铝土矿矿泥物理力学性质及固化技术研究

论文摘要

矿泥是氧化铝生产过程中在洗、选矿时排出的高含水量红色粘土状物质。国内对矿泥的处理主要采用管道输送、湿法堆存，其优点是堆场运行管理简单，矿泥排放和堆存无特殊要求。但湿法堆存占用大量土地，附碱损失高，防渗处理困难，对环境存在潜在的危害。广西平果铝矿自1995年投产以来，堆存矿泥逾1000万m3，且在以4000m3／d的速度增加。大量矿泥的弃置不用既造成资源浪费，又增加了企业的生产成本。 本文通过原位测试、室内土工试验、能谱分析、x射线物相分析、等离子光谱、扫描电镜观察及固化试验等方法对矿泥的沉积规律、物理力学性质、化学特性、固化剂筛选、固化机理等进行深入的研究。在此基础上，对固化矿泥的应用作了有益的探讨。 平果铝矿泥颗粒细小、表面积大、颗粒表面带电，粘性差。矿泥在沉积时由于受粒度、流速、放矿方法和矿浆浓度的综合影响，矿泥的沉积形成了三个区：冲积滩的水上区、冲积滩的水下斜坡区和沉淀池区。由于自身的特性和沉积规律，矿泥在沉积时形成“超架空结构”微观结构，由此导致了矿泥的含水量可超过100％；十字板抗剪强度不超过58.2kPa；压缩系数α1-2界于0.20～1.85MPa-1之间；液限平均值为43.8％，塑性指数Ip平均值为17.8，液性指数IL平均值为1.74，矿泥处于流塑～软塑状态；渗透系数k平均值为2.44×10-6cm／s，而矿泥在100～800kPa荷载下，固结系数为0.27～7.16×10-3cm2／s；矿泥持水量为79～93％，震动析水量为4.7～14.9％。因而矿泥在自然条件下难以排水泌干，完成自重固结需要上百年的时间。 针对平果铝矿泥含铁、铝高，硅、钙低的特点，对其进行了固化剂配方筛选研究，研究发现平果铝矿泥有两组较好的固化配方：①水泥72％、石膏20％、石灰5％、硫酸钠3％，②石灰72％、石膏20％、粉煤灰5％、硫酸钠3％。且配方②的固化效果较配方①好，材料也更经济。 通过能谱分析、x射线物相分析、等离子光谱、扫描电镜观察等方法对矿泥固化过程进行进一步研究，结果发现固化过程发生的一系列复杂的物理、化学和物理化学反应，可归结为以下方面：水解反应、离子交换和团粒化作用、硬凝反应、火山灰反应、碳酸化作用和结晶作用。反应的主要生成物是水化硅酸钙、水化铝酸钙、结

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 矿泥的基本情况
• 1.2 矿泥的综合利用现状
• 1.3 问题的提出
• 1.4 论文研究的目的、内容及意义
• 第二章 矿泥物理力学性质研究
• 2.1 概述
• 2.1.1 研究的目的
• 2.1.2 研究的方法
• 2.2 矿泥的沉积规律
• 2.2.1 矿泥沉积影响因素
• 2.2.2 矿泥沉积规律
• 2.3 化学成分及矿物组成
• 2.3.1 化学成分
• 2.3.2 矿泥的物相分析
• 2.3.3 矿泥的微观结构
• 2.4 矿泥的物理力学性质
• 2.4.1 颗粒组成
• 2.4.2 物理性指标
• 2.5 原位测试
• 2.5.1 十字板剪切试验
• 2.5.2 触探试验
• 2.6 小结
• 第三章 矿泥固化材料研究
• 3.1 概述
• 3.2 矿泥固化试验方案
• 3.2.1 含水量测试
• 3.2.2 固化剂筛选试验
• 3.3 矿泥固化配方与性能试验
• 3.3.1 固化剂的初选
• 3.3.2 单一配方试验
• 3.3.3 复合配方正交试验
• 3.4 试验结果分析
• 3.4.1 能谱分析
• 3.3.2 X射线衍射分析
• 3.3.3 扫描电镜分析
• 3.5 小结
• 第四章 矿泥固化机理研究
• 4.1 概述
• 4.2 固化机理
• 4.2.1 水解反应
• 4.2.2 离子交换与团粒化作用
• 4.2.3 硬凝反应
• 4.2.4 火山灰反应
• 4.2.5 碳酸化作用
• 4.2.6 结晶作用
• 4.3 石灰改性作用
• 4.3.1 石灰改性矿泥
• 4.3.2 石灰改性粉煤灰
• 4.4 固化反应
• 4.4.1 石灰固化反应
• 4.4.2 水泥固化粉煤灰
• 4.4.3 水玻璃固化粉煤灰
• 4.4.4 固化剂固化反应
• 4.5 热力学分析
• 4.5.1 固化反应热力学分析
• 4.5.2 矿泥固化相热力学分析
• 4.6 动力学分析
• 4.7 小结
• 第五章 固化矿泥综合应用
• 5.1 注浆
• 5.2 换填
• 5.3 回填
• 5.4 建筑材料
• 5.5 道路基层材料
• 5.6 其他
• 5.7 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论与成果
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文