碱与硫酸盐环境下赤泥基充填材料的强度演化及硅铝活化机制
朱德福1
刘济广2
闫川2
韩忠2
1.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024;西安交通大学航天航空学院,陕西西安 710049;广铝集团有限公司,广东 广州 5104502.太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室,山西太原 030024
摘要：赤泥是有色金属工业中排放量最大的固废,其碱性强、粒度细、组成复杂且综合利用程度低,制备赤泥基采空区充填材料是实现其资源化低碳利用与绿色处置的一种高效技术路径.以拜耳法赤泥、粉煤灰与脱硫石膏为原料制备赤泥基复合胶凝充填材料,对不同配合比的充填体进行力学性能测试,并采用X射线衍射仪(XRD)与扫描电子显微镜(SEM)微观测试技术,分析材料之间的复合协同效应,揭示充填体的水化产物与微结构演变机制.粉煤灰中活性硅铝组分的溶出动力学行为是决定赤泥基充填材料力学性能的关键因素,通过溶出试验,利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)与SEM测试技术,探究粉煤灰中活性SiO2与Al2O3组分在NaOH溶液及Na-OH与Na2SO4复合溶液体系的溶出动力学行为,引入经典溶出速率模型,探究活性硅铝组分的溶出动力学行为.结果表明:随着脱硫石膏掺量的增加,充填体强度呈先增加后降低的趋势,m(赤泥)∶m(粉煤灰)∶m(脱硫石膏)为4∶6∶0.9时的抗压强度最佳,3、7、28d时,抗压强度分别为0.53、1.29、1.91 MPa,在碱与硫酸盐的协同活化作用下,形成了方沸石、斜钙沸石、钙矾石与硅铝酸盐凝胶等主要水化产物,密实了材料间的孔隙结构;粉煤灰中活性SiO2、Al2O3组分在碱溶液体系中溶出特性呈阶段性差异,早期以Si为主,后期以Al为主,硫酸盐通过调控离子平衡和反应路径,强化了溶出差异效应;在NaOH与Na2SO4复合溶液中,1D-diffusion模型适用于活性SiO2的溶解反应,Jander和1D-diffusion模型更适用于活性Al2O3的溶解反应,并阐明了粉煤灰中活性硅铝在碱与硫酸盐协同活化作用下的溶出机理.研究成果为铝土矿绿色开采提供了一种新型充填材料的制备路径.
关键词：赤泥固废充填材料协同活化效应溶出机理
分类号：X758(矿业、冶金工业污染、废物处理与综合利用)TD853.34(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52174124)国家自然科学基金(51904200)山西省重点研发计划资助项目(202202090301011)
论文发表日期：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 3868-3883 )
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