拜耳法赤泥脱钠试验研究

林业工程学报，２０２３，８（５）：１６０－１６６ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０３００５收稿日期：２０２３－０３－０３㊀㊀㊀㊀修回日期：２０２３－０５－１５基金项目：国家自然科学基金（５１８０９１３９）㊂作者简介：陈龙，男，研究方向为微生物岩土㊂通信作者：刘鹏，男，副教授㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｉｕｐｅｎｇｒｅａｌ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ微生物固化拜耳法赤泥的耐久性研究陈龙１，刘鹏１，２∗，胡雯璐１，许程１（１．南京林业大学土木工程学院，南京２１００３７；２．江苏省水土保持与生态修复重点实验室，南京２１００３７）摘㊀要：拜耳法赤泥是从铝土矿中提取氧化铝过程产生的固体废弃物，利用微生物加固技术对拜耳法赤泥资源化利用是解决赤泥大规模消纳的有效途径㊂利用微生物注浆加固后的拜尔法赤泥的耐久性，通过研究试样在水稳定性测试㊁干湿循环以及冻融循环测试之后的质量损失率㊁无侧限抗压强度的变化情况，对微生物加固拜耳法赤泥加固效果进行评价㊂结果表明：微生物固化技术对拜耳法赤泥的加固效果良好，通过加入氢氧化钙进一步提高了试样的强度与耐久性㊂在１４ｄ的水稳定性试验中，微生物固化赤泥试样其质量损失率最大仅为２．２９％；添加１０％氢氧化钙的微生物赤泥试样其质量损失率仅为１．１６％，解决了拜耳法赤泥遇水即溃散特性㊂干湿循环试验中，经过１６次干湿循环微生物赤泥试样的质量损失最大为３．２５％，无侧限抗压强度下降了４１．４％；添加１０％氢氧化钙的微生物赤泥试样其质量损失率最大为１．４９％，无侧限抗压强度仅下降了１４．５％㊂冻融循环试验中，冻融循环２次后试样的无侧限抗压强度均有不同程度下降，进一步循环至８次时微生物赤泥试样的抗压强度无明显变化㊂干湿循环对微生物赤泥试样的无侧限抗压强度的降低作用要高于冻融循环㊂试验结果证明，微生物加固可显著提高拜耳法赤泥的力学性质及耐久性，解决其遇水易崩解特性，对利用微生物治理拜耳法赤泥具有重要意义㊂关键词：拜耳法赤泥；微生物加固；抗压强度；干湿循环；冻融循环中图分类号：Ｘ７５８㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀㊀文章编号：２０９６－１３５９（２０２３）０５－０１６０－０７ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄｂｙｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓＣＨＥＮＬｏｎｇ１，ＬＩＵＰｅｎｇ１，２∗，ＨＵＷｅｎｌｕ１，ＸＵＣｈｅｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｉｓａｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｅｘｔｒａｃｔｉｎｇａｌｕｍｉｎａｆｒｏｍｂａｕｘｉｔｅ，ａｎｄｔｈｅｕｓｅｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｐｐｒｏａｃｈｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｌａｒｇｅ⁃ｓｃａｌｅｐｉｌｉｎｇｉｓｓｕｅｏｆｒｅｄｍｕｄ．Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｍｉｃｒｏｂｉａｌｇｒｏｕｔｉｎｇｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｆＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂｙｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅａｎｄｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｗａｔｅｒｓｔａｂｉｌｉ⁃ｔｙｔｅｓｔ，ｄｒｙ⁃ｗｅｔｃｙｃｌｅａｎｄｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｔｅｓｔ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓａｇｏｏｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅａｒｅｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙａｄｄｉｎｇｃａｌｃｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ．Ｉｎｔｈｅｗａｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｔｅｓｔｆｏｒｕｐｔｏ１４ｄ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄｒｅｄｍｕｄｓａｍｐｌｅｗａｓｏｎｌｙ２．２９％．Ｔｈｅｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｄｍｕｄｓａｍｐｌｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ１０％ｃａｌｃｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｗａｓｏｎｌｙ１．１６％，ｗｈｉｃｈｓｏｌｖｅｓｔｈｅＢａｙｅｒｍｅｔｈｏｄｉｓｓｕｅｏｆｔｈｅｃｏｌｌａｐｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅｄｍｕｄｗｈｅｎｅｘｐｏｓｅｄｔｏｗａ⁃ｔｅｒ．