本发明涉及赤泥处理
技术领域：
，特别涉及一种赤泥固化胶凝组合物及其制备方法、及原位固化赤泥的方法。
背景技术：
赤泥是氧化铝厂碱法处理铝土矿后大量排放的碱性残渣，是一种大宗有害工业废渣，按照生产工艺可划分为烧结法赤泥、拜耳法赤泥和联合法赤泥。利用赤泥生产建筑材料，能大量消耗赤泥，是减少赤泥对环境污染的主要途径。目前，多使用烧结法赤泥和联合法赤泥来生产建筑材料，这些赤泥中含有类似普通硅酸盐水泥熟料的矿物成分2cao·sio2。然而，拜耳法赤泥因为高铁、低硅、低钙，不含2cao·sio2活性成分，很难直接用于生产普通建材。目前拜耳法赤泥仅能少量应用于生产普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和铝硅酸盐类水泥，大量的赤泥仍需要专门的赤泥库囤积，占用大量的土地。拜耳法赤泥用于生产铝硅酸盐类水泥，即地聚物胶凝材料，能避免碱骨料反应和泛霜问题，有望提高拜耳法赤泥的掺量和利用效率。现有的地聚物胶凝材料制作方法一般采用水玻璃(或烧碱)激发生产地聚物胶凝材料。然而现有的用拜耳法生产地聚物胶凝材料的方法，有以下三点不足：1)现有的活化方法，拜耳法赤泥中的硅、铝溶出率较低，需要添加其他活性硅、铝含量高的原料来提高最终地聚物的强度，造成拜耳法赤泥添加量较低，拜耳法赤泥主要起填充骨料作用；2)制备好的地聚物胶凝材料固体粉末，使用时还需要现场配置水玻璃溶液或者烧碱水溶液，用于激发地聚物胶凝材料，造成使用不便；3)现有的硅铝酸盐水泥，即地聚物胶凝材料，养护时需要辅助一定压力和温度的蒸汽养护或干燥，只能适应于预成型的砖、瓦，产品适用范围有限。技术实现要素：本发明的主要目的是提出一种赤泥固化胶凝组合物，旨在提供一种能够原位固化赤泥的赤泥固化胶凝组合物。为实现上述目的，本发明提出的赤泥固化胶凝组合物，按重量份，所述赤泥固化胶凝组合物含有：固硫灰渣，40-90份；水泥，5-20份；焦炉脱硫渣，1-5份。可选地，所述固硫灰渣为循环流化床燃煤锅炉中的化石燃料加入脱硫剂碳酸钙在800-900℃燃烧形成的收尘灰或炉底渣；和/或，所述水泥为高于或等于42.5标号的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、及粉煤灰硅酸盐水泥中的至少一种；和/或，所述焦炉脱硫渣为煤焦化过程用碳酸氢钠作为脱硫剂的脱硫固废。可选地，所述固硫灰渣的比表面积大于或等于400m2/kg；和/或，所述水泥的比表面积大于或等于350m2/kg；和/或，所述焦炉脱硫渣的比表面积大于或等于300m2/kg。可选地，按重量份，所述赤泥固化胶凝组合物还含有：粉煤灰，1-30份；脱硫灰，1-10份；煅烧煤矸石，1-30份；矿渣微粉，1-10份。可选地，所述粉煤灰为锅炉燃煤经电除尘系统收集的i级灰、ii级灰、及iii级灰中的至少一种；和/或，所述脱硫灰为燃煤锅炉烟气湿法脱硫所获得的脱硫固废；和/或，所述煅烧煤矸石的煅烧温度为700℃-900℃；和/或，所述矿渣微粉为磨细的高炉水淬渣。可选地，所述粉煤灰的比表面积大于或等于400m2/kg；和/或，所述脱硫灰的比表面积大于或等于300m2/kg；和/或，所述煅烧煤矸石的比表面积大于或等于400m2/kg；和/或，所述矿渣微粉的比表面积大于或等于400m2/kg。本发明还提出一种赤泥固化胶凝组合物的制备方法，该制备方法包括以下步骤：按重量份，提供40-90份固硫灰渣、5-20份水泥、及1-5份焦炉脱硫渣；混合所述固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣，得到所述赤泥固化胶凝组合物。可选地，所述混合固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣时，还包括向固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣中加入助剂的步骤，以得到所述赤泥固化胶凝组合物，其中，按重量份，所述助剂为1-30份粉煤灰、1-10份脱硫灰、1-30份煅烧煤矸石、1-10份矿渣微粉中的至少一种。本发明还提出一种原位固化赤泥的方法，该方法包括以下步骤：提供如上所述的制备方法得到的赤泥固化胶凝组合物；采用高压旋喷注浆的方式，向赤泥桨中注入所述赤泥固化胶凝组合物的泥浆，形成多个搅拌体。