發(fā)布時間：2020-03-27 06:09

【摘要】：赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中一類排放量大、處置成本高、大規(guī)模資源化利用難度大、對環(huán)境影響嚴(yán)重的大宗工業(yè)固體廢棄物。赤泥露天堆存不僅占用大量土地,而且維護(hù)費(fèi)高昂。且赤泥中高含量的堿附液及重金屬離子浸出液會破壞土壤,污染地下水系,影響居民的健康。因此,亟需一種能夠大量消納赤泥,減少赤泥堆存的有效途徑。針對赤泥大量堆存引發(fā)的一系列問題,本文以赤泥、粉煤灰為主要原材料,通過摻入少量石灰和脫硫石膏改性制得高性能的赤泥激發(fā)膠凝材料用于高等級道路基層材料的建設(shè),從而達(dá)到消納固體廢棄物同時開發(fā)新型道路基層材料的雙重目的,具有顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。本文首先通過配合比設(shè)計得到赤泥激發(fā)膠凝材料最優(yōu)配比組合;隨后在最優(yōu)配比范圍內(nèi),評價了石灰、脫硫石膏摻量變化對各試驗(yàn)組在力學(xué)性能、滲透性能、體積穩(wěn)定性、耐久性能方面的影響規(guī)律;最后利用現(xiàn)代測試技術(shù)方法(Microcalorimeter、XRD、FTIR、TG-DSC、MIP、SEM)探究了赤泥激發(fā)膠凝材料的微觀機(jī)理,建立了與宏觀性能之間的聯(lián)系;此外,本文還分析了赤泥激發(fā)膠凝材料浸出液中Na~+和重金屬離子溶出特性,初步嘗試了對Na~+和重金屬離子的固化并分析了固化機(jī)理。本文得到的研究結(jié)果表明:(1)隨赤泥摻量增加,材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度隨之增強(qiáng),但赤泥存在最佳摻量,當(dāng)摻量超過60%后,材料的性能開始下降。(2)石灰的摻量對赤泥激發(fā)膠凝材料性能改善顯著,材料的力學(xué)性能、滲透性能和耐久性能均受石灰摻量影響。當(dāng)石灰摻量大于5%,赤泥激發(fā)膠凝材料的性能雖會隨石灰摻量增加而提升,但增幅并不明顯。(3)在赤泥激發(fā)膠凝材料中加入脫硫石膏會改善材料的各項(xiàng)性能,尤其是脫硫石膏的微膨脹效應(yīng)能夠提高材料體積穩(wěn)定性。但脫硫石膏摻量不宜過高,當(dāng)摻量超過5%將導(dǎo)致性能下降甚至后期強(qiáng)度倒縮。(4)基于堿激發(fā)和硫酸鹽激發(fā)的理論,復(fù)摻5%石灰和5%脫硫石膏可以得到各項(xiàng)性能優(yōu)異,且材料成本低廉的赤泥激發(fā)膠凝材料。(5)研究了優(yōu)化配比范圍內(nèi)石灰和脫硫石膏摻量對赤泥激發(fā)膠凝材料的Na~+和重金屬離子的溶出規(guī)律,發(fā)現(xiàn)加入石灰和脫硫石膏均可有效降低Na~+和重金屬離子的溶出濃度。石灰摻量增加,Na~+和重金屬離子溶出濃度降低,脫硫石膏摻量增加對Na~+和重金屬離子溶出變化不明顯。(6)通過改變赤泥激發(fā)膠凝材料中粉煤灰的種類,發(fā)現(xiàn)Ca含量越低的粉煤灰對Na~+離子的固化效果更好;研究了在赤泥激發(fā)膠凝材料中添加Mg-Al-CO_3LDHs對重金屬離子的固化效果,結(jié)果表明,Mg-Al-CO_3 LDHs能夠有效固化赤泥激發(fā)膠凝材料中含有的Pb~(2+)、Cu~(2+)、Cr~(3+)、As~(3+)離子。
【圖文】：

赤泥作為一種危險固體廢棄物，如處理不當(dāng)，將嚴(yán)重破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，威脅周圍居民生命財產(chǎn)安全。由此引發(fā)的一系列問題不僅將氧化鋁廠推到了風(fēng)口浪尖，還沖擊著鋁產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，相關(guān)部門亟需對此重拳出擊，開發(fā)赤整合利用赤泥的核心技術(shù)，最大化資源化解決赤泥堆存問題。

（1）赤泥本試驗(yàn)所用赤泥為拜耳法赤泥，取自山西某鋁業(yè)公司赤泥堆場，，原狀赤泥為膏體，棕色（圖 2-2）。采用 Italian standard soil analysis procedures 分析方法測試其 pH 值為 11.69。原狀赤泥經(jīng)干燥后獲得粉狀物質(zhì)，其比表面積為 1085.4m2/kg，密度為 2.81g/cm3。主要化學(xué)成分見表 2-1。表 2-1 赤泥化學(xué)成分分析（%）氧化物 SiO2Al2O3CaO Fe2O3Na2O TiO2K2O PbO As2O3Cr2O3LOI百分比 21.43 22.72 16.49 9.98 11.51 3.98 0.42 0.013 0.007 0.051 13.41分析赤泥的化學(xué)成分可以看出，其主要成分為 SiO2、Al2O3、CaO、Na2O、Fe2O3。其中 Na2O 含量高達(dá) 11.51%，這與拜耳法冶煉氧化鋁使用 NaOH 溶液分離鋁礬土礦有關(guān)。此外赤泥中含有一定量的重金屬元素，包括 Pb、As、Cr 等。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U414;U416.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2602579