Ｉｎｔｈｅｄｒｙ⁃ｗｅｔｃｙｃｌｅｔｅｓｔ，ｔｈｅｍａｓｓｌｏｓｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｄｍｕｄｓａｍｐｌｅａｆｔｅｒ１６ｄｒｙ⁃ｗｅｔｃｙｃｌｅｓｗａｓ３．２５％，ａｎｄｔｈｅｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｗａｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ４１．４％．Ｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｄｍｕｄｓａｍｐｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ１０％ｃａｌｃｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｗａｓ１．４９％，ａｎｄｔｈｅｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｗａｓｏｎｌｙｒｅｄｕｃｅｄｂｙ１４．５％．Ｉｎｔｈｅｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｔｅｓｔ，ｔｈｅｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｔｏｖａｒｙｉｎｇｄｅｇｒｅｅｓａｆｔｅｒｔｗｏｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｄｍｕｄｓａｍｐｌｅｄｉｄｎｏｔｃｈａｎｇｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｈｅｎｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｗａｓｅｉｇｈｔｔｉｍｅｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｄｒｙ⁃ｗｅｔｃｙｃｌｅｏｎｔｈｅｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｄｍｕｄｓａｍｐｌｅｗａｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅ⁃ｍｅｎｔｃａｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄａｎｄｓｏｌｖｅｉｔｓｅａｓｙｄｉｓｉｎｔｅｇｒａ⁃ｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｗａｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｕｓｅｏｆｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂａｙｅｒｒｅｄｍｕｄ；ｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｄｒｙ⁃ｗｅｔｃｙｃｌｅ；ｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅ㊀第５期陈龙，等：微生物固化拜耳法赤泥的耐久性研究㊀㊀拜耳法赤泥是铝土矿制取氧化铝后所残余的工业固体污染性废渣，其氧化铁含量高，故外观呈现为砖红色㊂目前我国赤泥年产量以每年１．０５亿ｔ的速度增长，约占全球增长率的三分之二［１］㊂拜耳法赤泥因其碱性强㊁颗粒直径小㊁化学成分复杂等特性难以在建材领域广泛使用㊂目前赤泥的综合利用率仅为１０％左右［２－３］，大部分仍以赤泥库堆存处理，但随之而来是赤泥堆放占地㊁污染环境和赤泥坝溃塌等诸多风险问题㊂研究大规模资源化利用拜耳法赤泥，对于我国废物再生利用及生态治理具有重大意义㊂由于拜耳法赤泥的强碱特性，许多学者利用赤泥㊁矿渣㊁粉煤灰等材料辅以碱激发剂制成具有高强度的碱激发材料［４－６］㊂在混凝土材料领域，赤泥与水泥生料有十分类似的化学成分，故有些学者将其应用在各种水泥熟料生产的研究中［７－９］㊂上述在消纳拜耳法赤泥的同时存在着成本高㊁不环保等问题㊂微生物诱导碳酸钙沉积加固技术是指某些特殊微生物在其新陈代谢中，不断利用周围环境内的碳源与钙源生成碳酸钙以胶结固化颗粒材料的过程［１０］㊂目前，微生物加固技术在地基土加固［１１］㊁提高地基抗液化能力［１２］㊁污染土治理［１３］以及防尘固沙［１４－１５］方面已有诸多研究㊂邵光辉等［１６］研究菌液浓度㊁胶结液浓度和处理轮数对垃圾焚烧灰渣的强度影响，证明了微生物固化垃圾焚烧灰渣可行且有效㊂陈育民等［１７］通过改造剪切盒装置，实现了在剪切仪上对钙质砂直接进行微生物加固目的，经过微生物加固后的钙质砂其抗剪强度与残余强度高于未加固试样的１．８倍与１．６倍㊂综上，虽然微生物加固土体已有一些研究，但对加固后土体的耐久性研究为之较少㊂拜尔法赤泥中含有大量可溶性强碱物质，在含水量丰富地区和毛细水作用下容易吸水软化，进而引起遇水溶陷的现象㊂故选用巴式芽孢杆菌作为注浆加固菌种，研究微生物加固拜耳法赤泥的水稳定性质，干湿循环以及冻融循环下的强度衰减情况，进而评价微生物注浆加固赤泥的耐久性效果，为微生物加固土体的耐久性研究提供技术参考㊂１㊀材料与方法１．１㊀赤泥基本特性本研究使用的拜耳法赤泥取自中国铝业山东分公司的固体废弃物堆场，其化学成分如表１所示，主要化学成分为Ｆｅ２Ｏ３㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＳｉＯ２㊁Ｎａ２Ｏ，其次为ＣａＯ㊁ＴｉＯ２及少量其他金属氧化物㊂由于赤泥是铝矿石经历一系列破碎㊁粉磨㊁分选等措施得到的产物，其固体颗粒粒径较小且均匀，含水量较高，黏聚力和抗剪强度低，力学性质较差㊂主要物理指标如表２所示，颗粒级配曲线如图１所示㊂表１㊀拜耳法赤泥化学成分Ｔａｂｌｅ１㊀ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆＢａｙｅｒ⁃ｐｒｏｃｅｓｓｒｅｄｍｕｄ单位：％ＳｉＯ２质量分数Ｆｅ２Ｏ３质量分数Ａｌ２Ｏ３质量分数Ｎａ２Ｏ质量分数ＣａＯ质量分数ＴｉＯ２质量分数Ｋ２Ｏ质量分数ＭｇＯ质量分数其他成分质量分数２８．