赤泥的资源化利用研究

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赤泥的资源化利用研究（精选五篇）

赤泥的资源化利用研究 篇1

陶粒是近几年我国发展较快的新型建筑材料之一。我国已成为世界最大的陶粒生产国, 2000年的产量为300万m 3, 2004年已达到500万m 3, 预计2010年有望突破1000万m 3[1]。烧胀陶粒以其低导热系数及优良的保温隔热性能、良好的吸声隔声性能, 耐高温、抗老化、耐酸碱、无放射性、环保节能、抗震、耐久性好, 被广泛应用在建筑领域[2, 3]。

但是我国生产陶粒的原料仍以黏土和页岩为主, 有违可持续发展的原则。因此, 要增大开发固体废弃物陶粒[4]的比例, 使陶粒的原料结构变得合理, 使其朝着绿色化方向发展。目前, 在利用工业废弃物制备烧胀陶粒的研究主要为粉煤灰、废玻璃、烧结法赤泥等[5～8]。赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中的废弃物, 其利用率较低, 且污染环境。对赤泥的开发利用目前主要包括:一是有用成分的回收, 例如铁、钛等[9,10];二是作为建筑材料的原材料制备水泥、建筑用砖等[11,12];三是制备环境修复材料[13,14]而利用拜耳法赤泥掺加其他的固体废弃物制备烧胀陶粒, 则鲜有报道。

2 实 验

2.1 实验原料

本次试验研究所用的赤泥为广西平果铝业公司提供的拜耳法赤泥。相比于一般的固体废弃物, 拜耳法赤泥具有低硅高铁的特点, 因此添加了其他固体废弃物如废玻璃、粉煤灰进行成分补充, 再加入适量的添加剂如碳粉、六偏磷酸钠和粘结剂等。各材料的化学成分如表1所示。

2.2 试验原料配比

根据可膨胀粘土的化学成分, 在降低配比原料焙烧温度的前提下, 本次试验共设计了5组配比, 赤泥掺量由45%依次增至65%, 原料的配比方案见表2。

2.3 赤泥烧胀陶粒的制备

将赤泥、粉煤灰、废玻璃、添加剂分别粉磨过160目筛, 再按表2中原料配比混合均匀;将混合料加水拌匀成球, 成球颗粒大小为5～15mm, 放入干燥箱中于110℃干燥2h;烘干后, 将料球放入600℃的马弗炉中预热9～12min;预热结束后迅速将料球移入高温硅钼炉中进行焙烧, 焙烧温度分别为1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃, 焙烧时间为6～10min;焙烧完毕后, 取出陶粒进行快速冷却。

2.4 赤泥烧胀陶粒的表征方法

根据阿基米德原理采用静力称重法测试陶粒的吸水率、表观密度;采用日本产AG-201电子万能材料实验机测试陶粒的单体抗压强度;采用荷兰产X′Pert PRO型X射线衍射仪对原料及陶粒样品进行物相分析;采用日本JSM6380-LV型扫描电子显微镜对样品的显微结构进行分析。

3 结果分析与讨论

3.1 焙烧制度对赤泥烧胀陶粒物理性能的影响

3.1.1 焙烧制度对赤泥烧胀陶粒表观密度的影响

图1为不同配比的料球经1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃各级温度焙烧10min所制备的赤泥烧胀陶粒的表观密度曲线图。从图1可以看出, S1～S4随温度的升高表观密度呈下降的趋势, 当达到一定温度后, 又呈上升的趋势。S5随温度的升高一直呈下降趋势。这是因为, 在较低的温度下, 陶粒没有达到焙烧温度, 只是失重失去部分的质量, 没有液相的出现, 陶粒不能够膨胀。随着温度的升高, 陶粒开始出现液相, 同时发泡剂产生的气体和具有一定粘性的液相互相作用形成一定的膨胀气压, 达到一个动态的平衡, 使得陶粒发生膨胀。当陶粒达到最佳焙烧温度时, 各配比的料球膨胀性能达到最好, 随之表观密度也达到最低。当温度超过最佳焙烧温度时, 陶粒液相急剧增多, 使料球发生粘结, 表观密度上升。图中S5表观密度没有上升, 是由于在试验温度范围内没有超过最佳的焙烧温度。

