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赤泥制备CBC道路基材料的研究

作　者: 卓瑞锋
导　师: 张召述
学　校: 昆明理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 赤泥道路基层材料无侧限抗压强度固化剂
分类号: U414
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排放出的固体废弃物。我国的赤泥累积堆存量已高达1亿吨,但目前利用率仅为15%左右,迄今为止尚未找到大量利用赤泥的有效途径。解决赤泥所造成的资源浪费和环境污染已成为氧化铝行业十分紧迫的任务。本论文是以拜耳法和烧结法赤泥为主要原料,通过与粉煤灰、矿渣、脱硫石膏、瓷化剂和添加物按照一定的比例混合后采用静力压实法、常温养护制备出CBC道路基层材料,以无侧限抗压强度为主要指标,探索以赤泥为主要原料制备道路基层材料的最佳配合比。论文系统研究了赤泥及CBC固化剂的基本性质,测试了材料的物理力学性能,借助XRD和SEM对材料微观结构进行了表征,并对CBC固化赤泥机理进行了探讨,分析了赤泥制备CBC道路基材料的技术经济性和应用前景,从而为赤泥在道路工程中的应用提供了理论与技术依据。(1)以拜耳法赤泥为固化对象,选择了瓷化剂、粉煤灰、脱硫石膏、矿渣等几种物质为固化剂的主要组成,通过正交表和单因素试验找出了固化剂的最佳组成,获得了在实验条件下的最佳配合比为瓷化剂：粉煤灰：脱硫石膏：矿渣：赤泥=7：5：5：5：78,采用该方案制备出的道路基层材料7d无侧限抗压强度大于5MPa,完全能满足各种等级道路基层的技术要求,而且养护7天后固化体基本不出现泛霜现象,随着养护时间的延长,固化材料的强度可持续增进,28天后可达到10MPa以上。(2)以烧结法赤泥为固化对象,同样选择了瓷化剂、粉煤灰、脱硫石膏、矿渣等几种物质为赤泥固化剂的主要组成,通过正交表和单因素试验,获得了在实验条件下的最佳配合比为瓷化剂：粉煤灰：脱硫石膏：矿渣：赤泥=7：5：2：5：81,研究采用该方案制备出的道路基层材料7d无侧限抗压强度大于能达到6MPa以上,完全能满足各种等级道路基层的技术要求,固化体基本不出现泛霜现象,随着养护时间的延长,固化材料的强度可持续增进,28天后可达到10MPa左右,表现出良好的水稳性。(3)优化了固化剂的组成和掺量,当固化剂掺量为4%时就能完全满足道路基层材料的要求,但是为了稳妥起见,建议掺量为6%。(4)综合采用物理力学性能、冻融性能、干湿循环等手段来考察了赤泥固化体的性能,表明CBC固化赤泥具有较好的适应性,稳定性,优良的物理力学性能和耐久性。(5)X-衍射分析表明：CBC固化赤泥的7d和28d固化体的矿物组成均发生了明显变化,生成更为稳定、复杂的铝硅酸盐矿物,具有较高强度特征。(6)SEM显示,CBC固化赤泥的水化矿物为层叠的片状产物,由于层叠的片状结构纵横交错,层与层之间相互紧密咬合,所以用它制备的材料表现出优异的性能,这也是CBC固化赤泥显著区别于水泥和石灰固化剂的原因。(7)经济分析表明：用工业废渣为主要原料生产CBC固化剂具有成本低廉、原料来源丰富、生产工艺简单、投入产出比高的优点；用这种固化剂固化赤泥生产道路基层材料具有较强的市场竞争力和较好的经济效益,能有效解决赤泥的环境污染和资源浪费问题,将能推动氧化铝产业实施循环经济的技术进步。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-25
  1.1 赤泥的产生、性质及危害  10-13
    1.1.1 赤泥的产生  10-11
    1.1.2 赤泥的性质  11-12
    1.1.3 赤泥的危害  12-13
  1.2 国内外赤泥综合利用动态  13-18
    1.2.1 国外赤泥综合利用现状  13-14
    1.2.2 国内赤泥综合利用现状  14-18
  1.3 赤泥利用中存在和需要解决的问题  18-19
  1.4 高效利用赤泥的可能途径  19-24
