统、扫描电镜扫描装置和X射线衍射分析仪,研究粉煤灰掺量对高水材料物理力学性能的影响规律,并通过物相和微观结构分析探讨其影响机理.结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,高水材料的凝结时间逐渐延长,含水率逐渐降低,容重基本不变;掺杂粉煤灰前后高水材料均是一种弹塑性材料,其变形破坏过程可以分为孔隙压密阶段、弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;高水材料的峰值强度、弹性模量和变形模量均随粉煤灰掺量的增加略有降低,残余强度却有所提高;综合考虑高水材料的强度、模量和成本,粉煤灰掺量a为15%是最优掺量,此时峰值强度、弹性模量和变形模量仅分别降低了25%、8.6%和10%,残余强度却提高了50%.物相和微观形貌分析结果表明:粉煤灰的掺量影响了β-C₂S的水化进程,导致钙矾石生成量减少,其他水化产物生成量增多,进而破坏了钙矾石结构的整体性和均匀性,最终降低了高水材料的抗压强度.      

复合激发剂对铜炉渣活性影响及充填材料制备

为了实现铜炉渣的废物利用,以碱激发方式为主研究铜炉渣制备矿用胶凝材料的可能性.选取生石灰、NaOH和早强剂组成的混合物作为复合激发剂,开展铜炉渣活性激发和充填材料制备试验,并采用X射线衍射和扫描电子显微镜对铜炉渣水化产物进行分析.试验结果表明,各激发剂对铜炉渣活性的影响顺序依次为生石灰 > 早强剂 > NaOH,在复合激发剂的作用下炉渣净浆试样的7和28 d强度分别可以达到1.5和3.0 MPa以上.铜炉渣尾砂充填料28 d强度为1.0 MPa,流动性良好,满足充填材料要求.铜炉渣早期水化产物主要有片状的Ca(OH)₂和C-S-H凝胶,随着养护时间的增加,C-S-H凝胶Ca/Si比不断减小,水化产物结构更加致密.养护时间至28 d时,铜炉渣中活性成分基本反应完全.      

配加高铁赤泥降低球团矿膨润土用量的研究

利用高铁赤泥的吸水性和胶结作用进行了降低球团膨润土用量的试验研究。实验室试验和工业试验结果表明:配加高铁赤泥能有效减少膨润土用量,其配比可由1.5%降到0.8%;当膨润土配比为0.8%时,生球强度、成品球强度、化学成分等都能满足球团生产要求;在冶金性能方面,添加赤泥球团的低温粉化指标优于普通球团,而还原性、还原膨胀、软熔性能低于普通球团。     

高应变率下红砂岩"冻伤效应"

对低温冻结红砂岩进行动态冲击实验，研究高应变率下红砂岩动态力学特性的温度效应，运用损伤理论和能量理论，分析不同负温对红砂岩强度、损伤变量及能量耗散的影响，结合断口形貌分析，探究红砂岩在较低负温下动态力学强度出现劣化的原因.研究表明:较低的负温(-30℃后)会使红砂岩出现"冻伤"，导致高应变率下岩石动态力学强度的急剧降低，宏观上则容易出现动力扰动下的瞬时工程灾变.根据断口形貌分析，较低的负温会导致红砂岩内部组成物质间界面处生成大量裂纹，这些裂纹尖端塑性变形能力差，在高应变率加载下极易失稳扩展发生低应力脆性破坏，而胶结物由于组成矿物成分复杂更易受负温影响，因此在动荷载和负温双重作用下往往是胶结物处先产生破坏，进而引起红砂岩整体的破裂.      

不同CaO源固废对钙长石全固废陶瓷矿相和性能的影响

以大理石锯泥、烧结赤泥和钢渣3种典型高钙固废为不同钙源, 分别与高硅高铝固废(煤矸石、炉渣)制备钙长石基全固废陶瓷, 分析了不同钙源陶瓷在高温烧结过程的析晶、致密化和性能变化规律。研究结果表明: 3种高钙固废原料中的氧化钙主要赋存矿相不同, 大理石锯泥中为方解石和白云石, 烧结赤泥中是文石和钙钛矿, 钢渣中主要是方解石和硅酸二钙。以3种钙源为原料的全固废陶瓷均能在1 100 ℃下生成钙长石相, 但次要晶相的种类和数量存在差异性, 其中, 大理石锯泥陶瓷中为大量的辉石, 烧结赤泥陶瓷中为少量辉石和赤铁矿, 钢渣陶瓷中为少量赤铁矿。这3种钙源固废陶瓷的抗折性能和吸水率均能满足国家陶瓷标准的要求, 赤泥和钢渣中存在的氧化铁和氧化钠组分降低了对应陶瓷的烧成温度。大理石锯泥为钙源的陶瓷具有相对较优的性能, 在1 180 ℃时其抗折强度为85.44 MPa, 吸水率为0.35%。