１１２８．４６２２．１７１０．３４２．６２１．６５０．１４０．２５６．２６表２㊀拜耳法赤泥的主要物理指标Ｔａｂｌｅ２㊀ＢａｓｉｃｐｈｙｓｉｃａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆＢａｙｅｒ⁃ｐｒｏｃｅｓｓｒｅｄｍｕｄ液限／％塑限／％塑性指数／％干密度／（ｇ㊃ｃｍ－３）比重孔隙比ｐＨ渗透系数／（ｃｍ㊃ｓ－１）４３．８２９．２１４．６０．７１２．７９２．９３１２．２５．６ˑ１０－５图１㊀拜耳法赤泥颗粒级配图Ｆｉｇ．１㊀ＰａｒｔｉｃｌｅｇｒａｄａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆＢａｙｅｒ⁃ｐｒｏｃｅｓｓｒｅｄｍｕｄ１．２㊀矿化微生物的菌种与培养本研究所用菌种为编号ＤＭＳＺ３３的巴氏芽孢杆菌（Ｓｐｏｒｏｓａｒｃｉｎａｐａｓｔｅｕｒｉｉ），购于德国菌种保藏中心（ＤＳＭＺ）㊂培养该试验用菌的营养液采用ＤＳＭＺ推荐的成分配比，营养液成分见表３㊂表３㊀营养液成分Ｔａｂｌｅ３㊀Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｎｕｔｒｉｅｎｔｓｏｌｕｔｉｏｎ去离子水／ｍＬ尿素／ｇ氯化钠／ｇ大豆蛋白胨／ｇ胰蛋白胨／ｇ１０００２０５５１５㊀㊀具体操作步骤：①将配置好的营养液调节ｐＨ至７．３，放置在高压灭菌锅中以１２１ħ进行高温灭１６１林业工程学报第８卷菌；②将保留的巴氏芽孢杆菌菌种与营养液，按体积比１ʒ８的比例接种至４００ｍＬ的营养液中；③将接种好的菌液放入恒温震荡培养箱中以３０ħ㊁１２０ｒ／ｍｉｎ培养２０ｈ，此时吸光度可以达到２．０左右，脲酶活性（１０．４ １１．７）ｍｍｏｌ／（Ｌ㊃ｍｉｎ）㊂１．３㊀胶结液浓度㊁注浆轮数及外加剂选用胶结液为微生物矿化提供必要的碳源与钙源，此次试验选择的碳源为尿素，钙源为氯化钙㊂尿素与氯化钙质量比为１ʒ１，浓度为１ｍｏｌ／Ｌ，注浆轮数均选择８轮㊂试验用到的外加剂为氢氧化钙，购自国药集团化学试剂有限公司㊂选用氢氧化钙的原因是其对拜耳法赤泥拥有良好的碱激发与离子交换作用㊂１．４㊀制样方法及试验装置制样方法：①首先将拜耳法赤泥放入烘箱中以１０５ħ高温烘２４ｈ，取出后粉碎过２ｍｍ筛；②取内径为３０ｍｍ㊁高为９０ｍｍ的医用针管，在其内壁均匀涂上凡士林；底部塞入橡胶塞，并铺上４层细砂布和１层镍金属网；③取过筛后的赤泥，均匀掺入由设计参数计算出的一定质量氢氧化钙，搅拌均匀；④用电子天平称取７０ｇ土样，均分３份装入针筒分层击实土样，注意每次击实前需对前一层表面刮毛处理，试样高度控制在７０ｍｍ左右（长宽比大于２ʒ１）；⑤制样完成后，先注入一轮纯水，使试样实现饱和即可，接着注入２倍孔隙体积菌液（约４５ｍＬ），等待２４ｈ使细菌充分吸附在土颗粒之间；⑥之后注入１．５倍孔隙体积胶结液（约３５ｍＬ），本试验注浆间隔时间均为２４ｈ，如此重复注入胶结液多轮，直至试验结束，注浆过程结束后，等待２４ｈ并注入２倍孔隙体积的纯水冲洗残留胶结液，蠕动泵流速控制在８７．２８μＬ／ｍｉｎ，对应转速为４．０ｒ／ｍｉｎ；⑦注浆静置完毕后，用拆模刀进行拆样，拆样后放置于烘箱中烘干２４ｈ㊂试验装置见图２㊂图２㊀试验装置示意图Ｆｉｇ．２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅ１．５㊀试验方案１．５．１㊀水稳定性试验由于拜耳法赤泥遇水易崩解溃散的特性，加固后赤泥的水稳定性也是加固效果的衡量指标之一㊂采用崩解试验中的质量损失率，对赤泥试样的水稳定性进行评价㊂将注浆加固后的赤泥试样用去离子水进行为期３，７，１４ｄ的浸泡，并对期间土体的剥落状况经行拍照观察㊂１．５．２㊀干湿循环试验反复的干湿循环作用引起赤泥的干缩湿胀，试样内外所产生的应力差会使得试样裂隙增多，而干燥脱湿时，饱和试样内的水分又会沿着孔隙向外蒸发，这就会在一定程度上造成试样表面土颗粒的剥落［１８］㊂本试验采用低温干燥的方式，温度设置为４０ħ㊂对注浆加固后的试样表面拍照观察，对试样进行称质量以作为质量损失计算的初始值；将试样放入烘箱中进行养护，烘箱温度设置为４０ħ，干燥１２ｈ后取出待其冷却至室温，此为１个干循环结束；将试样分别放置于不同的烧杯中，加入去离子水直至试样被完全淹没，液面高于试样３ ４ｃｍ，浸泡１２ｈ，此为１个湿循环结束；１次完整的干湿循环为２４ｈ，各试样组的干湿循环次数分别为４，８，１２，１６次㊂１．５．３㊀冻融循环试验冻融循环试验参考ＧＢ／Ｔ５００８２ ２００９‘普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准“使用恒温环境箱对试样进行冻融处理㊂对拆模养护后的试样表面观察并拍照，对试样进行称质量以作为质量损失计算的初始值；将试样放置在温度设置为－２０ħ的环境箱中冰冻１２ｈ后，取出置于室温２５ħ环境下融化１２ｈ，此为１个冻融循环周期；１个完整的冻融循环为２４ｈ，各试样组的冻融循环次数分别选为２，４，６，８次，将达到规定次数的试样取出后，对其表面的剥落情况进行观察并拍照，最后进行无侧限强度测试㊂１．６㊀测试方法１．６．１㊀无侧限抗压强度为了研究干湿循环与冻融循环后的强度特性，采用无侧限抗压强度作为评价指标㊂本试验采用电动无侧限抗压仪，荷载精度ʃ０．５％，加载速率为１ｍｍ／ｍｉｎ，计算结果参考ＧＢ／Ｔ５０１２３ ２０１９‘土工试验方法标准“中无侧限抗压强度试验㊂１．６．