【摘要】：赤泥是氧化鋁生產過程中排放的固體廢棄物,因含有較多的氧化鐵,其外觀顏色與赤色泥土相似而得名。我國累計赤泥堆存量高達9000萬噸,其利用率不足10%,大多以筑庫堆存為主,極易導致土地鹽堿化、污染地下水,并占用土地,浪費資源,形成安全隱患和環(huán)境污染；因此研究拜耳法赤泥的安全堆存對于支持氧化鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。本文以山西晉北鋁業(yè)的拜耳法赤泥作為研究對象,從赤泥的物理、化學性質出發(fā),研究其固化的影響因素,為拜耳法赤泥的固化堆存提供理論依據。研究表明：(1)拜耳法赤泥的主要化學組成為SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、Na2O等,其礦物相主要為水化石榴石、一水硬鋁石和水合鋁硅酸鈉；赤泥粒度主要分布在-300目,該粒度質量百分比一般在60%以上,屬于微細粒粘土礦物；拜耳法赤泥滲透系數為1.90×10-4cm/s～3.25×10-4cm/s,屬于高滲透土；拜耳法赤泥漿體含水率一般在60%以上,濃度較低,其次拜耳法赤泥不含燒結法赤泥中的水硬性組分所以不會自行固化,導致赤泥庫中的赤泥漿體長期處于流塑態(tài),極易形成泥石流災害。(2)拜耳法赤泥中微細顆粒較多,且漿體粘度隨濃度的升高近似呈現指數上升趨勢,致使拜耳法赤泥很難自然靜置濃縮；本文通過促沉劑單因素試驗優(yōu)選出了對于赤泥沉降有明顯促進作用的四種化學試劑,分別是：NaHm、SHMP、 SDBS和FDN,并確定了合適的摻量范圍。(3)本文通過正交試驗確定了上述四種促沉劑的合適配比：NaHm /SHMP/SDBS/FDN=1/2/3/11;通過摻量試驗確定了促沉劑的適宜摻量為4.2‰。當促沉劑摻量為4.2‰時,沉降24小時沉降層漿體濃度達到60.2%,可以滿足拜耳法赤泥固化堆存所要求的濃度。(4)通過單因素摻量試驗考察了固化劑中各膠凝材料組分對赤泥固化體性能的影響；在各組分適宜摻量的基礎上結合經濟成本優(yōu)化出膠凝材料的適宜摻量,硅酸鹽激發(fā)劑摻量：10%-12%,礦物激發(fā)劑摻量：20-24%,硫酸鹽激發(fā)劑摻量：18%-22%,礦渣摻量：50%-52%。(5)考察了漿體濃度和固化劑摻量對拜耳法赤泥固化體性能的影響；當漿體濃度為60%,固化劑摻量達到6%時,赤泥固化體28天抗壓強度可以達到0.598MPa,內聚力達到162.4KPa,內摩擦角達到29.85°,滲透系數為9.76×10-6cm/s,屬于低滲透區(qū)域,且水穩(wěn)性較好,可以滿足拜耳法赤泥安全堆存的目的。(6)將原狀赤泥與固化體XRD對比分析：固化劑與赤泥漿中的游離堿和部分活性礦物發(fā)生水化反應生成水化鋁硅酸鹽、硅酸鈣晶體礦物和大量的非晶態(tài)物質；SEM分析結果顯示：原狀赤泥顆粒表面粗糙,多孔洞,缺陷明顯,固化體中的赤泥顆粒通過水化產物的包裹、填充、膠結等作用,使其相互嵌入、咬合成致密的整體,提高固化體強度。赤泥固化的實質是固化劑中的活性鋁硅礦物在赤泥堿作用下水化生成的水化硅酸鈣、鋁硅酸鈣和鈉沸石等凝膠礦物對赤泥顆粒的膠結。(7)技術經濟分析表明：以年產20萬噸固化劑生產項目及年處理400萬噸拜耳法赤泥為計算標準,通過對生產過程中的設備、原料及加工成本的綜合分析,得出拜耳法赤泥固化干堆與傳統(tǒng)堆存方式相比具有工藝簡單、投資低和原料成本低的優(yōu)勢。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X781

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本文編號：2591483