氧化镁掺量对氧化镁微生物固化电解锰废渣影响研究
发布时间：2021-06-06 17:51
电解锰废渣作为工业废料,粒径小,渗透性差,传统的微生物矿化技术在处理上有较大的局限性。提出氧化镁微生物固化技术,采用活性氧化镁和微生物共同作用处理重庆秀山电解锰废渣,探讨氧化镁微生物固化电解锰废渣原理,研究活性氧化镁掺量对固化试样含水率、无侧限抗压强度、酸碱性、XRD图谱和微观结构的影响。结果表明:活性氧化镁与水发生水化反应,填充微孔隙,并与空气中的CO2发生碳化反应,一定程度上提高固化试样强度,尿素在细菌的作用下水解生成CO2,使水化产物快速碳化,进一步快速提高固化试样强度。活性氧化镁掺量越高,电解锰废渣固化试样含水率越低,无侧限抗压强度越大,pH值越高。氧化镁微生物固化锰矿尾矿砂的主要产物为水碳镁石、球碳镁石和水菱镁石等;活性氧化镁掺量越大,水碳镁石含量越高。
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
颗分曲线
活性氧化镁本身能用于固化，为对比氧化镁微生物的共同固化效果，图2给出了采用5%的活性氧化镁不同处理方法的无侧限抗压强度变化曲线。从图中可以看出，组2(只掺活性氧化镁)、组3(掺入活性氧化镁和尿素)、组4(掺入活性氧化镁、细菌和尿素)的无侧限抗压强度均有一定的增长，但组4的抗压强度增长最为显著，反应24 h达到了1.13 MPa，是组1(纯电解锰废渣)抗压强度的3倍左右。在反应6 h时，组4的抗压强度增长最大，已经达到0.63 MPa，组2和3也有一定的增长，程度虽比组4略低但相差不大。说明了在反应初期，不同处理方法对于试样强度增长的影响较小，这是由于在反应初期，对强度影响较大的是活性氧化镁的水化反应，活性氧化镁遇水易水化生成氢氧化镁，降低了试样的含水率，并且活性氧化镁的粒径较小，能填充试样的微孔隙，使得强度升高；组3中加入了尿素，由于活性氧化镁水化时会放出大量的热，试样内部温度上升，使得尿素发生微量水解产生氨气等并通过孔隙溢出，试样中仅有少量的碳化产物生成，不利于压缩孔隙，故组3的强度有轻微地降低。组4中由于细菌的参与，尿素大量水解，氧化镁的水化产物与尿素水解生成的碳酸根反应生成大量碳酸镁等具有膨胀性质的产物，进一步压缩孔隙，胶结颗粒，使强度提高。当反应12～24 h时，组2,3的抗压强度已趋于稳定，组3的抗压强度略高于组2，而组4的抗压强度均高于其他组，且仍有一定的增长。说明了此时不同处理方式对于试样强度增长的影响较大，这是由于活性氧化镁的水化反应已基本完成，此时强度的增长是由于活性氧化镁的碳化反应。组3中的尿素发生了缓慢水解，随着反应的进行，碳化产物的积累，使得组3的强度略高于组2，而细菌完全水解尿素需要较长时间，组4中的尿素在12～24 h时仍在反应，使得抗压强度继续增加。
活性氧化镁的水化和碳化过程均有水的参与，活性氧化镁的掺入会使试样中的含水率发生变化。图3给出了不同活性氧化镁掺量固化试样的含水率变化曲线。从图中可以看出，随着氧化镁掺量的增大，相同反应时间下的试样含水率越低。试样的初始含水率为20%，当反应2 h时，5%掺量的试样含水率降至15.35%,20%掺量的试样含水率降至11.73%，说明了活性氧化镁发生了如式(1)的反应，快速水化消耗了大量的水；同时，尿素在脲酶作用下发生如式(2)的水解反应，进一步消耗了试样中的水，使得试样的含水率在反应2 h时，已经远低于初始含水率20%；氧化镁的掺量越高，水化所消耗的水越多，固化试样含水率越低。当反应2～12 h时，不同氧化镁掺量的固化试样含水率均呈下降趋势，这是由于水化产物Mg(OH)2发生如式(3)～(5)的碳化反应，进一步消耗了试样中的水。