另外, 从图1还可以发现, S1到S5的最低表观密度分别为1.27g/cm3、1.31g/cm3、1.39g/cm3、1.41g/cm3、1.43g/cm3, 呈上升趋势。这是因为粉煤灰中含有未燃尽的碳, 随着配比中粉煤灰的含量逐步下降, 减少了发泡剂的含量, 使得陶粒的膨胀减少, 表观密度增大。

3.1.2 焙烧制度对赤泥烧胀陶粒吸水率的影响

图2为不同配比的料球经1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃各级温度焙烧10min所制备的赤泥烧胀陶粒的吸水率曲线图。从图2可以看出, 从1100℃到1180℃, 随着温度的升高, 各配比中陶粒的吸水率均呈下降的趋势。这是由于随着温度的升高, 陶粒开始出现液相, 在冷却时, 会产生玻璃相形成紧密的外部结构, 从而使得吸水率逐渐下降。

另外, 从图2可知, S1到S5陶粒的吸水率呈上升趋势, 这是因为陶粒成分中赤泥的含量也呈上升趋势所致。本次试验所用赤泥中含SiO2很少, 仅为9.60%, 添加过多的赤泥不利于玻璃相的形成。

3.1.3 焙烧制度对赤泥烧胀陶粒颗粒抗压强度的影响

图3为不同配比的料球经1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃各级温度焙烧10min所制备的赤泥烧胀陶粒的单体颗粒抗压强度曲线图。从图3可以看出, 随着温度的升高, 各配比的陶粒颗粒抗压强度基本上是先下降后上升。其趋势和相同情况下陶粒的表观密度是一致的。陶粒的颗粒抗压强度随表观密度的增大而增大, 随其减小而减小。

另外, 在每个配比的最佳焙烧温度下, 其颗粒抗压强度分别为0.7kN、0.6kN、0.45kN、0.5kN、0.3kN。其中S3和S4相比, S3的强度略低, 除此之外, 从S1到S5基本呈下降的趋势。这是由于除了表观密度的影响之外, 赤泥的含量也会影响颗粒抗压强度。赤泥中SiO2为强度组分, 陶粒中赤泥成分越高其强度也越低, 在交叉因素的影响下, 当表观密度的影响大于赤泥含量的影响时, 就会出现强度反超的现象。

3.2 赤泥和烧成陶粒的物相分析

图4为原料拜耳法赤泥的XRD图, 可以看出其物相组成主要为赤铁矿、水化石榴石、水铝石、钛铁矿和方解石。图5为赤泥掺量为50%, 1140℃焙烧10min后的XRD图。由图5可以看出, 陶粒的主要的物相组成为赤铁矿、水钙铝榴石、钙长石、钙钛矿、霞石和玻璃相。图4和图5相比, 前者的基线平坦, 衍射强度高, 毛刺较少, 赤泥中的玻璃相很少。后者的基线不平, 衍射强度变低, 毛刺很多, 说明玻璃相很多。这是由于在掺加了粉煤灰、废玻璃后, 陶粒中的二氧化硅增多, 经过高温焙烧强制冷却后, 产生了许多的玻璃相。

3.3 烧成陶粒的SEM形貌分析

图6、7为赤泥掺量50%、焙烧温度1140℃时烧成样品的内表面和外表面的形貌图。从图6可以看出, 陶粒的内部孔比较均匀, 且绝大部分为封闭孔, 但在烧成制品中有一道细细的裂纹, 为快速冷却时, 陶粒收缩受到应力造成, 由此可以推断, 冷却速度快慢对于晶体的应力状态有很大的影响。另外, 从图7可以看出, 陶粒外表面的玻璃化良好, 基本没有孔隙的存在。

