拜耳法赤泥填筑路基的工程技术与环境影响研究

摘要

拜耳法赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的工业废渣，大量的筑坝堆存不仅浪费土地资源，还可能对周围环境带来危害。目前赤泥的有效利用率很低，亟需建立减量化、规模化综合利用的有效途径。在查阅国内外研究动态文献资料和对山东省内赤泥堆存现状调研的基础上，研究赤泥作为路基填筑材料的工程应用和环境影响具有重要现实意义。
　　通过对拜耳法赤泥的基本物理、水理和力学性质及环保指标的室内试验，分析其工程特点和环保分类。分别选取了石灰、水泥、磷石膏和复合改性材料等对其进行改性处理，通过室内试验确定最优改性处理方案，并分析强度形成与金属离子固化机理。研究结果表明，当选用复合改性材料掺量为8％时，改性赤泥的3天强度大于2.5MPa，28天强度大于4.0MPa，软化系数大于0.80，六价铬和氟化物的浸出浓度降低比例超过80％，能够满足路基填筑的技术要求。
　　依托滨州北海新区园区试验路，开展改性拜耳法赤泥的工程应用研究。根据路基实际工作环境条件，采用危害物质稀释迁移模型，对试验路进行了环境风险评估，结果表明试验路建设不会对地下水产生不利影响。根据改性赤泥的材料特性和环保控制要求，提出了路基施工质量控制的技术要求。对成型路基进行了承载板、PFWD和分级FWD的定点测试，建立了赤泥路基回弹模量E0、动态变形模量Ed和弯沉值l之间的相关关系。在试验路段和对比路段分别埋设地下水监测井，对周围环境（地下水）进行长期跟踪取样与对比测试分析，试验段和对比段监测井内水样的pH值及危害物质浓度变化基本一致，长期稳定后低于Ⅲ类地下水污染物质限值，与环境风险评估结论相吻合。
　　将拜耳法赤泥改性处理后用作路基填筑材料，不仅可以解决公路建设中土源严重不足的问题，而且为冶铝企业节省赤泥堆存的维护费用，具有良好的经济效益、社会和环保效益，对推动赤泥的减量化、规模化综合利用具有重要意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 拜耳法赤泥研究现状

1．2．1 有价金属回收利用

1．2．2 制备建筑材料与工程应用

1．2．3 化工与环保应用

1．2．4 制备新型功能材料

1．2．5 生物与农业应用

1．3 拜耳法赤泥利用存在的问题

1．4 主要研究内容

第二章 拜耳法赤泥的基本性质

2．1 赤泥的产生

2．2 赤泥的化学成分和矿物组成

2．3 拜耳法赤泥的工程特性

2．3．1 颗粒分析

2．3．3 比重

2．3．4 界限含水率

2．3．5 压缩性

2．3．6 击实试验

2．3．7 无侧限抗压强度

2．4 赤泥的危险性鉴别

2．4．1 矿物元素的来源

2．4．2 赤泥中危害物质含量测试

2．4．3 赤泥浸出毒性鉴别

2．4．4 赤泥的鉴别归类

2．5 本章小结

第三章 拜耳法赤泥的改性处理研究

3．1 改性处理方案

3．1．1 改性材料选择

3．1．2 改性方案设计

3．2 对比试验分析

3．2．1 击实试验

3．2．2 无侧限抗压强度试验

3．2．3 浸水后无侧限抗压强度

3．3 改性赤泥的工程特性与环保指标

3．3．1 改性赤泥的工程特性

3．3．2 改性赤泥的环保测试

3．4 作用机理分析

3．4．1 强度形成机理

3．4．2 金属离子抑制作用

3．5 本章小结

第四章 改性拜耳法赤泥路基的工程应用

4．1 施工技术要求

4．1．1 一般要求

4．1．2 施工工艺流程

4．1．3 施工技术要求

4．2．3 试验段道路结构

4．2．4 现场测试方案

4．3 现场测试

4．3．1 承载板法回弹模量测试

4．3．2 PFWD动态变形模量测试

4．3．3 落锤式弯沉测试(FWD)

4．3．4 成果分析

4．4 本章小结

第五章 改性拜耳法赤泥的环境影响

5．1 环境风险评估

5．2 环保防护与监控方案

5．2．1 工程防护措施

5．2．2 环境影响监控方案

5．3 试验路环境监测结果

5．4 本章小结

第六章 技术经济性分析

6．1 经济效益分析

6．2 社会与环保效益

第七章 结束语

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 有待进一步解决的问题

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果情况