可选地，所述赤泥为拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，干态时氧化钠含量大于或等于8％；和/或，所述高压旋喷注浆使用的高压气体为空气或二氧化碳气体；和/或，所述搅拌体为圆柱状，其直径为8-10m；和/或，多个所述搅拌体中两两相互部分重叠，且重叠的面积大于或等于1m2；和/或，所述搅拌体中赤泥固化胶凝组合物和赤泥的质量比为1:5-1:15。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：按重量份，赤泥固化胶凝组合物含有：固硫灰渣，40-90份；水泥，5-20份；焦炉脱硫渣，1-5份。其中，固硫灰渣主要作为硅铝成分和石膏成分，水泥作为碱性激发成分，焦炉脱硫渣作为硫酸盐激发成分，当该赤泥固化胶凝组合物与赤泥混合时，固硫灰渣的活性成分会于碱性激发剂和硫酸盐的激发下发生地聚物反应、水化反应、及火山灰反应，这些反应使得赤泥得到固化和硬化的同时，这些反应的产物还会填充至赤泥的缝隙中，从而增大了固化赤泥的地质结构强度。也即，赤泥固化胶凝组合物可直接使用，不需要添加其他活性硅、铝含量高的原料。并且，赤泥中碱金属离子可作为催化剂，以加速地聚物反应的充分发生；不需要添加额外的碱成分原料，降低了地聚物材料的加工成本，也即，使得地聚物反应于赤泥库的赤泥中原位发生，从而使得赤泥库中的赤泥浆整体得到固化，以彻底解决赤泥固废的难题。此外，本赤泥固化胶凝组合物(地聚物胶凝材料)的主要原料均为化石燃料的固废，可以直接使用，具有典型的节能减排作用，同时，本赤泥固化胶凝组合物也具有显著的以废治废的协同资源化作用，且使用范围较广。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本发明原位固化赤泥的方法中双重管高压旋喷注浆固化赤泥库的施工示意图；图2为本发明原位固化赤泥的方法最终形成的固化赤泥层的俯视图。附图标号说明：标号名称标号名称100赤泥固化胶凝组合物泥浆410第一圈第一个搅拌体200高压气体430第二圈第一个搅拌体300钻机450第三圈第一个搅拌体310注浆管500赤泥库330喷嘴510赤泥库坝400搅拌体530赤泥泥浆本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。本发明提出一种赤泥固化胶凝组合物，应用于原位固化赤泥。在发明赤泥固化胶凝组合物一实施例中，按重量份，赤泥固化胶凝组合物含有：固硫灰渣，40-90份；水泥，5-20份；焦炉脱硫渣，1-5份。具体地，固硫灰渣提供硅铝成分和石膏成分，水泥作为碱性激发成分，焦炉脱硫渣作为硫酸盐激发成分，当赤泥固化胶凝组合物用于固化赤泥时，固硫灰渣的活性成分会于碱性激发剂和硫酸盐的激发下发生地聚物反应、水化反应、及火山灰反应，这些反应使得赤泥得到固化和硬化的同时，这些反应的产物还会填充至赤泥的缝隙中，从而增大了固化赤泥的地质结构强度。此外，赤泥中碱金属离子可作为催化剂，以加速地聚物反应的充分发生；不需要添加额外的碱成分原料，降低了地聚物材料的加工成本，同时所生成的地聚物的笼型分子筛结构还可以固定碱金属离子和重金属离子，固化赤泥库表面经过压碱浇灌后，即可种植普通的北方植物，不经过压碱浇灌的赤泥库表面也可以种植耐寒、耐旱、耐碱的植物，具有显著的土壤修复作用。需要说明的是，该赤泥固化胶凝组合中各组分的配比要适宜，以使得固化赤泥形成的固化充填体强度较高，稳定性较好；固硫灰渣作为主要活性成分和充填骨料，主要用于固化赤泥，而且可增大固化赤泥的地质结构强度，故其含量不能太少，水泥作为碱性激发成分，焦炉脱硫渣作为硫酸盐激发成分，它们的含量也要选择适宜，以使得固硫灰渣的活性成分得到充分发挥，例如采用固硫灰渣40份，水泥20份，焦炉脱硫渣5份。当然，固硫灰渣的含量亦不可过多，若过多，其中的活性成分不能充分发挥作用，使得固化赤泥形成的固化充填体长期稳定性不够好，水泥和焦炉脱硫渣作为激发成分，含量也不能过少，否则会使得固硫灰渣中的活性成分不能充分发挥作用，例如，采用固硫灰渣90份，水泥5份，焦炉脱硫渣1份。因此，可以理解的，本发明的技术方案：按重量份，赤泥固化胶凝组合物含有：固硫灰渣，40-90份；水泥，5-20份；焦炉脱硫渣，1-5份。其中，固硫灰渣主要作为硅铝成分和石膏成分，水泥作为碱性激发成分，焦炉脱硫渣作为硫酸盐激发成分，当该赤泥固化胶凝组合物与赤泥混合时，固硫灰渣的活性成分会于碱性激发剂和硫酸盐的激发下发生地聚物反应、水化反应、及火山灰反应，这些反应使得赤泥得到固化和硬化的同时，这些反应的产物还会填充至赤泥的缝隙中，从而增大了固化赤泥的地质结构强度。也即，赤泥固化胶凝组合物可直接使用，不需要添加其他活性硅、铝含量高的原料。