赤泥是氧化铝工业排出的工业废弃物,由于其滤液具有高碱性和重金属离子,一直难以被综合利用。随着我国经济不断发展,市场对氧化铝需求量持续增加,赤泥排放量也与日俱增。目前,赤泥主要以露天堆场形式处置,占用大量的土地资源,对周围土壤和地下水系造成污染,破坏生态环境,对居民的健康造成潜在威胁。目前,矿区环境综合治理中,多使用水泥-粉煤灰体系进行充填采空区,但由于粉煤灰活性较低,前期水化较慢,抗压强度较低,以及水泥使用量较大,不具备成本优势。针对赤泥堆存量大,处置困难和矿区综合治理地下采空区的需求,本试验以赤泥和粉煤灰为原料,制备赤泥基胶凝材料,将其应用在充填材料领域。本文从碱激发胶凝材料原理着手,利用赤泥激发粉煤灰的活性,并通过掺入矿粉提高抗水稳定性,通过水化动力学、物相分析、孔结构与孔隙率、微观形貌、孔溶液pH值等进行了系统研究,以及利用有机物鳌合改性层状双氢氧化物(LDHs),对其固化重金属离子深入分析。论文的主要研究内容如下:(1)提出以赤泥作为碱源,激发粉煤灰的火山灰活性,制备碱激发胶凝材料。研究了赤泥粉煤灰充填材料的工作性能、力学性能和抗水稳定性能,探究了赤泥对粉煤灰激发的水化动力学、水化产物、孔结构与孔隙率、微观形貌和孔溶液pH值,建立了赤泥基胶凝材料的宏观性能与微观机理的联系。结果表明,赤泥由于颗粒细小,比表面积较大,具有微填充效应,重塑孔结构,减少对强度不利的大孔数量;赤泥中的可溶性碱为氢氧化钠和碳酸钠,碳酸钠与水泥的水化产物氢氧化钙发生反应生成氢氧化钠,进一步提高反应环境的pH值,有利于粉煤灰中玻璃体的溶解,释放活性硅铝质物质,提高水化反应程度,增加水化产物生成量。(2)针对赤泥粉煤灰充填材料抗水稳定性较差问题,提出掺入矿粉,提高赤泥粉煤灰充填材料的抗水稳定性,并对其微观机理做了研究。矿粉作为水硬性胶凝材料,在赤泥中氢氧化钠和碳酸钠的激发作用下,提高孔溶液的pH值,水化程度加深,生成更多的水化产物,填充在赤泥基胶凝材料的孔隙之中,密实孔结构,提高试块的力学性能和抗水稳定性能。(3)基于鳌合吸附理论,将有机物与层状双氢氧化物进行鳌合,发展层状双氢氧化物层间固化和离子交换的重金属离子固化技术,并将其应用在固化工业固废基材料的重金属离子方面。结果表明,鳌合后的层状双氢氧化物对重金属离子有较好的固化效果。