4 结 论

拜耳法赤泥经预热、高温焙烧、快速冷却可以制备烧胀陶粒, 其最佳配比为S2, 颗粒抗压强度为0.6kN, 吸水率为0.4%, 表观密度为1.31g/cm3。该陶粒具有致密的表层结构和很低的吸水率。但是, 由于该原料成分的限制 (赤泥中Fe2O3、CaO含量很高, SiO2、Al2O3偏低) , 使得助熔剂的组分增多, 最终造成陶粒的膨胀倍数较小, 容重偏大, 膨胀温度范围较窄。另外, 陶粒的冷却制度也需要改进, 快速冷却使得陶粒内部存在晶体应力, 对陶粒的强度不利。利用拜耳法赤泥掺加粉煤灰、废玻璃制备烧胀陶粒, 对工业废弃物的回收利用有重要的意义, 符合可持续发展的原则。

摘要：以拜耳法赤泥为主要原料, 通过掺加废玻璃、粉煤灰等固体废弃物, 再加入少量的添加剂制备烧胀陶粒。结果表明, 赤泥的掺加量和焙烧温度是影响陶粒的物理性能和显微结构的主要影响因素。当赤泥的掺加量为50%、焙烧温度为1140℃时, 可得到外表面玻璃化程度良好、内部孔隙比较均匀、以封闭孔为主的陶粒。该陶粒的主要成分为赤铁矿、水钙铝榴石、钙长石、钙钛矿、霞石和玻璃体。陶粒的颗粒抗压强度为0.6kN, 吸水率为0.4%, 表观密度为1.31g/cm3。

赤泥的资源化利用研究 篇2

赤泥是氧化铝矿提炼氧化铝生产中排放的一种废弃物, 据统计, 每生产1吨氧化铝要排放1~1.8t赤泥。近年来, 随着全球环保意识的增强, 筑坝堆存已成为主要的排放方式, 每吨赤泥的管理、堆存费用为50~100 元, 不仅占用大量土地资源, 而且强碱性、高盐度的赤泥废弃物长期堆存渗漏, 对生态环境 (如土壤、水体和地下水等) 造成严重污染。另外, 赤泥堆存场表面风干的赤泥扬尘则造成空气悬浮颗粒污染, 直接影响区域环境空气质量。因此, 铝工业大量赤泥矿渣的堆存已成为新的环境污染源[1,2,3]。

沥青为不可再生资源, 石油沥青是将精制加工石油所残余的渣油, 经适当的工艺处理后得到的产品。工程中采用的沥青绝大多数是石油沥青, 石油沥青是复杂的碳氢化合物与其非金属衍生物组成的混合物。如果原油价格增长, 必然带动沥青、改性沥青的价格的不断增长, 通过提高我国改性沥青的深加工能力, 减少沥青用量, 增大废弃资源综合利用能力, 具有重大的经济效益和社会效益。

郑州航空工业管理学院“路面材料沥青改性”河南省工程技术研究中心的杨广军教授从2012 年6 月起, 通过和郑州市路通公路建设有限公司合作, 利用赤泥资源开发了改性沥青稳定剂, 解决高温改性沥青储存稳定问题, 为赤泥用改性沥青新技术的工程化应用奠定了基础。

2 低成本沥青改性与赤泥资源化应用技术研究内容

目前国内外改性沥青主要采用以SBS为主要原材料的沥青改性剂进行改性, 价格昂贵, 每吨改性沥青要高出基质沥青1400 元左右;针对河南省气候特点, 和郑州地区赤泥材料的性能特点, 在固体废弃物-赤泥的物理性能和化学性能充分研究的基础上, 采用少量SBS成分, 考虑充分利用废弃赤泥资源、高岭土、粉煤灰等低成本原料, 根据郑州地区赤泥有价元素含量变化的特点, 开发出低成本、高效沥青改性技术, 包括基于赤泥材料的沥青改性剂和高温储存稳定剂, 制备出符合高等级路面性能指标的高性能改性沥青, 使沥青改性成本节约30%左右, 提高改性质量, 开发出低成本高性能的改性沥青, 并成功应用于道路铺筑, 在我省形成一支特色鲜明、深受道路工程人员欢迎的科研队伍和成果。

3 低成本沥青改性技术方案和技术经济指标等

为了开发出耐候性、低成本和高性能的沥青路面, 以及所需的沥青改性剂和高温储存稳定剂, 研究方案如下:

