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赤泥堆场专门用于处理处置生产氧化铝过程中产生的赤泥固废。赤泥是一种具有强碱性的极细颗粒物,赤泥渗滤液的高离子强度可以抑制蒙脱石的膨胀,从而导致钠基膨润土防水垫（Sodium bentonite geosynthetic clay liners,简写为:Na B GCL）的渗透性太强,无法用作赤泥堆场处理处置设施中的防渗衬垫。针对Na B GCL防渗性能较差的问题,用聚合物对钠基膨润土进行改性而制作成聚合物改性膨润土防水垫（Bentonite-polymer composite geosynthetic clay liners,简写为:BPC GCL）。同时对六种聚合物改性后的BPC GCL与两种典型的赤泥渗滤液进行渗透试验和溶胀指数试验,探索了赤泥渗滤液在BPC GCL中的渗透行为,揭示了经聚合物改性后的BPC GCL的防渗机理,建立了基于数值模拟的BPC GCL的应用模型,为BPC GCL用作赤泥堆场防渗材料的理论可行性和实际应用性奠定基础。主要研究内容和结论如下:（1）通过对国内赤泥堆场进行的针对性调查,确定了赤泥堆场中的赤泥渗滤液为高碱性（p H＞12）,离子强度范围为77.3 mmol/L-620.3 mmol/L。主要元素和阴离子为Al、Na、Cl-和SO42-,主要重金属元素为Cr和Pb,其最高浓度分别为5.9 mg/L和1.1 mg/L。均超过国内地下水质量标准（GB/T 14848-2017）中Ⅲ类规定的0.05 mg/L和0.01 mg/L。在此基础上,通过赤泥渗滤液与BPC GCL的渗透试验,得出其对赤泥渗滤液的渗透系数(10-8 m/s-10-12 m/s),明显高于与去离子水作用时的渗透系数(10-12m/s-10-13 m/s),但低于Na B GCL在相同的赤泥渗滤液作用下的渗透系数(10-7 m/s-10-8 m/s)。结果表明经聚合物改性后的BPC GCL具有良好的防渗特性。（2）对六种经聚合物改性后的BPC GCL与两种典型的赤泥渗滤液进行渗透试验和溶胀指数试验,探索赤泥渗滤液在BPC GCL中的渗透行为的影响因素。结果表明BPC GCL的渗透系数不仅取决于渗透溶液的化学性质,而且与膨润土的特性和聚合物的含量有关。样品BPC GCL CP6.5渗透在去离子水中时渗透系数为1.7×10-13 m/s,当渗透在离子强度为224.5 mmol/L的广西采样赤泥渗滤液中时渗透系数为3.1×10-11 m/s,当渗透在离子强度为620.3 mmol/L的山东采样赤泥渗滤液中时渗透系数为5.0×10-9 m/s,可见,随着渗透溶液离子强度的增加,渗透系数增高。同时,膨润土的溶胀指数也影响着渗透系数,同样样品BPC GCL CP6.5渗透在去离子水中时溶胀指数为29.0 m L/2g,当渗透在离子强度为224.5 mmol/L的广西采样赤泥渗滤液中时溶胀指数为18.0 m L/2g,当渗透在离子强度为620.3 mmol/L的山东采样赤泥渗滤液中时溶胀指数为8.2 m L/2g,可见随着膨润土溶胀指数的增高,渗透系数呈下降趋势。另外,随着聚合物添加量的增加,渗透系数也呈下降趋势,当聚合物添加量分别,6.5,7.5和10.8时,样品渗透在山东采样赤泥渗滤液中时渗透系数分别为5.0×10-9 m/s,6.7×10-11 m/s和6.6×10-12 m/s,结果表明需要添加足够的聚合物才能确保BPC GCL具有足够低的渗透系数,而且聚合物添加量也取决于渗透溶液的化学性质和聚合物的类型。（3）通过对BPC GCL渗透行为的宏观分析,及对膨润土的吸附性能和渗透膨胀性能,聚合物的类型、流失及分布均匀性进行分析,揭示了经聚合物改性后的BPC GCL的防渗机理。结果表明其防渗机理不仅与膨润土中蒙脱石的离子交换性能和渗透膨胀性能有关,而且与聚合物的添加量、聚合物的结构和洗脱和分布均匀性有关。当用去离子水或稀溶液渗透时,颗粒会因蒙脱石中的渗透性溶胀而膨胀,封闭颗粒间的孔隙迫使水在颗粒内的曲折孔隙中流动,从而导致较低的渗透系数。在较高浓度溶液的渗透作用下则可阻止蒙脱石夹层的渗透性溶胀,晶间孔隙增大,从而导致防水垫具有较高的渗透系数,降低其防渗性能。而聚合物的添加和逐渐发生的洗脱作用对改性后的BPC GCL的渗透作用也产生很大的影响。聚合物的添加主要通过聚合物水凝胶填充晶间孔隙进而对防渗效果起到积极的作用。当与去离子水进行水合作用时,聚合物形成线型结构和交联网络结构的水凝胶,该水凝胶结合了大量的水,流动性极低,且填充在膨润土颗粒之间的空隙,并覆盖在膨润土的表面,起到良好的防渗作用。但是随着渗透作用的持续进行,破坏了水凝胶结构促进了聚合物的洗脱,从而打开了孔隙,提供了更多的流动路径,导致了较高的渗透系数,进而防渗效果降低。另外,聚合物分布的均匀性也影响着BPC GCL的渗透作用,在聚合物分布较少的地方优先发生渗透。（4）在探讨了BPC GCL渗透行为和防渗机理的基础上,基于数值模拟的方法对BPC GCL的应用效果进行了研究,考虑土工膜的缺陷和聚合物分布均匀性的基础上,建立了主要污染物Al3+,重金属污染物Cr6+和Pb2+在防水垫中的运移模型,揭示了主要污染物离子和重金属离子的衰减情况和防水垫的使用年限。由Al3+在CP6.5中各个界面的运移图可知,10年时间内Al3+在BPC GCL各个界面的运移图颜色由橙红色向绿色向蓝色的变化趋势,由图例表示的浓度范围可知,随着颜色的变化,Al3+的浓度逐渐降低,Cr6+和Pb2+也表现出同样的规律。结果表明:污染物渗透在经聚合物改性后的BPC GCL中时,浓度呈衰减趋势,由污染物在聚合物改性后的BPC GCL的衰减行为,证明了经聚合物改性后的BPC GCL确实对污染物起到了阻滞的作用,从而表现出良好的防渗效果。而且进一步对比Al3+,Cr6+和Pb2+在BPC GCLCP6.5、CP7.5和CP10.8同一界面内的浓度变化可知,如观察CP6.5、CP7.5和CP10.8均在L1层BPC GCL三分之一界面的浓度可知,三种污染物的浓度逐渐降低,呈衰减趋势,表明BPC GCL随着聚合物添加量的增加,对污染物的阻滞作用逐渐加强,其防渗效果相应的逐渐增强。