赤泥作为胶凝材料可行性探究

1、赤泥作为胶凝材料可行性探究摘要：本文以拜耳法赤泥、矿渣、粉煤灰等工业废渣 为主要原料研究并制备碱激发胶凝材料，并通过正交试验找 出赤泥、矿渣和粉煤灰的最佳配比，制备性能较好的碱激发 胶凝材料。关键词：赤泥；碱激发；正交试验1概述赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的固体粉状废弃物，因其外观颜色与赤色泥土相似而得名。我国是世界第 四大氧化铝生产国，每生产1吨氧化铝约产赤泥11.7吨, 据不完全估计，全世界每年排放赤泥约6000万吨。我国每 年排出的赤泥量达600万吨以上，累积赤泥堆存量高达5000 万吨，其利用率仅为15%左右，随着铝工业的发展和铝矿石 品位的降低，赤泥排放量将越来越大，必须对赤泥

2、再处理加 以利用，才能变废为宝减少污染。目前大量的赤泥仍然排往 堆场堆积，筑坝湿法堆存，且靠自然沉降分离对溶液返回再 用，该法易使大量废碱液渗透到附近农田，造成土壤碱化、 沼泽化，污染地表地下水源。赤泥引起了越来越多的技术、 经济和环境问题，随着社会对环境保护工作的重视，迫切要 求氧化铝工业实现无害排放或零排放。2试验原材料2. 1拜耳法赤泥(1) 拜尔法赤泥的化学组成拜耳法赤泥的化学组成比较复杂，主要包括a1203、 si02、fe203、 cqo、 mgo、 na20、k20。此外，还 含有少量稀有金属和放射性元素。本次试验所用拜耳法赤泥 的化学组成如下表1所示。2. 3粉煤灰(1) 粉煤

3、灰的化学组成粉煤灰的化学成份看主要是sio2、a1203和fe203,高钙灰则含有较多的caoo从矿物组成看主要是 硅、铝氧化物的玻璃体和部分石英、莫来石、赤铁矿等结晶 矿物。它们具有高温下的烧结性能：有与cao等碱性矿物在 高温下反应生成能水化硬化的矿物的性能；有与cao等碱性 物质在水中生成胶凝物质的性能，因此，它是建筑材料很好 的原料。(2) 粉煤灰中的活性成分粉煤灰主要由结晶体、玻璃体组成。在结晶体中，有石 英和莫来石。玻璃体的主要成分是a1203和sio2。铝 硅玻璃体(sio令2与a1203总含量在60%以上)是粉煤 灰的主要组成成分，也是粉煤灰活性的主要来源，大锅炉排放的粉煤灰，

4、玻璃体的含量较高;小锅炉排放的粉煤灰玻璃 体含量低，粉煤灰能同生石灰、石膏等在一定条件下生成水 化硅酸盐和水化铝酸盐等，而使所制备材料获得强度。（3） 粉煤灰的细度要求细的粉煤灰表而积大，产生的可溶性sio2、a1203 多，相应生成的水化物就多，这有利于提高胶凝材料强度， 本实验采用某电厂粉煤灰化学组成如表2所示。2.4碱激发剂本实验所用碱激发剂是五水偏硅酸钠（na2si03&#8226； 5it20）,由焦作市百仕达工贸有限责 任公司生产，分析纯。执行标准：hg/t2568-94o将五水偏 硅酸钠固体与水以一定质量比配合配置成碱激发剂。3改性试验方案3. 1试验方案设计本次试验采用

5、赤泥、矿渣和粉煤灰为主要原料，辅以碱 激活剂及少量的减水剂，在配方的优化阶段选择了碱激发剂 硅酸钠用量、赤泥/粉煤灰质量比、矿渣用量三个因素，同 时在每个因素中选择了三个具有代表性的水平点。正交设计 采用了可以容纳四因素三水平的正交表。选择因素水平时， 主要依据一方面为参考文献，另一方面为原试验预估掺量为中点,左右酌情增减所得。3.2浆体硬化强度测试浆体硬化强度是反映浆体硬化到一定龄期后的胶结能 力，它是确定浆体材料能否保证注浆加固安全的依据。浆体 硬化强度按照水泥胶砂强度检验方法(iso法) gb/t17671-1999检测其净浆强度，具体为：将各种原材料按 照一定得比例加水搅拌均匀，制成一

