.1458 工程科学学报，第42卷，第11期 red mud and fly ash.All of this enhance the red mud backfill strength.The filling materials 28 d compressive strength is 3.35 MPa,and the initial and 60 min fluidity are above 200 mm.Microscopic test results show that the hydration products of hardened paste are ettringite,lawsonite,silica aluminate gel,which fill the pores and improve the strength of slurry.Through adding activator,activating red mud activity and designing low concentration filling material,it is the direction of mass and green utilization of red mud,desulfurization gypsum and other solid wastes.The utilization ratio of solid waste of red mud filling materials reaches92%,no bleeding,no shrinkage, and has high economic value and environmental value. KEY WORDS low concentration;bayer red mud;filling materials;preparation;hydration mechanism 赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的固体 矿渣粉体系研究较多，并且添加水泥增加了材料 废弃物，目前赤泥累计堆存量超过3.52亿吨-] 成本4均使用脱硫石膏、石灰、激发剂，协同利 赤泥处理方法主要以堆存和海洋倾倒为主，不仅 用拜耳赤泥中碱性离子，激发粉煤灰活性，制备低 占用大量耕地，污染土地和水源，并且筑坝堆存存 浓度赤泥充填材料，既能解决赤泥等固废的地表 在较高的安全隐患)赤泥生产工艺主要包括烧 堆存问题，又可以有效治理井下采空区，具有“一 结法、拜耳法、联合法，我国拜耳法赤泥产量占全 废治两害”的作用.低浓度拜耳法赤泥充填材料水 球拜耳法赤泥总产量的90%以上6-刀.拜耳法赤泥 化机理还没有被研究.对于低浓度充填材料后期 中含有大量未完全反应的苛性钠，碱含量高，水硬 发生泌水及沉缩问题，目前没有较理想的解决办 性矿物及硅铝酸盐矿物含量少，自硬性较差，相 法因此通过添加激发剂，激发赤泥活性，设计 比烧结法赤泥和混合法赤泥，利用难度大，利用 无泌水微膨胀低浓度自流型充填材料，是对赤泥、 率低8-9 脱硫石膏等固体废弃物进行大宗化、绿色化利用 目前对拜耳赤泥的利用，Li等o通过机械活 的方向. 化并用水玻璃激发赤泥和粉煤灰的活性，制备赤 本文研究粉煤灰的添加比例、脱硫石膏、石灰 泥基地质聚合物，28d抗压强度达到12.75MPa,通 对赤泥基充填材料流动度及各龄期抗压强度的影 过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜 响，并研究激发剂对充填材料和易性和体积稳定 (SEM)、红外光谱仪(R)分析水化产物主要为钙 性改善效果.采用扫描电子显微镜-能谱分析 矾石.Hu等山在常温和高温下使用不同碱性激发 (SEM-EDS)、XRD微观分析手段深入研究充填料 剂对一种赤泥与三种粉煤灰进行固化，研究其地 浆的水化硬化机理，为拜耳法赤泥、粉煤灰在充填 质聚合物的强度规律和微观结构.由于机械活 中的应用提供借鉴 化、高温活化的脱水能耗较大，难以实现工业化应 1 实验 用.因此利用湿排赤泥，并添加合适矿物掺合料和 激发剂，制备充填材料，对矿区进行充填回采，具 1.1原材料 有较广阔的前景.高术杰等四！研究了四种石膏对 实验材料主要为赤泥、粉煤灰、脱硫石膏、石 赤泥-矿渣-少量熟料的激发作用，并通过XRD、 灰及激发剂，激发剂主要包括碱金属硫酸盐、发泡 IR等分析确定水化产物为钙矾石、C一S一H凝胶 组分、高分子聚合物.用X射线荧光分析仪(XRF, 及霞石.陈蛟龙等]研究了赤泥-煤矸石-水泥体 型号：岛津)分析赤泥、粉煤灰、脱硫石膏、石灰的 系似膏体充填的最优配比及水化机理，水化产物 化学组成，结果见表1.赤泥为山西森泽铝土矿拜 的组成主要为钙矾石和斜方钙沸石. 耳法赤泥，粉煤灰为铝土矿附近电厂的湿排灰，矿 由于矿渣粉活性较高，充填材料中对于赤泥- 物分析见图1. 表1各材料化学组成分析 Table I Chemical composition analysis of each material 会 Materials SiOz Al203 Fe2O3 K2O MgO Cao MnO NazO TiO2 SO3 P2Os Red mud 28.75 29.96 8.01 0.86 0.94 19.91 0.05 4.61 5.03 0.94 0.37 Fly ash 44.42 37.93 4.79 0.47 0.29 5.80 0.02 0.16 1.96 3.40 0.43 Lime 2.75 0.96 0.88 0.37 6.05 87.87 0.86 0.08 Desulphurization gypsum 14.55 12.38 1.76 0.29 0.78 29.14 0.50 0.70 39.36 0.12red mud and fly ash. All of this enhance the red mud backfill strength. The filling materials 28 d compressive strength is 3.35 MPa, and the  initial  and  60  min  fluidity  are  above  200  mm.  