２㊀质量损失率试样的水稳定性测定和干湿循环试验采用质量法，判断标准根据试样浸水后质量损失率来确定，具体步骤如下：①烧杯洗净后置于烘箱中进行烘干，称取烘干后烧杯的质量为Ｍ１；②将注浆完成后的试样分别用不同的烧杯放置，并置于烘箱中烘２６１㊀第５期陈龙，等：微生物固化拜耳法赤泥的耐久性研究干，直至质量不再变化，称此时质量为Ｍ２；③将烘干后的试样分别浸入装有去离子水的各个烧杯中静置，浸泡时间选择３，７，１４ｄ；④静置１２ｈ后，将未崩解的试样取出，将盛有去离子水和已崩解的土体的烧杯置于烘箱中烘干并称质量为Ｍ３㊂在去离子水中静置规定天数的质量损失率（Ａ１２）的计算式为：Ａ１２＝Ｍ３－Ｍ１Ｍ３－Ｍ２ˑ１００％（１）２㊀结果与分析２．１㊀水稳定性未处理的拜耳法赤泥因其生产工艺影响，其具有遇水易崩解的特性，在刚浸入水中时快速吸收水分，外部就已开始崩解脱落；浸水１ｈ后，未处理的赤泥试样完全溃散，水稳定性极差，质量损失率为１００％（图３）㊂故后续干湿循环㊁冻融循环试验均需要反复浸水测试，未处理赤泥难以进行下列试验㊂图３㊀未处理拜耳法赤泥的水稳定性Ｆｉｇ．３㊀ＷａｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｕｎｔｒｅａｔｅｄＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄ经过微生物固化后的赤泥试样在水中浸泡数天之后整体未出现明显的解体现象，整体的圆柱形外观保持良好（图４）㊂未添加氢氧化钙的固化试样，其在浸泡１ ３ｄ时变化最大，原本依附在外壁未胶结的土颗粒出现剥落使得水体出现浑浊现象，顶部边缘出现一定的钝化，边缘土体脱落较多㊂添加氢氧化钙的固化试样，浸泡１４ｄ后整体未出现明显变化，仅有少量土颗粒脱落，整体趋于完整㊂各试样的崩解率均较低，试样在浸泡３，７，１４ｄ的崩解率上升缓慢，但可以看出添加氢氧化钙试样的水稳定要明显好于未添加的试样，且１０％掺量的试样也要好于５％掺量的试样（图５），可见其所生成的水化硅铝酸钙在阻止水入侵孔隙时起到积极的作用㊂未添加试样崩解率均维持在低水平，浸泡于水中１４ｄ不产生明显土体崩解损失，水稳定性良好，仅有的部分崩解损失来自上部胶结较弱的区域㊂相较于原始赤泥遇水即崩解，微生物固化作用对于赤泥的水稳定性有很大的改善作用，而氢氧化钙的填量对于ＭＩＣＰ加固后试样的水稳定性起积极作用，对于其抗水侵蚀有较大的提升作用㊂图４㊀不同氢氧化钙掺量试样经浸泡处理后的外观情况Ｆｉｇ．４㊀Ｔｈｅａｐｐｅａｒａｎｃｅｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｌｃｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｃｏｎｔｅｎｔｓａｆｔｅｒｉｍｍｅｒｓｉｏｎ图５㊀不同浸泡时间试样的质量损失率Ｆｉｇ．５㊀Ｔｈｅｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｍｍｅｒｓｉｏｎｔｉｍｅ２．２㊀干湿循环不同氢氧化钙掺量下微生物固化的赤泥试样在不同干湿循环次数后的表观变化见图６，经过４次湿循环后试样表面出现较多的孔洞，但未出现裂缝，试样整体保持良好；经过１６次湿循环后试样表面劣化程度明显加重，孔洞相连部分进一步扩大，局部出现土体成片脱落，但仍然保留原试样的基本形状㊂在干湿循环作用下，固化赤泥的表观破坏程度随干湿循环次数的增加而增加㊂相较于未添加氢氧化钙的固化试样，添加氢氧化钙微生物固化的赤泥试样在不同干湿循环次数后的表观变化不大，试样表面仅出现较多微小孔洞，但试样的整体性较好㊂３６１林业工程学报第８卷图６㊀不同氢氧化钙掺量试样经干湿循环处理后的外观情况Ｆｉｇ．６㊀Ｔｈｅａｐｐｅａｒａｎｃｅｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｌｃｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｃｏｎｔｅｎｔｓａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｙ⁃ｗｅｔｃｙｃｌｅｓ总体上看，所有试样的质量损失率均随着干湿循环次数的增加而增加，氢氧化钙添加量为１０％的微生物固化赤泥试样的质量损失增长幅度最小（图７）㊂经过４次干湿循环后，未添加氢氧化钙试样㊁添加５％氢氧化钙试样和添加１０％氢氧化钙试样的质量分别损失了２．０７％，１．２８％和１．１２％；在长达１６轮干湿循环作用后，未添加氢氧化钙试样㊁添加５％氢氧化钙试样和添加１０％氢氧化钙试样的质量分别损失了３．２５％，２．２５％和１．４９％，试样质量损失达到整个试验过程中的最大值㊂值得注意的是，添加１０％氢氧化钙试样的质量损失率明显低于其他两种试样，且其质量损失率随着干湿循环次数的增加的提升幅度小，也反映出对抵抗干湿循环侵蚀作用的能力强㊂图７㊀不同干湿循环次数下试样的质量损失率Ｆｉｇ．７㊀Ｔｈｅｍａｓｓｌｏｓｓｒａｔｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｒｙ⁃ｗｅｔｃｙｃｌｅｓ随着干湿循环次数的增加，固化赤泥的抗压强度均呈现下降趋势（图８）㊂从未添加氢氧化钙试样的无侧限抗压强度可以看出，在经历４次干湿循环后试样强度就降低了１４％；４ ８次时，强度损失幅度减小；而８ １２次时，强度损失幅度加速扩大，降幅进一步扩大２０％，随后降幅趋于平缓㊂经过４次和８次干湿循环后，赤泥抗压强度分别为１１５３．７４和１１０６．７３ｋＰａ，下降幅度不大；从第８次到第１２次干湿循环，无侧限抗压强度由１１０６．７３ｋＰａ下降到８２８．３７ｋＰａ，相比于干湿循环前强度下降了约３８％㊂从添加１０％氢氧化钙的试样的无侧限抗压强度可以看出，经过４次和８次干湿循环后，赤泥抗压强度分别为２２３１．８７和２２１６．３２ｋＰａ，下降幅度小；从第８次到第１２次干湿循环，无侧限抗压强度由２２１６．３２ｋＰａ下降到２２００．０４ｋＰａ，相比于未干湿循环前强度下降了约１３％；经过１６次干湿循环作用，添加１０％氢氧化钙试样的强度为２１６２．