礦渣-鋼渣-脫硫石膏膠結(jié)劑水化固砷機(jī)理研究項(xiàng)目摘要

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(xiàng)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(shì)，提出采用礦渣-鋼渣-脫硫石膏全固廢膠結(jié)劑對(duì)含砷有色金屬尾礦進(jìn)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(xiàng)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(jī)理。該項(xiàng)目的成功實(shí)施對(duì)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(cè)充填體長(zhǎng)期穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)、推動(dòng)充填采礦技術(shù)的發(fā)展等方面具有重要意義。

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(xiàng)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(shì)，提出采用礦渣-鋼渣-脫硫石膏全固廢膠結(jié)劑對(duì)含砷有色金屬尾砂進(jìn)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(xiàng)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(jī)理，提出進(jìn)一步提高其固化能力的調(diào)控技術(shù)。該項(xiàng)目的成功實(shí)施對(duì)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(cè)充填體長(zhǎng)期穩(wěn)定性提供理論基礎(chǔ)、推動(dòng)充填采礦技術(shù)的發(fā)展等方面具有重要意義。 2100433B

以平爐、轉(zhuǎn)爐鋼渣(簡(jiǎn)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(xì)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(gè)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(qiáng)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(yàn),并在1964年開始工業(yè)化生產(chǎn),1977～1979年間實(shí)現(xiàn)了堿礦渣水泥生產(chǎn)及性能檢驗(yàn)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(kuò)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(qiáng)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(shí)稱為堿礦渣水泥,當(dāng)堿與更多的原料配合時(shí)則稱為堿激發(fā)多組份水泥。而上述的膠凝系統(tǒng)中因?yàn)槎己袎A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(jī)械強(qiáng)度,但水化速度慢,早期強(qiáng)度低,凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng),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(qiáng)度,但早期強(qiáng)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(qiáng)度,統(tǒng)籌了其凝結(jié)時(shí)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(jìn)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(jìn)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(gè)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。