Microscopic  test  results  show  that  the  hydration  products  of  hardened  paste  are ettringite, lawsonite, silica aluminate gel, which fill the pores and improve the strength of slurry. Through adding activator, activating red mud activity and designing low concentration filling material, it is the direction of mass and green utilization of red mud, desulfurization gypsum and other solid wastes. The utilization ratio of solid waste of red mud filling materials reaches 92%, no bleeding, no shrinkage, and has high economic value and environmental value. KEY WORDS    low concentration；bayer red mud；filling materials；preparation；hydration mechanism 赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的固体 废弃物，目前赤泥累计堆存量超过 3.52 亿吨[1−3] . 赤泥处理方法主要以堆存和海洋倾倒为主，不仅 占用大量耕地，污染土地和水源，并且筑坝堆存存 在较高的安全隐患[4−5] . 赤泥生产工艺主要包括烧 结法、拜耳法、联合法，我国拜耳法赤泥产量占全 球拜耳法赤泥总产量的 90% 以上[6−7] . 拜耳法赤泥 中含有大量未完全反应的苛性钠，碱含量高，水硬 性矿物及硅铝酸盐矿物含量少，自硬性较差，相 比烧结法赤泥和混合法赤泥，利用难度大，利用 率低[8−9] . 目前对拜耳赤泥的利用，Li 等[10] 通过机械活 化并用水玻璃激发赤泥和粉煤灰的活性，制备赤 泥基地质聚合物，28 d 抗压强度达到 12.75 MPa，通 过 X 射线衍射分析 （ XRD） 、扫描电子显微镜 （SEM）、红外光谱仪（IR）分析水化产物主要为钙 矾石. Hu 等[11] 在常温和高温下使用不同碱性激发 剂对一种赤泥与三种粉煤灰进行固化，研究其地 质聚合物的强度规律和微观结构. 由于机械活 化、高温活化的脱水能耗较大，难以实现工业化应 用. 因此利用湿排赤泥，并添加合适矿物掺合料和 激发剂，制备充填材料，对矿区进行充填回采，具 有较广阔的前景. 高术杰等[12] 研究了四种石膏对 赤泥–矿渣–少量熟料的激发作用，并通过 XRD、 IR 等分析确定水化产物为钙矾石、C―S―H 凝胶 及霞石. 陈蛟龙等[13] 研究了赤泥–煤矸石–水泥体 系似膏体充填的最优配比及水化机理，水化产物 的组成主要为钙矾石和斜方钙沸石. 由于矿渣粉活性较高，充填材料中对于赤泥– 矿渣粉体系研究较多，并且添加水泥增加了材料 成本[14−15] . 使用脱硫石膏、石灰、激发剂，协同利 用拜耳赤泥中碱性离子，激发粉煤灰活性，制备低 浓度赤泥充填材料，既能解决赤泥等固废的地表 堆存问题，又可以有效治理井下采空区，具有“一 废治两害”的作用. 低浓度拜耳法赤泥充填材料水 化机理还没有被研究. 对于低浓度充填材料后期 发生泌水及沉缩问题，目前没有较理想的解决办 法[16] . 因此通过添加激发剂，激发赤泥活性，设计 无泌水微膨胀低浓度自流型充填材料，是对赤泥、 脱硫石膏等固体废弃物进行大宗化、绿色化利用 的方向. 本文研究粉煤灰的添加比例、脱硫石膏、石灰 对赤泥基充填材料流动度及各龄期抗压强度的影 响，并研究激发剂对充填材料和易性和体积稳定 性改善效果 . 采用扫描电子显微镜 -能谱分析 （SEM-EDS）、XRD 微观分析手段深入研究充填料 浆的水化硬化机理，为拜耳法赤泥、粉煤灰在充填 中的应用提供借鉴. 1    实验 1.1    原材料 实验材料主要为赤泥、粉煤灰、脱硫石膏、石 灰及激发剂，激发剂主要包括碱金属硫酸盐、发泡 组分、高分子聚合物. 用 X 射线荧光分析仪（XRF， 型号:岛津）分析赤泥、粉煤灰、脱硫石膏、石灰的 化学组成，结果见表 1. 赤泥为山西森泽铝土矿拜 耳法赤泥，粉煤灰为铝土矿附近电厂的湿排灰，矿 物分析见图 1. 表 1 各材料化学组成分析 Table 1  Chemical composition analysis of each material % Materials SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO CaO MnO Na2O TiO2 SO3 P2O5 Red mud 28.75 29.96 8.01 0.86 0.94 19.91 0.05 4.61 5.03 0.94 0.37 Fly ash 44.42 37.93 4.79 0.47 0.29 5.80 0.02 0.16 1.96 3.40 0.43 Lime 2.75 0.96 0.88 0.37 6.05 87.87 — — — 0.86 0.08 Desulphurization gypsum 14.55 12.38 1.76 0.29 0.78 29.14 — 0.50 0.70 39.36 0.12 · 1458 · 工程科学学报，第 42 卷，第 11 期