(1) 确定高效、低成本沥青改性剂和高温储存稳定剂的造粒制备工艺和设备, 选择来源稳定、成分稳定的赤泥、粉煤灰的供给基地, 选择赤泥、粉煤灰的筛选、粉碎、烘干设备, 使制备的赤泥、粉煤灰的粒度、干燥度均匀一致, 满足改性剂和稳定剂的质量要求;确定出改性剂和稳定剂的生产设备—双螺杆挤出造粒机, 根据赤泥、粉煤灰、SBS、芳烃油等原材料, 根据研究的配方, 制定出改性剂和稳定剂的制备、造粒工艺和加工温度;设备调试, 制备出性能稳定的改性剂和稳定剂。

(2) 用沥青测试仪器进行改性沥青性能的测试, 研究结构与性能的关系。选择使其60℃黏度超过200 000Pa.s, 软化点大于70℃, 在5℃温度下碳沥青延度达到30~50mm, 具有显著的抗高温车辙、低温抗裂优良性能。在高分子加工设备上制备出直接拌和用改性剂。比较成品改性沥青和直接拌和法制备的改性沥青混合料试验的区别, 并改进拌和工艺, 使其工艺简单且混合料性能稳定。

(3) 根据气候数据计算沥青路面路用性能, 对各级配进行反复调整, 根据马歇尔试验得出合适的沥青用量。根据矿料的筛分结果和级配要求进行混合料各项路用性能测试, 并得出改性剂和混合料性能之间的关系。

(4) 根据实地路面要求进行路面中面层设计, 满足路用性能要求。根据路面需求确定改性剂用量, 适时解决改性剂拌和和路面摊铺问题。实地铺设路面并进行路用各性能检测, 使其达到设计要求。

4 本技术特色与创新之处

(1) 赤泥的大规模资源化综合利用, 是世界性的技术难题, 本项目成功把固态废弃物赤泥作为改性沥青改性剂和高温存储稳定剂, 不仅可以节省大量沥青材料这一不可再生资源, 大大降低改性沥青成本, 还可充分对赤泥的资源化大规模利用开辟了全新的道路。

(2) 本技术巧妙地利用了赤泥碱含量高 (制约赤泥大规模利用) 这一关键点, 充分利用赤泥的高碱含量, 来提高沥青和混合料的黏结力。

(3) 解决好软化点大于70℃, 在5 ℃温度下碳沥青延度达到30~50mm, 具有显著的抗高温车辙、低温抗裂优良性能和低成本之间的矛盾。

(4) 产品的工程化、实用化开发、自主产权技术的改性剂和高温储存稳定剂的开发及其造粒制备工艺, 并保证改性沥青有好的抗高温性能和良好的低温延伸性, 且在拌和施工温度下黏度小, 摊铺快, 而在60℃的黏度高。

(5) 采用防老剂提高改性沥青的耐老化性能, 通过合适的配合比设计, 提高了混合料的耐久性, 延长功能化道路的使用寿命。

(6) 采用直接拌和工艺回避了成品改性沥青贮存过程中沥青性能下降和施工不便的难题, 减少能耗, 无须添加纤维等添加剂, 并保证了路面的优良的路用性能。

5 技术应用前景

对于赤泥资源来说, 从中国资源综合利用协会获悉, 我国每年产生的赤泥达到3000万吨以上, 针对我国赤泥堆放量大、综合利用率低的现象, 协会积极配合政府主管部门, 多渠道推进赤泥综合利用工作, 2011年处置赤泥将近1000 万吨, 占我国当年产生赤泥的1/2~1/3, 资源化利用率达20%以上, 直接经济效益超过1亿元, 间接经济效益超过6亿元。然对于河南市场对赤泥的资源化综合利用方面, 赤泥的资源化利用率很低。因此赤泥资源化综合利用技术具有广阔的市场前景。

摘要：通过研发赤泥综合利用技术, 开发低成本、高性能和耐候性的改性沥青用赤泥高效综合利用关键技术, 研制改性沥青稳定剂, 为赤泥用改性沥青新技术的工程化应用奠定了基础, 对赤泥的资源化大规模利用开辟了全新的道路, 增大了废弃资源综合利用能力, 大幅降低改性沥青成本, 具有重大的经济效益和社会效益。

关键词：低成本,沥青改性,赤泥应用

参考文献

[1]卓九凤, 康静文, 田建民, 等.赤泥在环境污染治理中的应用及资源化途径[J].环境工程化, 2009 (10) :12-13.