并且，赤泥中碱金属离子可作为催化剂，以加速地聚物反应的充分发生；不需要添加额外的碱成分原料，降低了地聚物材料的加工成本，也即，使得地聚物反应于赤泥库的赤泥中原位发生，从而使得赤泥库中的赤泥浆整体得到固化，以彻底解决赤泥固废的难题。此外，本赤泥固化胶凝组合物(地聚物胶凝材料)的主要原料均为化石燃料的固废，可以直接使用，具有典型的节能减排作用，同时，本赤泥固化胶凝组合物也具有显著的以废治废的协同资源化作用，且使用范围较广。优选地，固硫灰渣为循环流化床燃煤锅炉中的化石燃料加入脱硫剂碳酸钙在800-900℃燃烧形成的收尘灰或炉底渣。固硫灰渣为循环流化床燃煤过程中化石燃料加入脱硫剂得到的副产物，由于脱硫剂和燃烧温度等因素的影响，固硫灰渣的化学成分、火山灰活性、及自硬性不同，当加入碳酸钙作为脱硫剂，并于800-900℃的温度燃烧时，所得到的固硫灰渣的主要化学成分是三氧化硫(so3)和氧化钙，且其火山灰活性和自硬性较好，能够更有效地固化赤泥，且固化赤泥形成的固化充填体强度较高。优选地，水泥为高于或等于42.5标号的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、及粉煤灰硅酸盐水泥中的至少一种。矿渣硅酸盐水泥为硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。粉煤灰硅酸盐水泥为硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。这两类水泥水硬性较好，而且含水率较低，可有效地减少赤泥的处置对环境的影响。水泥的标号是其强度的指标，加入的水泥要求具有一定的强度，以使得固化赤泥形成的固化充填体的强度较高，即，水泥为高于或等于42.5标号的水泥。优选地，焦炉脱硫渣为煤焦化过程用碳酸氢钠作为脱硫剂的脱硫固废。焦炉脱硫渣的主要成分为硫酸钠(na2so4)，是一种硫酸盐激发剂，用于激发固硫灰渣的活性成分，以使得地聚物反应更充分的发生，当然，该焦炉脱硫渣也可采用含na2so4超过80％的其他工业固废替代。优选地，固硫灰渣的比表面积大于或等于400m2/kg；水泥的比表面积大于或等于350m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积大于或等于300m2/kg。该比表面积范围的固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣均能够充分发挥其作用，即固硫灰渣粉末能够充分发挥其活性作用，水泥和焦炉脱硫渣粉末也能充分发挥其激发剂作用，从而可使得地聚物反应、水化反应、及火山灰反应更充分地发生。例如，固硫灰渣的比表面积为400m2/kg；水泥的比表面积为350m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积为300m2/kg。进一步地，按重量份，赤泥固化胶凝组合物还含有：粉煤灰，1-30份；脱硫灰，1-10份；煅烧煤矸石，1-30份；矿渣微粉，1-10份。粉煤灰提供活性硅铝成分，煅烧煤矸石提供活性硅铝成分，这两种材料加入后，当与赤泥混合时，这些活性成分能够发生地聚物反应、火山灰反应、及水化反应，并使得反应产物填充至赤泥的缝隙中，从而使得固化赤泥的地质结构强度增大。脱硫灰提供硫酸钙，可作为硫酸盐激发成分，具有凝结硬化快的优点；矿渣微粉提供硅酸钙和铝酸钙成分，可作为活性胶凝成分，具有凝结硬化快、早期强度及后期强度较高的特点；这两种材料加入后，当与赤泥混合时，都可使得地聚物反应、火山灰反应、及水化反应更充分的发生，而且都还能更进一步地提高最终形成的固化充填体的早期及后期强度。需要说明的是，粉煤灰、脱硫灰、煅烧煤矸石、及矿渣微粉加入的量要适宜，以使得固化赤泥形成的固化充填体强度较高，稳定性较好；粉煤灰和煅烧煤矸石作为主要活性成分，主要用于固化赤泥，而且能增大固化赤泥的地质结构强度，故其含量不能太少，矿渣微粉作为活性胶凝成分，脱硫灰作为硫酸盐激发成分，它们加入的量也要适量，以使得固硫灰渣的活性成分得到充分发挥，例如，采用粉煤灰，1份；脱硫灰，10份；煅烧煤矸石，1份；矿渣微粉，10份。当然，粉煤灰和煅烧煤矸石的加入量亦不可过多，若过多，其中的活性成分不能充分发挥作用，使得固化赤泥形成的固化充填体长期稳定性不够好，矿渣微粉和脱硫灰作为活性胶凝和激发成分，其加入量也不能过少，否则会使得固硫灰渣中的活性成分不能充分发挥作用，例如，采用粉煤灰30份；脱硫灰，1份；煅烧煤矸石30份；矿渣微粉，1份。可选地，粉煤灰为锅炉燃煤经电除尘系统收集的i级灰、ii级灰、及iii级灰中的至少一种。