７６ｋＰａ，相比于１２次循环，强度仅下降了２％左右㊂添加１０％氢氧化钙的试样抵抗干湿循环侵蚀的能力要高于前两者㊂随着干湿循环次数的增加，固化赤泥试样的抗压强度不断下降，这是由于试样内部的胶结不均匀性而存在大量孔隙，细小的赤泥颗粒吸水性强，在干湿循环作用下就会造成干缩湿涨的现象，并在结构的薄弱处产生应力集中，这种作用力不断积累直至大于土颗粒之间的黏聚力造成结构性破坏，使得试样的抗压强度降低㊂图８㊀抗压强度随干湿循环次数的变化Ｆｉｇ．８㊀Ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｅｔ⁃ｄｒｙｃｙｃｌｅｓ２．３㊀冻融循环试件经过冻融循环后表观特征变化显著，随着冻融次数的增加，试件外观会发生不同程度的表面脱落㊁碎屑增多，此外结构致密性也会产生较大影响㊂未掺氢氧化钙的固化赤泥试样经过两个冻融循环后试样表面有轻微的碎屑脱落且表面粗糙；经过８轮冻融循环后，试样外观除表皮有轻微脱落，４６１㊀第５期陈龙，等：微生物固化拜耳法赤泥的耐久性研究与两个冻融循环后的试样无明显差异，也未出现大量颗粒剥落与开裂现象，整体稳定性良好㊂掺入氢氧化钙的固化赤泥试样经过两个冻融循环后试样未出现表皮颗粒脱落现象，同样８轮冻融循环后的试样无明显变化，整体稳定性良好（图９）㊂图９㊀不同氢氧化钙掺量试样经冻融循环处理后的外观情况Ｆｉｇ．９㊀Ｔｈｅａｐｐｅａｒａｎｃｅｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｌｃｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅｃｏｎｔｅｎｔｓａｆｔｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ图１０㊀抗压强度随冻融循环次数的变化Ｆｉｇ．１０㊀Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｅｅｚｅ⁃ｔｈａｗｃｙｃｌｅｓ冻融循环次数对赤泥试样抗压性能影响如图１０所示㊂由图１０可知，固化赤泥试样无侧限抗压强度随着冻融循环次数的增加先下降后趋于稳定㊂无论是未掺氢氧化钙的试样还是掺入氢氧化钙的试样的无侧限抗压强度在经历两个冻融循环后强度都有较大程度的下滑㊂经历２轮冻融循环后，氢氧化钙掺量为０％，５％，１０％的赤泥试样无侧限抗压强度分别下降１５．０％，１３．７％，１０．１％；经历８次冻融循环后，氢氧化钙掺量为０％，５％，１０％的赤泥试样无侧限抗压强度相较于２次冻融循环后的抗压强度分别下降１．７８％，１．１２％，１．０４％，可以判断各试样的无侧限抗压强度基本保持恒定㊂３㊀结㊀论本次试验研究微生物固化拜耳法赤泥的耐久性，分析赤泥试样的水温定性㊁干湿循环㊁冻融循环试验中试样的质量损失和抗压强度的变化规律，主要结论如下：１）经过微生物固化后的赤泥试样在水中浸泡数天之后整体未出现明显的解体现象，整体外观保持良好，其在浸泡１ ３ｄ时边缘土体脱落较多㊂添加氢氧化钙的固化试样，浸泡１４ｄ后整体未出现明显变化㊂相较于原始赤泥遇水即崩解，微生物固化作用对于赤泥的水稳定性有很大的改善作用，而氢氧化钙对于ＭＩＣＰ加固后试样的抗水侵蚀有较大的提升作用㊂２）随着干湿循环次数的增加，仅微生物固化赤泥试样的质量损失逐渐增加，固化赤泥的抗压强度均呈现下降趋势㊂添加１０％氢氧化钙试样的质量损失率要优于其他两种试样，且其质量损失率随着干湿循环次数的增加的提升幅度小㊂添加１０％氢氧化钙的试样抵抗干湿循环侵蚀的能力要高于前两者，抵抗干湿循环侵蚀作用的能力强㊂３）冻融循环２次后试样的无侧限抗压强度降低较大，后续无侧限抗压强度随着冻融循环次数增加趋于平稳㊂经过８次冻融循环后，试样外观除表皮有轻微脱落，未出现大量颗粒剥落与开裂现象，整体稳定性良好㊂４）通过对比水稳定性㊁干湿循环㊁冻融循环过程中试样的外观破损㊁质量损失以及无侧限抗压强度变化后发现，干湿循环对试样的破坏影响强于水浸泡和冻融循环㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＭＵＫＩＺＡＥ，ＺＨＡＮＧＬＬ，ＬＩＵＸＭ，ｅｔａｌ．Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｅｄｍｕｄｉｎｒｏａｄｂａｓｅａｎｄｓｕｂｇｒａｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＲｅｃｙｃｌｉｎｇ，２０１９，１４１：１８７－１９９．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｒｅｓｃｏｎｒｅｃ．２０１８．１０．０３１．［２］ＷＡＮＧＳＨ，ＪＩＮＨＸ，ＤＥＮＧＹ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｒｅｄｍｕｄｉｎＣｈｉｎａ：ａｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｊｏｕｒ⁃ｎａｌｏｆＣｌｅａｎｅｒＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，２０２１，２８９：１２５１３６．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｊｃｌｅｐｒｏ．２０２０．１２５１３６．［３］刘松辉．拜耳法赤泥制备低钙胶凝材料及凝结硬化机理［Ｄ］．焦作：河南理工大学，２０１９：３－１３．ＤＯＩ：１０．２７１１６／ｄ．ｃｎｋｉ．ｇｊｚｇｃ．２０１９．００００１５．ＬＩＵＳＨ．ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｈａｒｄｅｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｌｏｗｃａｌｃｉｕｍｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｍａｄｅｂｙＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄ［Ｄ］．