硫酸长期腐蚀环境下赤泥-煤系偏高岭土地聚合物耐久性研究

高黎明，武 涛，郭天天，何 斌，2，马富丽，白晓红

(1.太原理工大学 土木工程学院，太原 030024；2.中国科学院 武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071)

地聚合物是一种具有类似沸石结构的新型无机凝胶材料，多以偏高岭土等天然矿物及矿渣、粉煤灰等工业废弃物为原料，并经碱激发聚合而成的硅铝酸盐[1-2]。与普通硅酸盐水泥相比，地聚合物生产原料来源广泛、能耗低、CO2排放量少且拥有更好的耐久性能，有望成为普通硅酸盐水泥的替代品[3]。随着我国钢铁行业的迅速发展及对煤炭资源需求量的日益增加，资源开采带来的工业废弃物赤泥[4-5]和煤系高岭土[6-7]的大量堆积已成为当下我国生态环境面临的最严峻挑战。

赤泥(简称RM)是生产氧化铝后剩余的不溶性粉泥状废料，因内部氧化铁含量高，呈赤色泥土状而得名[4]。据统计，每生产1 t氧化铝，就会排放1～2 t赤泥[8]，全球每年赤泥排放量高达2亿t[9].赤泥内部碱性较高且含有较多重金属，被认为是有害的工业废弃物，利用率一直较低。大量堆积的赤泥给生态环境带来了沉重的负担。煤系偏高岭土(简称CMK)是煤系高岭土在600 ℃～800 ℃下煅烧后形成的硅铝酸盐矿物[6]。煤系高岭土是煤矸石的主要成分，属于高岭土的一种，也是具有中国特色的高岭土资源，已探明储量约28.4亿t[10]。煤系高岭土和CMK的资源化利用对减少煤矸石堆积及增加其附加工业价值具有重要意义。另外，RM和CMK中富含Si、Al，可作为制备地聚合物的原料[2]。以RM和CMK为原料生产地聚合物不仅能减少RM及CMK储存的污染与成本，还能减少水泥的用量，形成良好的经济、环境效益。……