铝冶炼硅钙渣基生态胶凝材料钠离子固结机理研究

Calcium-silicate residue is a kind of solid wastes generated from the alumina extraction of high content alumina fly ash. Calcium-silicate residue is difficult to be reused in the field of cementitious materials because of the high alkali content. The technical idea of this subject is to carry out systemic research to seek the harmless and effective ways in the utilization of calcium silicate residue based on controlling the leaching of Na+ components and other harmful components. The main contents include: (1) the phase composition, metastable characteristics and environmental characteristics of the raw calcium-silicon residue, (2) the synergistic effect of different raw materials in the hydration process of calcium-silicate residue ecological cementitious material and the optimized design of material properties, (3) the Na+ leaching control mechanism and environmental assessment of calcium-silicate residue. Through the research project, a theoretical basis will be established for the bulk and harmless use of the calcium-silicate residue by exploring the Na+ leaching control and solidification mechanism, and investigating the hydration of cementitious materials prepared by calcium-silicate slag. Meanwhile, it contributes to the protection of the environment and the comprehensive utilization of resources and energy, which would be beneficial to achieve the sustainable development of the alumina industry.

硅钙渣是在高铝粉煤灰提取氧化铝过程中排放的固体废弃物，过高的钠离子含量是制约其在胶凝材料领域里利用的最为关键的因素。本课题的技术思路是：以控制硅钙渣中钠离子及其他有害组分在生态胶凝材料中的浸出为基础，开展深入系统地研究，以寻求硅钙渣无害化利用的有效途径。主要研究内容包括：（1）原状硅钙渣物相构成、介稳特性及环境特征，（2）硅钙渣生态胶凝材料水化过程中各物料的复合协同增强效应及材料性能优化设计，（3）钠离子在硅钙渣生态胶凝材料中的浸出控制机理及环境评价。通过本项目的研究，制备出大掺量利用硅钙渣的生态胶凝材料，探索钠离子在生态胶凝材料中的浸出控制和固化机理，研究利用硅钙渣制备的生态胶凝材料的水化机理，为硅钙渣大宗无害化利用奠定理论基础。同时为保护环境、资源及能源综合利用以及实现氧化铝工业的可持续性发展作出贡献。

硅钙渣是在高铝粉煤灰提取氧化铝过程中排放的固体废弃物，过高的钠离子含量是制约其在水泥基胶凝材料领域里利用的最为关键的因素。课题组围绕这一关键问题，以控制硅钙渣中钠离子及其他有害组分的浸出为基础，开展了深入系统地研究，以寻求硅钙渣无害化利用的有效途径。主要研究内容包括：（1）原状硅钙渣物相构成、介稳特性及环境特征，（2）硅钙渣胶凝材料水化过程中各物料的复合协同增强效应及材料性能优化设计，（3）硅钙渣钠离子浸出控制的机理及环境评价。研究阐述了利用硅钙渣制备生态胶凝材料的水化机理和胶凝材料对硅钙渣中钠离子的固结机理，并成功制备出了硅钙渣基生态水泥，该研究突破了水泥对高碱性原料的限制，为硅钙渣和赤泥等高碱性物料在水泥基胶凝材料中大宗无害化利用奠定了理论基础。. 经过三年的研究，已发表与项目相关学术论文11篇（10篇为第一标注，1篇为第二标注），其中项目负责人以第一或唯一通讯作者发表SCI收录期刊论文5篇（影响因子之和为：20.691）、EI收录期刊论文2篇。授权国家发明专利2项，申请国家发明专利1项。培养出站博士后1名，毕业硕士研究生3名，在站博士后1名，在读博士研究生1名，在读硕士生2名。项目执行期内，项目负责人当选为中国硅酸盐学会固废分会常务理事、青年委员会主任委员，中国电子显微镜学会无机非金属建筑材料微观测试与分析专业委员会委员。. 课题组还与大唐国际高铝煤炭研发中心、中色十二冶金建设有限公司、清华大学建筑设计研究院有限公司等单位合作开展了研发成果的应用与推广工作。先后开展了硅钙渣基生态混凝土、硅钙渣/赤泥基路基材料、硅钙渣生态水泥基免烧免蒸养透水砖、硅钙渣基复合矿粉、硅钙渣基无机可降解固沙材料、硅钙渣基轻质承重保温一体化墙体材料等产品的现场试验和工业化试生产工作，有力的推动了基金成果向产业化应用转化的进度。