Ｊｉａｏｚｕｏ：ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１９：３－１３．５６１林业工程学报第８卷［４］丁崧，陈潇，夏飞跃，等．净水型赤泥⁃矿渣基地聚合物透水混凝土的研究［Ｊ］．建筑材料学报，２０２０，２３（１）：４８－５５．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９６２９．２０２０．０１．００８．ＤＩＮＧＳ，ＣＨＥＮＸ，ＸＩＡＦＹ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｒｅｄｍｕｄ⁃ｓｌａｇｂａｓｅｄｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｐｅｒｖｉｏｕｓｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２０，２３（１）：４８－５５．［５］ＣＨＡＮＤＲＡＫＳ，ＫＲＩＳＨＮＡＩＡＨＳ，ＲＥＤＤＹＮＧ，ｅｔａｌ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｍａｄｅｆｒｏｍｒｅｄｍｕｄ⁃ｆｌｙａｓｈａｓａｓｕｂｇｒａｄｅｍａｔｅｒｉａｌｉｎｒｏａｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａ⁃ｚａｒｄｏｕｓ，Ｔｏｘｉｃ，ａｎｄＲａｄｉｏａｃｔｉｖｅＷａｓｔｅ，２０２１，２５（１）：４０２００６８．ＤＯＩ：１０．１０６１／（ａｓｃｅ）ｈｚ．２１５３－５５１５．００００５７５．［６］安强，潘慧敏，赵庆新，等．碱激发赤泥⁃粉煤灰⁃电石渣复合材料性能研究［Ｊ］．建筑材料学报，２０２３，２６（１）：１４－２０．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９６２９．２０２３．０１．００３．ＡＮＱ，ＰＡＮＨＭ，ＺＨＡＯＱＸ，ｅｔａｌ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｋａ⁃ｌｉａｃｔｉｖａｔｅｄｒｅｄｍｕｄ⁃ｆｌｙａｓｈ⁃ｃａｒｂｉｄｅｓｌａｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０２３，２６（１）：１４－２０．［７］赵艳荣，陈平，韦怀珺，等．以粉煤灰㊁赤泥低温烧制贝利特⁃硫铝酸盐水泥［Ｊ］．非金属矿，２０１５，３８（２）：２１－２３．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－８０９８．２０１５．０２．００７．ＺＨＡＯＹＲ，ＣＨＥＮＰ，ＷＥＩＨＪ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒｅｄｂｅｌｉｔｅｓｕｌｆｏａｌｕ⁃ｍｉｎａｔｅｃｅｍｅｎｔｕｓｉｎｇｆｌｙａｓｈａｎｄＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｏｎｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｎｏｎ⁃ＭｅｔａｌｌｉｃＭｉｎｅｓ，２０１５，３８（２）：２１－２３．［８］夏瑞杰，朱建平，刘少雄，等．赤泥和脱硫石膏制备高贝利特硫铝酸盐水泥熟料［Ｊ］．有色金属工程，２０１７，７（６）：５８－６３，７９．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－１７４４．２０１７．０６．０１４．ＸＩＡＲＪ，ＺＨＵＪＰ，ＬＩＵＳＸ，ｅｔａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｂｅｌｉｔｅｓｕｌｐｈｏａｌｕｍｉｎａｔｅｃｅｍｅｎｔｃｌｉｎｋｅｒｓｕｓｉｎｇｒｅｄｍｕｄａｎｄｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎｇｙｐｓｕｍ［Ｊ］．ＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，７（６）：５８－６３，７９．［９］ＫＡＮＧＳＰ，ＫＷＯＮＳＪ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒｅｄｍｕｄａｎｄａｌｋａｌｉ⁃ａｃｔｉｖａｔｅｄｓｌａｇｃｅｍｅｎｔｏｎｅｆｆｌｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎｃｅｍｅｎｔｍｏｒｔａｒ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１７，１３３：４５９－４６７．ＤＯＩ：１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１６．１２．１２３．［１０］ＤＥＪＯＮＧＪＴ，ＳＯＧＡＫ，ＢＡＮＷＡＲＴＳＡ，ｅｔａｌ．Ｓｏｉｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｖｉｖｏ：ｈａｒｎｅｓｓｉｎｇｎａｔｕｒａｌｂｉｏｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｆｏｒｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ，ｍｕｌｔｉ⁃ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＲｏｙａｌＳｏｃｉｅｔｙＩｎｔｅｒｆａｃｅ，２０１１，８（５４）：１－１５．ＤＯＩ：１０．１０９８／ｒｓｉｆ．２０１０．０２７０．