10%掺量试样的含水率下降最少，5%掺量、20%掺量的试样含水率下降最多，这是由于5%掺量下的试样孔隙比较大，一部分水将挥发散失；而氧化镁掺量越大，水化和碳化过程所需要的水越多，所以含水率下降越大。当反应12～24 h时，不同掺量的试样含水率基本保持不变，只有略微的降低，说明12 h后只有少量的水参与反应，此时水化反应基本反应完全。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物诱导碳酸钙沉淀修复三合土裂缝效果研究[J]. 刘士雨,俞缙,曾伟龙,彭兴黔,蔡燕燕,涂兵雄. 岩石力学与工程学报. 2020(01)
[2]微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究[J]. 彭劼,温智力,刘志明,孙益成,冯清鹏,何稼. 岩土工程学报. 2019(04)
[3]微生物岩土技术及其应用研究新进展[J]. 刘汉龙,肖鹏,肖杨,楚剑. 土木与环境工程学报(中英文). 2019(01)
[4]纤维加筋微生物固化砂土的力学特性[J]. 谢约翰,唐朝生,尹黎阳,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土工程学报. 2019(04)
[5]生物修复Cu2+、Pb2+污染土的稳定性[J]. 许朝阳,杨贺,黄建璋,李章彦,王海波. 工业建筑. 2018(07)
[6]活性氧化镁碳化固化粉质黏土微观机制[J]. 刘松玉,曹菁菁,蔡光华. 岩土力学. 2018(05)
[7]活性氧化镁碳化加固粉土微观机理研究[J]. 蔡光华,刘松玉,曹菁菁. 土木工程学报. 2017(05)
[8]微生物注浆固化粉土的微观结构与作用机理[J]. 邵光辉,尤婷,赵志峰,刘鹏,冯建挺. 南京林业大学学报(自然科学版). 2017(02)
[9]微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究[J]. 方祥位,申春妮,楚剑,吴仕帆,李依珊. 岩土力学. 2015(10)
[10]氧化镁活性对碳化固化效果影响研究[J]. 刘松玉,李晨. 岩土工程学报. 2015(01)
本文编号：3214862
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(S2)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
颗分曲线
活性氧化镁本身能用于固化，为对比氧化镁微生物的共同固化效果，图2给出了采用5%的活性氧化镁不同处理方法的无侧限抗压强度变化曲线。从图中可以看出，组2(只掺活性氧化镁)、组3(掺入活性氧化镁和尿素)、组4(掺入活性氧化镁、细菌和尿素)的无侧限抗压强度均有一定的增长，但组4的抗压强度增长最为显著，反应24 h达到了1.13 MPa，是组1(纯电解锰废渣)抗压强度的3倍左右。在反应6 h时，组4的抗压强度增长最大，已经达到0.63 MPa，组2和3也有一定的增长，程度虽比组4略低但相差不大。说明了在反应初期，不同处理方法对于试样强度增长的影响较小，这是由于在反应初期，对强度影响较大的是活性氧化镁的水化反应，活性氧化镁遇水易水化生成氢氧化镁，降低了试样的含水率，并且活性氧化镁的粒径较小，能填充试样的微孔隙，使得强度升高；组3中加入了尿素，由于活性氧化镁水化时会放出大量的热，试样内部温度上升，使得尿素发生微量水解产生氨气等并通过孔隙溢出，试样中仅有少量的碳化产物生成，不利于压缩孔隙，故组3的强度有轻微地降低。组4中由于细菌的参与，尿素大量水解，氧化镁的水化产物与尿素水解生成的碳酸根反应生成大量碳酸镁等具有膨胀性质的产物，进一步压缩孔隙，胶结颗粒，使强度提高。当反应12～24 h时，组2,3的抗压强度已趋于稳定，组3的抗压强度略高于组2，而组4的抗压强度均高于其他组，且仍有一定的增长。说明了此时不同处理方式对于试样强度增长的影响较大，这是由于活性氧化镁的水化反应已基本完成，此时强度的增长是由于活性氧化镁的碳化反应。组3中的尿素发生了缓慢水解，随着反应的进行，碳化产物的积累，使得组3的强度略高于组2，而细菌完全水解尿素需要较长时间，组4中的尿素在12～24 h时仍在反应，使得抗压强度继续增加。