粉煤灰是电厂燃煤燃烧后产生的工业废渣，是从燃煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，锅炉烟气要通过电除尘系统后其废气达到排放标准；按照其细度、烧失量等物理性质可分为i级灰、ii级灰、及iii级灰。优选为磨细的iii级灰，具有较好的和易性、抗冲击能力强。优选地，脱硫灰为燃煤锅炉烟气湿法脱硫所获得的脱硫固废。脱硫灰燃煤锅炉烟气脱硫所获得的脱硫固废，其中采用湿法脱硫得到的脱硫灰中硫酸钙含量较高。优选地，煅烧煤矸石的煅烧温度为700℃-900℃。若其煅烧温度过低，其活性成分不能得到充分发挥，其最佳煅烧温度为700℃-900℃，例如，煅烧煤矸石的煅烧温度为850℃。可选地，矿渣微粉为磨细的高炉水淬渣。矿渣微粉，又称矿粉、粒化高炉矿渣粉，是用高炉水淬渣经过干燥、粉磨等工艺处理后得到高细度、高活性粉料，加入后可更进一步地提高固化赤泥得到的固化充填体的强度。可选地，粉煤灰的比表面积大于或等于400m2/kg；脱硫灰的比表面积大于或等于300m2/kg；煅烧煤矸石的比表面积大于或等于400m2/kg；矿渣微粉的比表面积大于或等于400m2/kg。该比表面积范围的粉煤灰、脱硫灰、煅烧煤矸石、及矿渣微粉均能充分发挥其作用，即固硫灰渣粉末能充分发挥其活性成分作用，且水泥和焦炉脱硫渣粉末也能充分发挥其激发剂作用，从而可使得地聚物反应、水化反应、及火山灰反应更充分地发生。例如，粉煤灰的比表面积为400m2/kg；脱硫灰的比表面积为300m2/kg；煅烧煤矸石的比表面积为400m2/kg；矿渣微粉的比表面积为400m2/kg。本发明还提出一种赤泥固化胶凝组合物的制备方法，该制备方法包括以下步骤：按重量份，提供40-90份固硫灰渣、5-20份水泥、及1-5份焦炉脱硫渣；混合固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣，得到赤泥固化胶凝组合物。在本发明赤泥固化胶凝组合物的一实施例中，将固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣的原料的原始状态经过烘干、配料后，投入球磨机中进行磨细，以得到赤泥固化胶凝组合物，磨细后赤泥固化胶凝组合物的比表面积大于等于400m2/kg，且其含水率低于1％。当然在其他一些实施例中，亦可以将固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣的粉体产品，经过配料后依次加入搅拌机中搅拌混合均匀，其搅拌时间不少于30min，制得赤泥固化胶凝组合物，该赤泥固化胶凝组合物的含水率低于1％。本发明的技术方案，赤泥固化胶凝组合物的固硫灰渣主要作为硅铝成分和石膏成分，水泥作为碱性激发成分，焦炉脱硫渣提供硫酸根成分，当该赤泥固化胶凝组合物与赤泥混合时，固硫灰渣的活性成分会于碱性激发剂和硫酸盐的激发下发生地聚物反应、水化反应、及火山灰反应，这些反应使得赤泥得到固化和硬化的同时，这些反应的产物还会填充至赤泥的缝隙中，从而增大了固化赤泥的地质结构强度。此外，赤泥中的碱可作为催化剂，使得地聚物反应发生的更充分，也即，不需要添加额外的碱成分原料，降低了地聚物材料的加工成本，也即，使得地聚物反应于赤泥库的赤泥中原位发生，从而使得赤泥库中的赤泥浆整体得到固化，以彻底解决赤泥固废的难题。在本发明赤泥固化胶凝组合物的一实施例中，混合固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣时，还包括向固硫灰渣、水泥、及焦炉脱硫渣中加入助剂的步骤，以得到赤泥固化胶凝组合物，其中，按重量份，助剂为1-30份粉煤灰、1-10份脱硫灰、1-30份煅烧煤矸石、1-10份矿渣微粉中的至少一种。助剂的加入，可使得其地聚物反应、水化反应、及火山灰反应更充分地发生，更多的反应产物填充至赤泥的缝隙中，从而增大了固化赤泥的地质结构强度。本发明还提出一种原位固化赤泥的方法，该方法包括以下步骤：提供由如上所述的制备方法得到的赤泥固化胶凝组合物；采用高压旋喷注浆的方式，向赤泥桨中注入赤泥固化胶凝组合物和水混合而成的泥浆，即赤泥固化胶凝组合物泥浆，形成多个搅拌体。请参阅图1和图2，采用双重管高压旋喷注浆的方式，向赤泥库500的赤泥浆530中旋转喷射入赤泥固化胶凝组合物泥浆100，使得赤泥泥浆530与赤泥固化胶凝组合物泥浆100发生充分搅拌混合作用，形成一个个相互部分重叠的搅拌体400，随着搅拌的连续施工，最终整个赤泥库500中的赤泥泥浆530被均匀地拌入赤泥固化组合物泥浆100，使得赤泥得到原位的固化和硬化。