拜耳法赤泥活化預(yù)處理制備地聚物及形成強度機理研究.pdf

1、拜耳法赤泥排放量大、粒度小、堿性強，其綜合利用是世界性的難題。采用一水硬鋁石鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁時排放的拜耳法赤泥具有含鐵量低、SiO2、Al2O3較多等特點，簡稱低鐵拜耳法赤泥，可作為制備地聚物的潛在原料。然而，赤泥中Si、Al溶出率低，Si/Al比低，不利于地聚物結(jié)構(gòu)的形成。本文探討了通過活化預(yù)處理提高赤泥Si、Al溶出率，從而激發(fā)赤泥形成地聚物的潛在活性；優(yōu)化了赤泥制備地聚物的方法；深入研究了地聚物強度形成機理；同時對赤泥地聚物固化垃

2、圾焚燒飛灰協(xié)同處置進行了探討。主要研究內(nèi)容如下。
　　1、拜耳法赤泥活化預(yù)處理技術(shù)研究
　　通過煅燒活化和熱–堿活化兩種預(yù)處理手段提高赤泥中SiO2和Al2O3的溶出能力，對比分析了預(yù)處理前后赤泥物相與化學結(jié)構(gòu)的變化，并通過堿浸出實驗對活化效果進行了評價。赤泥中原有礦物煅燒后相繼分解，直接煅燒活化時生成霞石、鋁硅酸鈉、鈣黃長石和無定形相，熱–堿活化時生成α-硅酸二鈣和過堿式鋁硅酸鈉。直接煅燒活化最佳溫度為800℃，Si、Al

3、堿浸出率分別達到36.6％、38.9%。熱–堿活化最佳溫度為800℃、堿摻量為10~15 wt%，Si、Al堿浸出率分別達到38%、60%左右。
　　2、水玻璃激發(fā)煅燒活化赤泥制備地聚物及其機理研究
　　煅燒活化赤泥單獨堿激發(fā)時，由于 Si/Al比過低，不能生成無定形地聚物凝膠。將煅燒活化赤泥與高爐礦渣（GBFS）進行組分復(fù)配，再通過水玻璃激發(fā)得到了RM–GBFS復(fù)合地聚物。赤泥活化效果越好，地聚物抗壓強度越高。優(yōu)化配比為：

4、水玻璃模數(shù)為1.7、摻量為7~8%、GBFS摻量為30 wt%，28 d抗壓強度達到55 MPa。
　　煅燒活化赤泥中添加GBFS提高Si/Al比，堿激發(fā)能夠生成無定形地聚物凝膠?；钚凿X硅酸鹽經(jīng)堿激發(fā)后溶解生成Si(OH)4和Al(OH)4–單體，然后重新聚合生成納米地聚物微粒，并逐漸聚集生成均勻致密的地聚物基質(zhì)。在赤泥和 GBFS協(xié)同作用下，形成了C–(A)–S–H凝膠為骨架、地聚物凝膠為填充的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
　　3、熱–堿活

5、化赤泥直接制備一步法地聚物及其反應(yīng)機理研究
　　赤泥經(jīng)過熱–堿活化后直接加水攪拌能夠硬化獲得強度，無需再加堿激發(fā)，使用方式與普通硅酸鹽水泥相似，稱作一步法地聚物。赤泥直接單獨制備的一步法地聚物由于Si/Al過低，7 d后強度逐漸衰退。摻入20~30 wt%硅灰提高Si/Al比，制備的地聚物試塊后期強度顯著增加。優(yōu)化配比為：赤泥與硅灰摻比3:1、木質(zhì)素磺酸鈉摻量0.5 wt%、水灰比0.45，地聚物試塊28 d抗壓強度超過30 MP

6、a。
　　熱–堿活化赤泥α-硅酸二鈣和過堿式鋁硅酸鈉溶于水產(chǎn)生堿性環(huán)境和游離Na、Al、Si，并生成薄片狀產(chǎn)物。但薄片狀水化產(chǎn)物后期重新水解，導(dǎo)致試塊間隙液pH增加，破壞原有孔隙結(jié)構(gòu)，強度衰退。硅灰溶解消耗孔隙液中 OH–，新生游離 Si參與地聚物反應(yīng)，提高 Si/Al比，生成納米地聚物微粒，并不斷聚集形成致密地聚物基質(zhì)。同時，穆斯堡爾譜分析表明赤泥中的鐵以赤鐵礦和類質(zhì)同相FeIII兩種形式存在，反應(yīng)過程中沒有發(fā)生明顯相轉(zhuǎn)變，不會

7、對地聚物反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。
　　4、赤泥地聚物材料固化垃圾焚燒飛灰協(xié)同處置研究
　　以熱–堿活化赤泥作為一種新型固化劑固化垃圾焚燒飛灰，兩者能夠產(chǎn)生協(xié)同作用。飛灰提供活性SiO2和Al2O3，提高鋁硅酸鹽凝膠Si/Al比，改善固化體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。當赤泥地聚物對垃圾焚燒飛灰中重金屬固化效果與OPC接近，固化效果依次為：Pb>Cu>Zn>Cr。浸出風險較大的Zn、Cu和Pb都被較好地固化在地聚物中。固化過程中，大部分可交換態(tài)、碳酸