    1.4.1 赤泥脱碱  19-20
    1.4.2 赤泥制备CBC复合材料  20-21
    1.4.3 赤泥制备道路基层材料  21-24
      1.4.3.1 路面基层材料  21
      1.4.3.2 利用赤泥作铺路材料的研究  21-22
      1.4.3.3 土壤固化剂在道路基层材料的研究  22-23
      1.4.3.4 赤泥制备CBC道路材料的可行性  23-24
  1.5 本论文的立论依据和研究意义  24-25
第二章实验路线、原理和方法  25-36
  2.1 主要原料和设备  25-31
    2.1.1 原材料  25-30
    2.1.2 实验设备  30-31
  2.2 主要研究内容  31
  2.3 技术路线  31-32
  2.4 实验原理  32
  2.5 研究和测试分析方法  32-36
第三章实验过程与分析  36-79
  3.1 赤泥的基本性质研究  36-38
    3.1.1 赤泥碱的溶出特性研究  36-37
    3.1.2 游离K、Na的测定  37
    3.1.3 赤泥的泛碱特性  37
    3.1.4 赤泥的自然固化特性  37-38
  3.2 CBC固化赤泥性能研究  38-52
    3.2.1 瓷化剂和用水量对赤泥固化性能的影响  38-39
    3.2.2 CBC各组成对拜耳法赤泥固化性能的影响研究  39-46
      3.2.2.1 正交实验  39-41
      3.2.2.2 正交实验分析  41-43
      3.2.2.3 优化方案验证  43-44
      3.2.2.4 CBC各单因素的影响规律研究  44-46
    3.2.3 CBC固化烧结法赤泥性能研究  46-52
      3.2.3.1 正交实验方案的确定  46-48
      3.2.3.2 正交实验结果分析  48-49
      3.2.3.3 正交实验结果优化和重现  49-50
      3.2.3.4 烧结法赤泥固化单因素研究  50-52
  3.3 赤泥固化剂的最佳掺量  52-54
  3.4 养护时间与强度的关系  54-55
  3.5 蒸养时间与强度的关系  55
  3.6 对比试验  55-57
  3.7 固化剂、赤泥互配固化砂石的效果  57-58
  3.8 赤泥的互配效果  58-59
  3.9 水稳定性实验  59
  3.10 冻融实验  59-60
  3.11 干湿循环实验  60-61
  3.12 外加剂对材料性能的影响  61-63
  3.13 新陈赤泥的活性比较  63-64
  3.14 赤泥固化机理分析  64-77
    3.14.1 拜耳法赤泥固化机理分析  64-67
    3.14.2 烧结法赤泥固化机理分析  67-70
    3.14.3 结构分析  70-77
      3.14.3.1 微观结构  70-75
      3.14.3.2 宏观结构  75-77
  3.15 本章小结  77-79
第四章技术经济分析  79-87
  4.1 赤泥固化剂的技术性能  79
  4.2 CBC固化剂成本分析  79-84
    4.2.1 固化剂生产纲领和生产工艺  79-81
    4.2.2 主要设备  81
    4.2.3 投资  81-82
    4.2.4 成本  82-83
    4.2.5 效益和投资回收期分析  83-84
    4.2.6 盈亏平衡分析  84
  4.3 固化剂在道路基层材料中应用的经济分析  84-85
  4.4 社会和环境效益分析  85-86
  4.5 本章小结  86-87
第五章结论和建议  87-89
  5.1 结论  87-88
  5.2 建议  88-89
参考文献  89-93
致谢  93-94
附录  94

赤泥制备CBC道路基材料的研究

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