工程科学学报.第42卷，第11期：1457-1464.2020年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,No.11:1457-1464,November 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.25.001;http://cje.ustb.edu.cn 低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理 刘娟红2，》，周在波)四，吴爱祥)，王贻明3) 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室，北京1000833)北京科技大 学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083 ☒通信作者.E-mail:houzaibo@126.com 摘要针对矿山充填中拜耳法赤泥利用率较低或低浓度赤泥充填材料存在强度低、泌水量高、易收缩等问题，研究粉煤灰 添加比例、脱硫石膏、石灰及激发剂对赤泥充填材料早期强度及体积稳定性的影响，采用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM EDS)和X射线衍射(XRD)分析手段探讨赤泥基充填材料的水化机理.结果表明，脱硫石膏促进钙矾石的生成，石灰促进粉 煤灰火山灰效应，激发剂可以加快赤泥-粉煤灰水化反应进程，三者协同作用提高赤泥充填体强度.充填材料28抗压强度 3.35MPa,且初始及60min流动度在200mm以上.微观实验表明.硬化体水化产物为钙矾石、硬柱石、硅铝酸盐凝胶类矿 物，水化产物通过填充孔隙.提高浆体强度.赤泥基充填材料固体废弃物利用率达到92%，无泌水，无沉缩，具有较高的经济 价值和环保价值 关键词低浓度：拜耳法赤泥：充填材料：制备：水化机理 分类号TB321 Preparation and hydration mechanism of low concentration Bayer red mud filling materials LIU Juan-hong2)ZHOU Zai-bo,WU Ai-xiang,WANG Yi-ming3 1)College of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)State Key Laboratory of High-efficient Mining and Safety of Metal Mines,Ministry of Education,University of Science and Technology Beijing. Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:zhouzaibo@126.com ABSTRACT Red mud is a solid waste produced in the process of bauxite refining alumina,with high alkali content,and its treatment methods are mainly stacking and ocean dumping.which not only occupy a large amount of cultivated land and pollute land and water sources,but also have high safety risk.The preparation of red mud-based filling materials to fill the underground goaf can improve the utilization rate of mineral resources and reduce the harm of red mud to the environment,which has the effect of killing two birds with one stone.In view of the problems of low utilization rate of bayer red mud in mine filling system,low strength,bleeding and shrinkage in filling materials slurry with low concentration,the effects of the addition ratio of fly ash,desulfurization gypsum,lime and initiator on the early strength and volume stability were studied in this paper.Scanning electron microscope-energy dispersive spectroscope(SEM- EDS)and X-ray diffraction(XRD)were used to analyze the hydration mechanism of the filling materials.The results show that when the ratio of red mud to fly ash is 4:6,the mechanical properties of the filling material are the best.Desulfurized gypsum promotes the formation of ettringite.Lime promotes the pozzolanic effect of fly ash.The composite activator can accelerate the hydration process of 收稿日期：2019-11-25 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(51834001)低浓度拜耳赤泥充填材料制备及水化机理 刘娟红1,2,3)，周在波1) 苣，吴爱祥1,3)，王贻明1,3) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083    2) 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室，北京 100083    3) 北京科技大 学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail：zhouzaibo@126.com 摘    要    针对矿山充填中拜耳法赤泥利用率较低或低浓度赤泥充填材料存在强度低、泌水量高、易收缩等问题，研究粉煤灰 添加比例、脱硫石膏、石灰及激发剂对赤泥充填材料早期强度及体积稳定性的影响，采用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM￾EDS）和 X 射线衍射（XRD）分析手段探讨赤泥基充填材料的水化机理. 结果表明，脱硫石膏促进钙矾石的生成，石灰促进粉 煤灰火山灰效应，激发剂可以加快赤泥−粉煤灰水化反应进程，三者协同作用提高赤泥充填体强度. 充填材料 28 d 抗压强度 3.35 MPa，且初始及 60 min 流动度在 200 mm 以上. 微观实验表明，硬化体水化产物为钙矾石、硬柱石、硅铝酸盐凝胶类矿 物，水化产物通过填充孔隙，提高浆体强度. 赤泥基充填材料固体废弃物利用率达到 92%，无泌水，无沉缩，具有较高的经济 价值和环保价值. 关键词    低浓度；拜耳法赤泥；充填材料；制备；水化机理 分类号    TB321 Preparation  and  hydration  mechanism  of  low  concentration  Bayer  red  mud  filling materials LIU Juan-hong1,2,3) ，ZHOU Zai-bo1) 苣 ，WU Ai-xiang1,3) ，WANG Yi-ming1,3) 1) College of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) State Key Laboratory of High-efficient Mining and Safety of Metal Mines, Ministry of Education, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: zhouzaibo@126.com ABSTRACT    Red mud is a solid waste produced in the process of bauxite refining alumina, with high alkali content, and its treatment methods are mainly stacking and ocean dumping, which not only occupy a large amount of cultivated land and pollute land and water sources, but also have high safety risk. The preparation of red mud-based filling materials to fill the underground goaf can improve the utilization rate of mineral resources and reduce the harm of red mud to the environment, which has the effect of killing two birds with one stone. In view of the problems of low utilization rate of bayer red mud in mine filling system, low strength, bleeding and shrinkage in filling materials slurry with low concentration, the effects of the addition ratio of fly ash, desulfurization gypsum, lime and initiator on the early strength and volume stability were studied in this paper. Scanning electron microscope- energy dispersive spectroscope (SEM￾EDS) and X-ray diffraction (XRD) were used to analyze the hydration mechanism of the filling materials. The results show that when the ratio of red mud to fly ash is 4∶6, the mechanical properties of the filling material are the best. Desulfurized gypsum promotes the formation of ettringite. Lime promotes the pozzolanic effect of fly ash. The composite activator can accelerate the hydration process of 收稿日期: 2019−11−25 基金项目: 国家自然科学基金重点资助项目（51834001） 工程科学学报，第 42 卷，第 11 期：1457−1464，2020 年 11 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, No. 11: 1457−1464, November 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.11.25.001; http://cje.ustb.edu.cn