6、定稠度的浆体，倒入试 条三联模中，振动成型，并且在2(rc、90%相对湿度条件下 养护24小时脱模，继续养护到3d、7d和28d龄期，测试其 不同龄期的抗压强度。4试验数据分析4. 1试验数据的极差分析正交设计的碱激发剂硅酸钠用量、赤泥/粉煤灰质量 比、矿渣用量作为实验的三个因素，对照四因素三水平正交 表，确定各因素的水平，进行尝试性试验。确定各因素水平 的范围和间隔，使实验的结果更科学合理。最后根据试验的 分析结果，进行重复试验，以保证本次试验配比具有良好的 复演性。优化试验结果如表3。该组试验主要是为了确定最优组合，从该试验中，根据 正交表分析，可以得出如下结论：(1)从3天指标来看，a、

7、b、c三组的极差中a>c>b, 这也就是说在试验中，a用量的变化对试验的影响较大，其 次是c,而b的影响最小，从此可以得出各因素的主次秩序为: a>c>b.也就是说，硅酸钠的掺量对该试验的影响大于矿渣掺 量，对试验影响最小的是赤泥质量/粉煤灰质量。（2）同样，从3天指标还可以看出，在a的三种配比 中，第三种配比对试验的影响较大，同样在b的配比中，第 一种配比对试验的影响较大，在c的配比种，第三种配比对 试验的影响较大。这就是说，在正交试验中，硅酸钠的三种 配比中，当硅酸钠的掺量为14%时，试验能得到最优强度， 赤泥质量/粉煤灰质量之比为3： 1时，试验能得到最优强 度，

8、矿渣的掺量为40%时，试验能得到最优强度。从以上对正交表的分析可以确定最优组合的试验，因为 从以上分析中可以看出a的掺量对试验的影响最大，因此最 优组合的试验可以确定为：分别固定b（赤泥质量/粉煤灰 质量）为3： 1； c为（矿渣掺量）40%；变化a （硅酸钠的掺 量），分别为：8%、10%、12%、14%、16%o根据该配比可以 做下一步的试验一确定最优组合。4.2最优组合的确定从上试验中找出最优组合，然后根据该最优组合找出最 佳配方。以下试验就是从该试验中找出的优化试验。该试验 为：固定因素b （赤泥：粉煤灰质量为3 : 1）和因素c（矿渣 掺量为40%）,变化因素a （硅酸钠）的量，最后

9、得出最佳配 方。以下为该试验的试验结果：图1最优组合各龄期的抗压强度从上图可明显看出，在序号为3的试验中强度增长为最 快且28天强度为最，因此该试验可以得出序号为3的试验 为最佳配方。最佳配方是硅酸钠量为12%,赤泥质量与粉煤 灰质量比为1： 3,矿渣质量为40%。5结论(1) 赤泥本身具有一定的潜在活性，本次试验采用赤 泥、矿渣和粉煤灰为主要原料，辅以碱激活剂可以有效激活 其潜在活性，可以作为胶凝材料使用，并具有较高的抗压强 度。(2) 经过正交试验及数据分析，在硅酸钠量为12%、赤 泥质量与粉煤灰质量比为1 ： 3、矿渣用量40%这种配比下具 有最高的28d抗压强度123. 2mpa,是一种性能优良的碱激发 胶凝材料。参考文献1 景英仁，景英勤，杨奇赤泥的基本性质及其工程 特性j.轻金属，2001.4:2023.2 何伯泉，周国华，薛玉兰赤泥在环境保护中的应 用j.轻金