［１１］赵志峰，邵光辉．微生物诱导碳酸钙沉积加固海相粉土的试验研究［Ｊ］．应用基础与工程科学学报，２０２１，２９（１）：２３１－２３８．ＤＯＩ：１０．１６０５８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０９３０．２０２１．０１．０２０．ＺＨＡＯＺＦ，ＳＨＡＯＧＨ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｍａｒｉｎｅｓｉｌｔｒｅｉｎ⁃ｆｏｒｃｅｍｅｎｔｂｙｍｉｃｒｏｂｉａｌｉｎｄｕｃｅｄｃａｌｃｉｕｍｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢａｓｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，２９（１）：２３１－２３８．［１２］张鑫磊，陈育民，张喆，等．微生物灌浆加固可液化钙质砂地基的振动台试验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２０２０，４２（６）：１０２３－１０３１．ＤＯＩ：１０．１１７７９／ＣＪＧＥ２０２００６００５．ＺＨＡＮＧＸＬ，ＣＨＥＮＹＭ，ＺＨＡＮＧＺ，ｅｔａｌ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａ⁃ｌｕａｔｉｏｎｏｆｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆａＭＩＣＰ⁃ｔｒｅａｔｅｄｃａｌｃａｒｅｏｕｓｓａｎｄｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｓｈａｋｅｔａｂｌｅｔｅｓｔｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，４２（６）：１０２３－１０３１．［１３］邵光辉，戴浩然，郭恒君．微生物固化和稳定化铅污染粉土的强度与污染物浸出特性［Ｊ］．林业工程学报，２０２２，７（５）：１６１－１６８．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２２０２０１１．ＳＨＡＯＧＨ，ＤＡＩＨＲ，ＧＵＯＨＪ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｐｏｌｌｕｔａｎｔｌｅａｃｈｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚｅｄｌｅａｄ⁃ｃｏｎｔａｍｉ⁃ｎａｔｅｄｓｉｌｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，７（５）：１６１－１６８．［１４］刘忠，肖水明，刘飞飞，等．微生物诱导碳酸钙沉积固化建筑渣土抗风蚀扬尘影响因素的试验研究［Ｊ］．工业建筑，２０２２，５２（１１）：７１－７８．ＤＯＩ：１０．１３２０４／ｊ．ｇｙｊｚＧ２２０７０６０９．ＬＩＵＺ，ＸＩＡＯＳＭ，ＬＩＵＦＦ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｉｎ⁃ｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆａｎｔｉ⁃ｗｉｎｄｅｒｏｓｉｏｎａｎｄａｎｔｉ⁃ｄｕｓｔｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｄｅｂｒｉｓｃｅｍｅｎｔｅｄｂｙＭＩＣＰ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０２２，５２（１１）：７１－７８．［１５］ＮＡＥＩＭＩＭ，ＣＨＵＪ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌａｎｄｂｉｏ⁃ｔｒｅａｔｅｄｍｅｔｈｏｄｓａｓｄｕｓｔｓｕｐｐｒｅｓｓａｎｔｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＰｏｌｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１７，２４（２９）：２３３４１－２３３５０．ＤＯＩ：１０．１００７／ｓ１１３５６－０１７－９８８９－１．［１６］邵光辉，陈相宇，崔小相．微生物固化垃圾焚烧灰渣强度试验［Ｊ］．林业工程学报，２０２０，５（１）：１７１－１７７．ＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０１９０２０２１．ＳＨＡＯＧＨ，ＣＨＥＮＸＹ，ＣＵＩＸＸ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｉｏｃｅ⁃ｍｅｎｔｅｄｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎａｓｈａｎｄｓｌａｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２０，５（１）：１７１－１７７．［１７］陈育民，张书航，丁绚晨，等．微生物加固钙质砂强度演化过程的环剪试验研究［Ｊ］．土木与环境工程学报（中英文），２０２２，４４（４）：１０－１７．ＣＨＥＮＹＭ，ＺＨＡＮＧＳＨ，ＤＩＮＧＸＣ，ｅｔａｌ．Ｒｉｎｇｓｈｅａｒｔｅｓｔｓｔｕｄｙｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃａｌｃａ⁃ｒｅｏｕｓｓａｎｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２２，４４（４）：１０－１７．［１８］高玉琴，王建华，梁爱华．干湿循环过程对水泥改良土强度衰减机理的研究［Ｊ］．勘察科学技术，２００６（２）：１４－１７．ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３９４６．２００６．０２．００４．ＧＡＯＹＱ，ＷＡＮＧＪＨ，ＬＩＡＮＧＡＨ．Ｔｅｓｔｓｔｕｄｙｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｈａｎｇｅｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｅｍｅｎｔｉｍｐｒｏｖｅｄｓｏｉｌ［Ｊ］．ＳｉｔｅＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６（２）：１４－１７．（责任编辑㊀田亚玲）６６１。

