礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑水化固砷機理研究

有色金屬尾砂砷污染問題是我國生態(tài)文明建設(shè)亟待解決的重要問題。目前，含砷固體廢棄物的固化方法主要有火法和濕法兩類。這兩類方法成本高、處理能力有限，不適用于治理數(shù)量巨大的有色金屬尾砂。本項目結(jié)合當(dāng)前礦業(yè)充填采礦技術(shù)的必然發(fā)展趨勢，提出采用礦渣-鋼渣-脫硫石膏全固廢膠結(jié)劑對含砷有色金屬尾砂進行膠結(jié)并回填井下采空區(qū)。前期探索研究發(fā)現(xiàn)該礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑固砷能力為普通硅酸鹽水泥的5-10倍。以此為基礎(chǔ)，本項目擬開展礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑固砷硬化體中砷的環(huán)境穩(wěn)定性、礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑固砷硬化體水化產(chǎn)物鑒別、礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑水化固砷的過程研究等方面的研究，揭示該膠結(jié)劑的固砷機理，提出進一步提高其固化能力的調(diào)控技術(shù)。該項目的成功實施對解決含砷有色金屬尾砂以及其他含砷危廢的低成本地下安全處置、為預(yù)測充填體長期穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)、推動充填采礦技術(shù)的發(fā)展等方面具有重要意義。 2100433B

有色金屬尾礦砷污染問題是我國生態(tài)文明建設(shè)亟待解決的重要問題。目前，含砷固體廢棄物的固化方法主要有火法和濕法兩類，這兩類方法成本高、處理能力有限，不適用于治理數(shù)量巨大的有色金屬尾礦。本項目結(jié)合當(dāng)前礦業(yè)充填采礦技術(shù)的必然發(fā)展趨勢，提出采用礦渣-鋼渣-脫硫石膏全固廢膠結(jié)劑對含砷有色金屬尾礦進行膠結(jié)并回填井下采空區(qū)。前期探索研究發(fā)現(xiàn)該礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑的固砷能力為普通硅酸鹽水泥的5-10倍。以此為基礎(chǔ)，本項目擬開展礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑固砷硬化體中砷的環(huán)境穩(wěn)定性、礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑固砷硬化體水化產(chǎn)物鑒別、礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑水化固砷的過程研究等方面的研究，揭示該膠結(jié)劑的固砷機理。該項目的成功實施對解決含砷有色金屬尾礦以及其他含砷危廢的低成本地下安全處置、為預(yù)測充填體長期穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)、推動充填采礦技術(shù)的發(fā)展等方面具有重要意義。

以平爐、轉(zhuǎn)爐鋼渣(簡稱鋼渣)和?；郀t礦渣為主要組分，加入適量硅酸鹽水泥熟料、石膏(或其他外加劑)，磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為鋼渣礦渣水泥。

鋼渣礦渣水泥的發(fā)展基于堿礦渣水泥與鋼渣石膏水泥兩個方面。堿礦渣水泥是前蘇聯(lián)的烏克蘭基輔建筑工程學(xué)院于1957年提出的,它用堿金屬化合物與礦渣相混合而成。這種方法是模仿天然沸石的形成過程,即類似于地球表層中礦物的形成,如沸石、云母、水合云母等。地球表層主要由基于鈣—鈉—鉀—鋁硅酸鹽形成的巖石礦物組成,它們非常穩(wěn)定,具有強抗腐能力。前蘇聯(lián)于1960年開始了堿礦渣水泥及其混凝土的中間試驗,并在1964年開始工業(yè)化生產(chǎn),1977～1979年間實現(xiàn)了堿礦渣水泥生產(chǎn)及性能檢驗的標(biāo)準(zhǔn)化。研究表明:可溶性的堿金屬化合物(苛性鈉、非硅酸鹽、硅酸鹽和鋁酸鹽)以及不含鈣的鋁硅酸鹽系統(tǒng)(特定的礦渣和火山灰、燒巖石、燒粘土)和鈣膠凝系統(tǒng)(石灰、硅酸鹽和鋁硅酸鹽水泥,高爐礦渣及高鈣火山灰、鋼渣)都可以形成水泥膠凝體系,它在水里、自然條件及蒸養(yǎng)、蒸壓下都可以凝結(jié)與硬化。這樣就擴大了堿礦渣水泥的原料范圍,粉煤灰、爐渣、磷渣、鋼渣等許多工業(yè)廢渣都可以加以利用,即凡天然或人工的鋁硅酸鹽原料,在強堿作用下能水解成穩(wěn)定水化物的,原則上都可以作為堿激發(fā)的原料。當(dāng)堿、礦渣兩組份配合時稱為堿礦渣水泥,當(dāng)堿與更多的原料配合時則稱為堿激發(fā)多組份水泥。而上述的膠凝系統(tǒng)中因為都含有堿金屬組份,因而可以統(tǒng)稱為堿膠凝材料。鋼渣石膏水泥則最早出現(xiàn)在我國,這種20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的兩組份水泥雖然有一定機械強度,但水化速度慢,早期強度低,凝結(jié)時間長,且鋼渣中的游離氧化鈣易導(dǎo)致水泥的安定性不良。70年代初期,在上述水泥中加入了礦渣,解決了安定性問題,并提高了后期強度,但早期強度低、凝結(jié)緩慢的問題仍未解決。70年代后期,又在鋼渣、礦渣、石膏體系中加入了少量硅酸鹽水泥熟料,提高了水泥的早期強度,統(tǒng)籌了其凝結(jié)時間,使得該水泥有了較大的發(fā)展。從80年代后期,研究人員結(jié)合堿膠凝材料的理論,在石膏、熟料兩種激發(fā)劑的基礎(chǔ)上,又引入了堿金屬化物,即用硫酸鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉(鉀)進行聯(lián)合激發(fā),取得了良好的結(jié)果,并降低了熟料用量。進入90年代,由于激發(fā)劑技術(shù)的發(fā)展,即使不用熟料,也能使鋼渣礦渣水泥獲得良好的性能,使這類水泥發(fā)展到了一個新階段。也即堿膠凝材料的物理化學(xué)基礎(chǔ)理論,賦予了鋼渣礦渣水泥新的生命力。