【摘要】：赤泥是氧化鋁生產(chǎn)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(jì)赤泥堆存量高達(dá)9000萬噸,其利用率不足10%,大多以筑庫堆存為主,極易導(dǎo)致土地鹽堿化、污染地下水,并占用土地,浪費(fèi)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(duì)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(duì)象,從赤泥的物理、化學(xué)性質(zhì)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(jù)。研究表明：(1)拜耳法赤泥的主要化學(xué)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(zhì)量百分比一般在60%以上,屬于微細(xì)粒粘土礦物；拜耳法赤泥滲透系數(shù)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(jié)法赤泥中的水硬性組分所以不會(huì)自行固化,導(dǎo)致赤泥庫中的赤泥漿體長(zhǎng)期處于流塑態(tài),極易形成泥石流災(zāi)害。(2)拜耳法赤泥中微細(xì)顆粒較多,且漿體粘度隨濃度的升高近似呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢(shì),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(yàn)優(yōu)選出了對(duì)于赤泥沉降有明顯促進(jìn)作用的四種化學(xué)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(yàn)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(yàn)確定了促沉劑的適宜摻量為4.2‰。當(dāng)促沉劑摻量為4.2‰時(shí),沉降24小時(shí)沉降層漿體濃度達(dá)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?fù)搅吭囼?yàn)考察了固化劑中各膠凝材料組分對(duì)赤泥固化體性能的影響；在各組分適宜摻量的基礎(chǔ)上結(jié)合經(jīng)濟(jì)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(duì)拜耳法赤泥固化體性能的影響；當(dāng)漿體濃度為60%,固化劑摻量達(dá)到6%時(shí),赤泥固化體28天抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到0.598MPa,內(nèi)聚力達(dá)到162.4KPa,內(nèi)摩擦角達(dá)到29.85°,滲透系數(shù)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(duì)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(yīng)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(zhì)；SEM分析結(jié)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(chǎn)物的包裹、填充、膠結(jié)等作用,使其相互嵌入、咬合成致密的整體,提高固化體強(qiáng)度。赤泥固化的實(shí)質(zhì)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(duì)赤泥顆粒的膠結(jié)。(7)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明：以年產(chǎn)20萬噸固化劑生產(chǎn)項(xiàng)目及年處理400萬噸拜耳法赤泥為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn),通過對(duì)生產(chǎn)過程中的設(shè)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(jiǎn)單、投資低和原料成本低的優(yōu)勢(shì)。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：X781

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本文編號(hào)：2591483