其具体施工过程包括以下步骤：第一步，将悬臂式高压旋喷桩施工装置移动至已闭库的赤泥库坝510顶部，沿着赤泥库坝510周边一圈由近及远进行画圈式旋喷桩施工操作，第一圈旋喷桩施工装置可直接坐落在基础坚固的坝体上，用悬臂将和钻机300钻杆一体的旋喷头注浆喷嘴330插入赤泥库500的底部，旋喷头为双套(重)管结构，中间管为赤泥固化胶凝组合物泥浆100通过管道，中间管与外管之间通道为高压气体200通过的通道。第二步，旋喷头往下插至赤泥库500的库底后，在旋转过程中，旋喷头的中间管所连喷嘴330开始喷出30mpa-40mpa的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆，旋喷头中间管与外层管之间的环形管所连喷嘴330开始喷出1mpa的高压气体200，高压赤泥固化胶凝组合物泥浆100和气体两种介质，以高压环形气流包裹赤泥固化胶凝组合物泥浆100的射流形式横向喷射出，冲击赤泥浆体，在高压圆柱形赤泥固化胶凝组合物泥浆浆液和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏赤泥粘滞体的能量显著增大，将赤泥固化胶凝组合物泥浆100与赤泥泥浆530进行搅拌混合。需要说明的是，该赤泥固化胶凝组合物泥浆的水灰比为0.8至1.6。第三步，将旋喷头在旋转喷射过程中缓慢向上提拉，旋喷头的旋转速度和提拉速度之比为0.5-1.0，将赤泥固化胶凝组合物泥浆100的高压射流旋喷出后和赤泥泥浆530搅拌，形成一个搅拌体400，即为第一圈第一个搅拌体410；在喷嘴喷出射流接近赤泥库表面赤泥时，将会看见旋喷射流对表面的扰动作用，此时，停止供气和供浆，将钻机300钻杆和喷嘴330旋抽出赤泥库500的表面，再将钻机300钻杆移动至下一个旋喷注浆位置，进行上述旋喷注浆操作，旋喷注浆形成的搅拌体400和上一个已施工过的搅拌体400相交，第二个搅拌体旋喷施工完毕后，依次进行第三个、第四个、……第n个搅拌体的施工操作，沿赤泥库坝510体一圈施工完毕后，待最早施工的搅拌体400区域已经固化有一定的承载强度(大于等于0.5mpa)，将高压旋喷桩施工装置移动至该区域，将悬臂式钻杆插到没有旋喷施工的内圈区域，沿着第一圈的周线方向，由近及远进行画圈式旋喷施工操作，即依次进行第二圈第一个搅拌体430、第二圈第二个搅拌体、……第二圈第n个搅拌体；第三圈第一个搅拌体450、第三圈第二个搅拌体、……第三圈第n个搅拌体，直到最后将整个赤泥库500的赤泥变成一个个相交的硬化搅拌体400，使赤泥库500的赤泥泥浆530变成具有一定地质结构强度的硬化赤泥层，该硬化层的上部可以建造房屋、太阳能电站和进行绿色植被(表面压碱浇灌后，种植耐碱性植物)。需要说明的是，该高压旋喷注浆的旋喷头上喷嘴330可以是对称的双喷嘴，亦可以是单喷嘴，优选为单喷嘴，单喷嘴的喷出压力更大，速度更高，每一转与赤泥泥浆530的搅拌次数越多，从而可使得赤泥固化胶凝组合物泥浆100射流与赤泥泥浆530更充分地混合均匀。此外，高压旋喷注浆的旋喷头随着钻机300钻杆的串联，可以延伸的深度超过100m的赤泥库库底，旋喷时旋喷头的提拉速度为0.3-0.5m/min。本发明采用高压旋喷注浆的方式，可使得赤泥固化胶凝组合物和赤泥更有效、更快速地充分混合，并发生地聚物反应、水化反应、及火山灰反应，以使得整个赤泥库中的泥浆失去流动性，得到固化和硬化，而且得到的固化和硬化的赤泥效果较好，强度较高。此外，得到固化和硬化的赤泥遇水后不会二次泥化，从而使得整个赤泥库区具有进一步开发为工业建设用地和建筑用地的使用价值。优选地，赤泥为拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，干态时氧化钠含量大于或等于8％。本发明原位固化赤泥的方法，可使得赤泥完全资源化和无害化，赤泥掺加量最多在95％以上，赤泥利用量大。尤其是对于拜耳法赤泥适应性较好，具有更好的赤泥库无害化修复效果，能够有效地缓解拜耳法赤泥大量排放造成的环境问题和对氧化铝生产企业的产能制约问题。可选地，高压旋喷注浆使用的高压气体为空气或二氧化碳气体。为了有效地减少硬化赤泥库面层起碱霜，优选地，其高压气体为二氧化碳气体，可以为纯净的二氧化碳气体，亦可以是不纯的二氧化碳气体，这些高压二氧化碳气体是由化石燃料燃烧后，经过除尘的烟气被压缩后所转变成的干冰，运至施工现场后蒸发、压缩而成的；亦可以是化石燃料燃烧后，经过除尘的烟气被压缩后所成的高压烟气，即不纯的二氧化碳气体。