碱在赤泥中的存在方式及固定方法研究

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赤泥是生产氧化铝时所排出的固体废弃物,排放量大,因其碱含量高、活性低,难以有效利用。目前主要的处置方式是露天堆存,会占用大量土地、引起地下水和空气污染,亟待处理。本论文针对拜耳法赤泥含碱量高,用在建筑材料中会引起碱集料反应、泛白的问题,利用XRD、火焰光度计等检测手段研究了碱在赤泥中的存在形式(可溶碱、非可溶碱)及比例。同时以碱溶出率、净浆强度为控制目标,研究了赤泥在活化(热活化及加钙热活化)过程中可溶碱和不可溶碱的变化规律及其对赤泥活性的影响。利用物相耦合原理,研究了利用粉煤灰高温吸收赤泥可溶碱降低赤泥可溶碱新技术,并在系统研究粉煤灰掺量、细度、养护时间对粉煤灰固结赤泥可溶碱效果影响的基础上,研究了粉煤灰固碱机理。主要结论如下:(1)拜耳法赤泥中的碱主要分为两部分:一部分是可溶性碱,是在溶出铝土矿过程中带入的附着碱液,一部分是不可溶性碱,是铝土矿中的SiO2与铝酸钠溶液反应生成的不溶性水合铝硅酸钠,主要以钙霞石的形式存在。其中赤泥中可溶碱含量占总碱量的54%,非可溶碱占总碱量的46%。(2)在赤泥活化过程中,其可溶碱含量随温度的升高先升高后降低,在700℃时达到最大值,表明此时水合铝硅酸钠的结合度低,离子溶出率大,故活性较高。在煅烧温度升高的过程中,赤泥中的一些含水矿物在500℃之前分解,并且钙霞石的衍射峰强度开始降低,所以可溶碱含量逐渐增大,在800℃开始出现结构稳定的钙铝黄长石和钠铝黄长石,Na2O被固结在稳定的钠铝黄长石中,所以可溶碱含量有所降低,900℃时结晶度进一步增大,更多活性物质被固结,离子溶出率减少,故可溶碱含量进一步降低。不同温度下可溶碱含量的变化与净浆试块的早期强度变化一致,但随着龄期的增长,在900℃以下时,试样的抗压强度逐步增长,在900℃出现下降。并且在煅烧过程中,赤泥中的碱含量随着温度的升高而有所挥发,800℃之前挥发量较大,800℃之后,Na2O被固结,挥发量减小。(3)赤泥中加入不同比例的石灰并在1200℃下煅烧,生成具有水化活性的C2S及可溶出的铝酸钠,提高了赤泥的活性,最高碱溶出率可达82.55%。在低龄期时,净浆试块的强度与碱的溶出率一致,但龄期增长后,C2S水化程度增大,提高了净浆试块的强度。(4)利用粉煤灰在高温养护下与赤泥作用可以降低可溶碱的含量。赤泥与粉煤灰比例为1:2.5时,赤泥的碱溶出率最低;粉煤灰细度越大,赤泥可溶碱的含量越低;随着养护时间的增加,粉煤灰-赤泥材料中的可溶碱含量降低。经XRD检测可知,钠与粉煤灰溶出的Al2O3、SiO2反应生成了不溶的钠系菱沸石。
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