“三号汪子”堆场碱渣的工程特性及运移方案研究

论文摘要

采用氨碱法生产纯碱时每生产1吨纯碱就产出90m3的废液废渣,碱渣的排放,占用大量土地,己成为我国纯碱工业发展的极大障碍。天津碱厂的工业废料碱渣排放区“三号汪子”位于规划的天津港北疆集装箱物流中心的西南角,占地面积0.7km2,堆高已超过15m,阻碍了规划顺利进行。如何将这些具有极高含水量、极低强度和触变性的碱渣运移并合理利用是当前天津港建设急需解决的重要课题。本文对碱渣的形成及其化学成分进行研究,采用了差热分析、能谱分析、X-射线衍射分析和电镜扫描等多种手段对碱渣的微观结构进行了较为全面的研究,从而了解了碱渣原始颗粒结晶特征,搞清了碱渣颗粒与水的相互作用机制,揭示了碱渣强度的形成机理。通过室内的物理力学试验,从宏观上进一步认识碱渣的物理力学性质,可知“三号汪子”的原状碱渣具有很高的含水量、很大的孔隙比、较高的压缩性和较低的强度。在全面总结了“三号汪子”碱渣的物理化学性质、强度形成机理以及工程力学特性的基础上,深入探讨了安全运移碱渣山的方法,提出了三个方案。其一是利用硫酸处理碱渣以提高碱渣的强度从而为运输碱渣提供可能性;其二是通过井点降水配合分层、分块开挖的方法运移碱渣山;其三是采用泵送的方式输送碱渣山中的碱渣。本文对以上三个方案进行了研究。方案一中硫酸的掺入不能有效的提高碱渣的强度,因此该方案不可行。对于方案二分别采用了有限元分析法和极限平衡法对“三号汪子”碱渣山的整体稳定性进行了分析,表明17m高的碱渣山处于稳定状态,进而模拟分析了碱渣山在井点降水后分层分块开挖过程中的稳定性,分析结果表明采用该方案可以保证碱渣山运移过程中的稳定性。此外对方案三的泵送法进行了初步的设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外碱渣治理的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 “三号汪子”堆场碱渣的性质研究
• 2.1 碱渣的形成及化学成分
• 2.1.1 碱渣的形成过程
• 2.1.2 碱渣的化学成分
• 2.2 碱渣的微观结构
• 2.2.1 差热分析结果
• 2.2.2 X-射线衍射试验结果
• 2.2.3 能谱分析结果
• 2.2.4 扫描电镜分析结果
• 2.3 碱渣的物理及力学性质
• 2.3.1 原状碱渣的物理及力学指标
• 2.3.2 碱渣土的工程性质
• 2.4 碱渣强度的形成机理
• 2.4.1 孔隙水与矿物颗粒的相互作用
• 2.4.2 碱渣强度形成机理分析
• 第三章 碱渣山的运移方案研究
• 3.1 硫酸处理碱渣山的试验研究
• 3.1.1 碱渣与硫酸的化学反应试验
• 3.1.2 反应物的物理力学试验结果
• 3.1.3 小结
• 3.2 井点降水法搬运碱渣山
• 3.2.1 井点降水原理
• 3.2.2 计算实例
• 3.2.3 小结
• 3.3 泵送法运移碱渣山
• 第四章 碱渣山运移过程的稳定性分析
• 4.1 计算机模拟分析的理论基础
• 4.1.1 极限平衡分析法
• 4.1.2 有限元分析法
• 4.2 “三号汪子”堆场碱渣山的稳定性分析
• 4.2.1 有限元分析
• 4.2.2 极限平衡分析
• 4.2.3 小结
• 4.3 运移过程中碱渣山的稳定性分析
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