活性氧化镁的水化和碳化过程均有水的参与，活性氧化镁的掺入会使试样中的含水率发生变化。图3给出了不同活性氧化镁掺量固化试样的含水率变化曲线。从图中可以看出，随着氧化镁掺量的增大，相同反应时间下的试样含水率越低。试样的初始含水率为20%，当反应2 h时，5%掺量的试样含水率降至15.35%,20%掺量的试样含水率降至11.73%，说明了活性氧化镁发生了如式(1)的反应，快速水化消耗了大量的水；同时，尿素在脲酶作用下发生如式(2)的水解反应，进一步消耗了试样中的水，使得试样的含水率在反应2 h时，已经远低于初始含水率20%；氧化镁的掺量越高，水化所消耗的水越多，固化试样含水率越低。当反应2～12 h时，不同氧化镁掺量的固化试样含水率均呈下降趋势，这是由于水化产物Mg(OH)2发生如式(3)～(5)的碳化反应，进一步消耗了试样中的水。10%掺量试样的含水率下降最少，5%掺量、20%掺量的试样含水率下降最多，这是由于5%掺量下的试样孔隙比较大，一部分水将挥发散失；而氧化镁掺量越大，水化和碳化过程所需要的水越多，所以含水率下降越大。当反应12～24 h时，不同掺量的试样含水率基本保持不变，只有略微的降低，说明12 h后只有少量的水参与反应，此时水化反应基本反应完全。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微生物诱导碳酸钙沉淀修复三合土裂缝效果研究[J]. 刘士雨,俞缙,曾伟龙,彭兴黔,蔡燕燕,涂兵雄. 岩石力学与工程学报. 2020(01)
[2]微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究[J]. 彭劼,温智力,刘志明,孙益成,冯清鹏,何稼. 岩土工程学报. 2019(04)
[3]微生物岩土技术及其应用研究新进展[J]. 刘汉龙,肖鹏,肖杨,楚剑. 土木与环境工程学报(中英文). 2019(01)
[4]纤维加筋微生物固化砂土的力学特性[J]. 谢约翰,唐朝生,尹黎阳,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土工程学报. 2019(04)
[5]生物修复Cu2+、Pb2+污染土的稳定性[J]. 许朝阳,杨贺,黄建璋,李章彦,王海波. 工业建筑. 2018(07)
[6]活性氧化镁碳化固化粉质黏土微观机制[J]. 刘松玉,曹菁菁,蔡光华. 岩土力学. 2018(05)
[7]活性氧化镁碳化加固粉土微观机理研究[J]. 蔡光华,刘松玉,曹菁菁. 土木工程学报. 2017(05)
[8]微生物注浆固化粉土的微观结构与作用机理[J]. 邵光辉,尤婷,赵志峰,刘鹏,冯建挺. 南京林业大学学报(自然科学版). 2017(02)
[9]微生物沉积碳酸钙固化珊瑚砂的试验研究[J]. 方祥位,申春妮,楚剑,吴仕帆,李依珊. 岩土力学. 2015(10)
[10]氧化镁活性对碳化固化效果影响研究[J]. 刘松玉,李晨. 岩土工程学报. 2015(01)
本文编号：3214862
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