降低拜耳法生产氧化铝溶出过程碱耗的研究我国铝土矿多为一水硬铝石型铝土矿,资源丰富具有高铝高硅的特性。

在处理一水硬铝石型铝土矿拜尔法溶出过程中,为了消除硅、钛矿物的危害作用,通常在溶出过程中添加石灰以提高氧化铝的溶出速度、降低碱耗。

但通常情况下,溶出赤泥的铝硅比为1.5-2.0,钠硅比为0.4左右。

这部分溶出赤泥,如不进行回收,则造成碱的大量损失,并使矿石的利用率下降；若进行回收,则需采用能耗较高的烧结法处理,使整个生产过程的能耗升高。

因此氧化铝生产的高碱耗问题一直制约着我国高硅铝土矿的利用。

本文研究了矿石溶出性能的差异对于拜耳法溶出过程碱耗的影响。

通过实验发现: 焙烧后铝土矿中氧化物变得更加活泼,溶出后赤泥中的氧化钠、二氧化硅含量增大,钠硅比升高。

其中,广西矿溶出后赤泥的钠硅比升高了28.8%,河南矿溶出后赤泥的钠硅比升高了19.5%。

本文对高铝硅比的广西铝土矿和低铝硅比的河南铝土矿进行对比溶出实验,研究在拜耳法溶出条件下,不同矿石溶出性能的差异对于拜耳法溶出过程碱耗的影响。

通过实验发现: 广西矿溶出后赤泥中的活性二氧化硅的含量为82%,高于河南矿的65%,因此广西矿溶出后赤泥中的N/S高于河南矿溶出后赤泥中的N/S。

本文合成一种适合拜耳法溶出的添加剂-水化铁酸钙,与石灰作为拜耳法溶出添加剂进行对比实验。

通过实验发现: 水化铁酸钙较之氧化钙能够更加有效的降低拜耳法溶出赤泥中的钠硅比以及铝硅比,当溶出温度为260℃、溶出时间为90min、水化铁酸钙的添加量为C/S等于2.0时,广西矿溶出赤泥中的钠硅比为0.23,铝硅比为0.89,河南矿溶出赤泥中的钠硅比为0.13,铝硅比为0.98,有效的降低了拜耳法溶出过程的碱耗,提高了矿石的利用效率。

Metallurgical Engineering 冶金工程, 2019, 6(2), 72-79Published Online June 2019 in Hans. /journal/menghttps:///10.12677/meng.2019.62011Dealkalization of the Bayer Red Mud:A Comprehensive ReviewYanhong Ma1, Zhanwei Liu2*1CHALCO Zhengzhou Non-Ferrous Metals Research Institute Co., Zhengzhou Henan2Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology,Kunming YunnanReceived: May 16th, 2019; accepted: May 29th, 2019; published: Jun. 5th, 2019AbstractThe high alkali of Bayer red mud makes it difficult to be used comprehensively. The majority of red mud is stored on land, but has the potential to be harmful to the surrounding environment and human health. How to dispose of red mud safely is still a worldwide difficult problem, but dealka-lization of the red mud is the key process that disposes of red mud. In this review, the basic prop-erties of Bayer red mud and the existing form and distribution features of alkali in red mud are summarized. Current status of dealkalization are illustrated in detail, the development trend of the research on dealkalization of red mud is put forward. This review provides technology sup-port for dealkalization of Bayer red mud and a scientific reference for sustainable development of alumina industry.KeywordsBayer Red Mud, Occurrence States of Alkaline, Dealkalization拜耳法赤泥脱碱研究进展马艳红1，刘战伟2*1中国铝业郑州有色金属研究院有限公司，河南郑州2昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明收稿日期：2019年5月16日；录用日期：2019年5月29日；发布日期：2019年6月5日摘要拜耳法赤泥的强碱性使其综合利用难度增加，赤泥大量堆存极易引发重大环境安全问题，如何安全处置*通讯作者。