二氧化碳气体因具有弱酸性质，不仅可有效地降低固化赤泥的碱度，还具有二氧化碳捕获与固定作用。可选地，搅拌体为圆柱状，其直径为8-10m。由于旋喷头为双套管结构，故形成的搅拌体为圆柱状，每一搅拌体的直径控制在8-10m，可使得赤泥固化胶凝组合物泥浆射流与赤泥更充分地混合均匀，从而使得最终固化和硬化赤泥的效果较好，强度较高。例如，采用形成搅拌体的直径为8m、10m。多个搅拌体中两两部分相互重叠，且重叠的面积大于或等于1m2。如此可使得整个赤泥库区内的每一处的赤泥都能得到很好的固化和硬化，即使得最终固化形成的整个赤泥库每一处的强度均较高。例如，采用两相邻搅拌体的重叠面积为1m2或1.5m2。优选地，搅拌体中赤泥固化胶凝组合物和赤泥的质量比为1:5-1:15。赤泥固化胶凝组合物和赤泥的配比要选择适宜，赤泥固化胶凝组合物用于固化赤泥，其活性成分发生地聚物反应、水化反应、及火山灰反应，赤泥中的碱金属离子可作为催化剂，以促进这些反应的发生，如果赤泥固化胶凝组合物量太多，赤泥量太少，则赤泥固化胶凝组合物中的活性成分过量，造成部分资源浪费，例如，采用赤泥固化胶凝组合物和赤泥的质量比为1:5。若赤泥固化胶凝组合物量太少，赤泥量太多，则会有部分赤泥没有得到完全固化和硬化，导致最终形成的搅拌体强度不高，例如，采用赤泥固化胶凝组合物和赤泥的质量比为1:15。以下通过具体实施例对本发明赤泥固化胶凝组合物及其制备方法、及原位固化赤泥的方法进行具体说明。实施例1按重量份，赤泥固化胶凝组合物中各原料配制如下：固硫灰渣40份，粉煤灰20份，脱硫灰10份，水泥5份，煅烧煤矸石7份，焦炉脱硫渣3份，矿渣微粉10份。本实施例中，固硫灰渣的比表面积500m2/kg，粉煤灰为磨细的iii级灰，其比表面积为420m2/kg；脱硫灰的比表面积为350m2/kg；水泥为42.5标号的普通硅酸盐水泥，其比表面积为350m2/kg；煅烧煤矸石的煅烧温度为700℃，其比表面积为460m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积为320m2/kg；矿渣微粉的比表面积为405m2/kg。将上述原料计量后，依次加入螺带式强力搅拌机中，搅拌混合均匀，其搅拌时间为30min，混合后得到的赤泥固化胶凝组合物的粉体产品的含水率低于1％。本实施例中，所要原位固化的赤泥为山西某闭库赤泥库所存放的拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，含水量55％，干态时na2o含量15％(xrf分析)，其具体施工过程包括以下步骤：第一步，首先将悬臂式高压旋喷桩施工装置移动至已闭库的赤泥库坝顶位置，沿着赤泥库坝周边一圈由近及远进行画圈式旋喷施工操作，第一圈旋喷桩施工装置直接坐落在基础坚固的坝体上，用悬臂将和钻杆一体的旋喷头注浆喷嘴插入到赤泥库的底部。第二步，旋喷头下探至库底位置后，在旋转过程中，旋喷头的中间管连通喷嘴开始喷出30mpa的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆，旋喷头中间管与外层管之间的环形管喷嘴同时开始喷出1mpa的高压气体，高压赤泥固化胶凝组合物泥浆和高压气体两种介质，以高压环形气流包裹圆柱形赤泥固化胶凝组合物泥浆的射流形式横向旋转着喷射出，冲击赤泥浆体，在高压圆柱形赤泥固化胶凝组合物泥浆和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏赤泥粘滞体的能量显著增大，将赤泥固化胶凝材料泥浆与赤泥进行搅拌混合。第三步，将旋喷头在旋转喷射过程中缓慢向上提拉，旋喷头的旋转速度和提拉速度之比为0.5，将高压胶凝组合物泥浆射流旋喷出后和赤泥泥浆搅拌，形成一个圆柱状搅拌体，圆柱状搅拌体的直径为10m，在喷嘴喷出射流接近赤泥库表面时，将会看见旋喷射流的扰动作用，此时停止供气和供浆，将钻杆和喷嘴旋抽出赤泥库表面，再将钻杆移动至下一个旋喷注浆位置，进行上述旋喷注浆操作，旋喷注浆形成的圆柱形搅拌体和前一个已施工过的圆柱形搅拌体相交，相交面积2m2，第二个圆柱形搅拌体旋喷施工完毕后，依次进行第三个、第四个、……第n个圆柱形搅拌体的施工操作，沿赤泥库坝体一圈施工完毕后，待最早施工的圆柱形搅拌体区域已经固化有一定的承载强度，3天、7天、28天分别钻芯取样测其无侧限抗压强度，并将测试结果的平均数据记录于表1中。将高压旋喷桩施工装置移动至该区域，将悬臂式钻杆插到没有硬化的内圈区域，沿着第一圈的周线方向，由近及远进行画圈式旋喷施工操作，直到最后将整个赤泥库的赤泥变成一个个相交的硬化圆柱体，使赤泥库的泥浆变成具有一定地质结构强度的硬化赤泥层。本实施例中，旋喷注浆高压泥浆的水灰比为1.0，搅拌体中赤泥胶凝组合物和赤泥的质量比亦记录于表1中，高压双套管旋喷注浆使用的高压气体为高压二氧化碳气体，高压旋喷注浆的旋喷头上喷嘴为单喷嘴，且旋喷时旋喷头的提拉速度为0.3m/min。实施例2按重量份，赤泥固化胶凝组合物中各原料配制如下：固硫灰渣60份，粉煤灰10份，水泥15份，焦炉脱硫渣5份，矿渣微粉5份。本实施例中，固硫灰渣的比表面积500m2/kg，粉煤灰为磨细的iii级灰，其比表面积为420m2/kg；水泥为52.5标号的硅酸盐水泥，其比表面积为350m2/kg；其比表面积为460m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积为350m2/kg；矿渣微粉的比表面积为405m2/kg。将上述原料计量后，依次加入螺带式强力搅拌机中，搅拌并混合均匀，其搅拌时间为30min，混合后得到的赤泥固化胶凝组合物的粉体产品的含水率低于1％。本实施例中所要原位固化的赤泥为山西某闭库赤泥库所存放的拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，含水量40％，干态时na2o含量12％(xrf分析)，其具体施工过程包括以下步骤：第一步，首先将悬臂式高压旋喷桩施工装置移动至已闭库的赤泥库坝顶位置，沿着赤泥库坝周边一圈由近及远进行画圈式旋喷施工操作，第一圈旋喷桩施工装置直接坐落在基础坚固的坝体上，用悬臂将和钻杆一体的旋喷头注浆喷嘴插入到赤泥库的底部。第二步，旋喷头下探至库底位置后，在旋转过程中，旋喷头的中间管连通喷嘴开始喷出30mpa的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆，旋喷注浆的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆的水灰比为1.2，旋喷头中间管与外层管之间的环形管喷嘴同时开始喷出1mpa的高压空气，高压赤泥固化胶凝组合物泥浆和高压空气两种介质，以高压环形气流包裹圆柱形赤泥固化胶凝组合物泥浆的射流形式横向旋转着喷射出，冲击赤泥浆体，在高压圆柱形赤泥固化胶凝组合物泥浆和它外圈环绕气流的共同作用下，破坏赤泥粘滞体的能量显著增大，将赤泥固化胶凝组合物泥浆与赤泥进行搅拌混合。第三步，将旋喷头在旋转喷射过程中缓慢向上提拉，旋喷头的旋转速度和提拉速度之比为0.5，将高压赤泥固化胶凝组合物泥浆射流旋喷出后和赤泥搅拌，形成一个圆柱状搅拌体，圆柱状搅拌体的直径为8m，在喷嘴喷出射流接近赤泥库表面时，将会看见旋喷射流的扰动作用，此时停止供气和供浆，将钻杆和喷嘴旋抽出赤泥库表面，再将钻杆移动至下一个旋喷注浆位置，进行上述旋喷注浆操作，旋喷注浆形成的圆柱形搅拌体和前一个已施工过的圆柱形搅拌体相交，相交面积1.5m2，第二个圆柱形搅拌体旋喷施工完毕后，依次进行第三个、第四个……第n个圆柱形搅拌体的施工操作，沿赤泥库坝体一圈施工完毕后，待最早施工的圆柱形搅拌体区域已经固化有一定的承载强度，3天、7天、28天分别钻芯取样测其无侧限抗压强度，并将测试结果的平均数据记录于表1中，将高压旋喷桩施工装置移动至该区域，将悬臂式钻杆插到没有硬化的内圈区域，沿着第一圈的周线方向，由近及远进行画圈式旋喷施工操作，直到最后将整个赤泥库的赤泥变成一个个相交的硬化圆柱体，使赤泥库的泥浆变成具有一定地质结构强度的硬化赤泥层。实施例3按重量份，赤泥固化胶凝组合物中各原料配制如下：固硫灰渣90份，水泥4份，煅烧煤矸石5份，焦炉脱硫渣1份，矿渣微粉5份。本实施例中，固硫灰渣的比表面积500m2/kg，水泥为42.5标号的矿渣硅酸盐水泥，其比表面积为400m2/kg；煅烧煤矸石的煅烧温度为850℃，其比表面积为500m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积为350m2/kg；矿渣微粉的比表面积为410m2/kg。将上述原料计量后，依次加入螺带式强力搅拌机中，搅拌并混合均匀，其搅拌时间为30min，混合后得到的赤泥固化胶凝组合物的粉体产品的含水率低于1％。本实施例中，所要原位固化的赤泥为山西某闭库赤泥库所存放的拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，含水量55％，干态时na2o含量15％(xrf分析)，旋喷注浆的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆的水灰比为1.3，其具体施工过程重复于实施例1的具体实施过程，在此不再一一赘述。实施例4按重量份，赤泥固化胶凝组合物中各原料配制如下：固硫灰渣55份，粉煤灰30份，水泥10份，焦炉脱硫渣5份。本实施例中，固硫灰渣的比表面积450m2/kg，水泥为52.5标号的硅酸盐水泥，其比表面积为400m2/kg；粉煤灰为磨细的iii级灰，其比表面积为500m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积为350m2/kg。将上述原料计量后，依次加入螺带式强力搅拌机中，搅拌并混合均匀，其搅拌时间为30min，混合后得到的赤泥固化胶凝组合物的粉体产品的含水率低于1％。本实施例中，所要原位固化的赤泥为山西某闭库赤泥库所存放的拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，含水量55％，干态时na2o含量15％(xrf分析)，旋喷注浆的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆的水灰比为1.5，其具体施工过程重复于实施例1的具体实施过程，在此不再一一赘述。实施例5按重量份，赤泥固化胶凝组合物中各原料配制如下：固硫灰渣55份，水泥5份，煅烧煤矸石30份，焦炉脱硫渣5份。本实施例中，固硫灰渣的比表面积500m2/kg，水泥为52.5标号的硅酸盐水泥，其比表面积为400m2/kg；煅烧煤矸石的煅烧温度为850℃，其比表面积为500m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积为350m2/kg。将上述原料计量后，依次加入螺带式强力搅拌机中，搅拌并混合均匀，其搅拌时间为30min，混合后得到的赤泥固化胶凝组合物的粉体产品的含水率低于1％。本实施例中，所要原位固化的赤泥为山西某闭库赤泥库所存放的拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，含水量55％，干态时na2o含量15％(xrf分析)，旋喷注浆的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆的水灰比为1.6，其具体施工过程重复于实施例1的具体实施过程，在此不再一一赘述。实施例6按重量份，赤泥固化胶凝组合物中各原料配制如下：固硫灰渣70份，粉煤灰30份，水泥20份，焦炉脱硫渣1份，矿渣微粉4份。本实施例中，固硫灰渣的比表面积550m2/kg；粉煤灰为磨细的iii级灰，其比表面积为500m2/kg；水泥为52.5标号的硅酸盐水泥，其比表面积为420m2/kg；粉煤灰为磨细的iii级灰，其比表面积为500m2/kg；焦炉脱硫渣的比表面积为350m2/kg；矿渣微粉的比表面积为480m2/kg。将上述原料计量后，依次加入螺带式强力搅拌机中，搅拌并混合均匀，其搅拌时间为30min，混合后得到的赤泥固化胶凝组合物的粉体产品的含水率低于1％。本实施例中，所要原位固化的赤泥为山西某闭库赤泥库所存放的拜耳法生产氧化铝的固废赤泥，含水量55％，干态时na2o含量15％(xrf分析)，旋喷注浆的高压赤泥固化胶凝组合物泥浆的水灰比为1.0，其具体施工过程重复于实施例1的具体实施过程，在此不再一一赘述。需要说明的是，各个实施例中赤泥固化胶凝组合物原位固化赤泥形成的固化体取样后，并于实验室中于20℃的温度下、湿度为90％的环境下养护，然后于不同龄期下测试其无侧限抗压强度，并将测试结果的平均数据记录于表1中；各个实施例中赤泥固化胶凝组合物与赤泥的质量比数据也记录于表1中。通过表1的数据可以看出，六个实施例中，通过调整赤泥固化胶凝组合物中各组分的配比、及赤泥固化胶凝组合物与赤泥的配比，将赤泥固化胶凝组合物泥浆原位固化赤泥库的赤泥，形成一个个两两相互部分重叠的搅拌体，最终形成整个赤泥库为一个固化整体，该固化赤泥早期强度较高，且随着赤泥固化胶凝组合物的含量增多，其形成的固化赤泥的强度就越高，可以理解的，赤泥固化胶凝组合物的含量增多，其活性成分含量越多，则地聚物反应、水化反应、及火山灰反应发生越充分，也就有越多反应产物填充至赤泥的缝隙中，对赤泥颗粒进行包裹胶结，从而固化赤泥形成强度就越高。此外，随着龄期的增长，固化赤泥形成强度逐渐增大。表1各实施例原位固化赤泥所得到的固化体力学性能注：表1中的质量比为赤泥固化胶凝组合物与赤泥的质量比。以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12