[2]水恒福, 朱静.道路沥青老化过程中沥青组成与分子量分布的变化[J].安徽工业大学学报, 2001, 18 (4) :347-350.

赤泥的综合利用 篇3

由于大量堆积并不断增加的各种工业固体废弃物对环境破坏日益加剧,固体废弃物的处理变得越来越重要。中国是世界上最大的Al2O3生产国,赤泥是Al2O3冶炼工业的固体粉状废弃物,因其碱度高、产生量大,传统的处理方式海洋排放与陆地堆存,对水体、大气、土壤造成严重污染,且堆场占用大量的财力和大面积的农田。因此,赤泥的综合利用至关重要,既可减少土地占用面积,又能起到保护环境的作用,为今后企业发展提供了绿色通道。

1 赤泥的性质

赤泥是铝土矿制取Al2O3所剩余的红褐色、粉泥状强碱性固体废料,是Al2O3生产过程中的副产物。一般每生产1 t Al2O3,可产出赤泥1.0 t~2.0 t。中国作为世界第四大Al2O3生产国,每年排放的赤泥高达数百万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用,只能依靠大面积的堆场堆放,占用了大量土地,也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约7 000×104t,中国每年产生的赤泥为3 000×104 t以上。大量赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面直接和间接的影响。所以,最大限度地减少赤泥的产量和危害,实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。

由于缺乏既经济又可行的技术,赤泥的综合利用率一直处于较低水平,仅为4%左右,远低于中国工业固体废物65%的平均利用水平。目前,中国赤泥累计堆存量约2×108t,预计到2015年将达3.5×108 t,排出的赤泥主要采取筑坝堆存处理,造成土地碱化,地下水受到污染,危害人们的健康。因此,必须加快赤泥的综合利用研究。

1.1 赤泥的化学成分

赤泥因含有较多的Fe2O3,其外观颜色与赤泥泥土相似,因而的得名。赤泥主要矿物成分为硅酸二钙53.0%,方钠石11.0%,水化石10.0%,赤铁矿7.5%,钙钛矿石5.0%。赤泥的化学成分取决于铝土矿的成分、生产Al2O3的方法和生产过程中添加剂的成分以及新生成化合物的成分等。通常赤泥的主要成分为Al2O3,Si O2,Ca O,Na2O等。

1.2 赤泥的水理性质

水理性质主要包括渗透性、崩解性以及膨胀性,它受赤泥的物理组成及堆放后的演变所制约。

1.2.1 持水与析水特性

赤泥不仅含水量大,且有持水特性,其持水量在79.03%~93.20%,尤其特殊的是当振动时析水量仍为5.00%~14.93%。这意味着赤泥受振动时,其结构会改变,可造成工程性能恶化。

1.2.2 收缩与膨胀性

赤泥虽然高空隙、高含水,但干燥后不发生收缩。这说明高含水不是亲水矿物存在的结果。同时,也无膨胀性。

1.2.3 崩解性

试样加蒸馏水,几乎不发生变化。试样加入5%的HCI和H2SO4,经过24 h,试样颜色有变化,并呈片状和小块崩解,但未解体。随着时间的延续,试样表面有大量白色的盐析出,并明显硬化,这是Ca CO3和Na2SIO2重晶和胶结作用的结果。

1.2.4 液化性

新堆积的赤泥,由于高含水,加之粉粒和砂粒为憎水性的文石和方解石。因此,新堆积的赤泥在振动时有发生液化的可能。

1.3 赤泥的脱水陈华与强度

大量实验表明,赤泥强度与其堆放时间并无必然的因果关系,仅仅依赖延长堆放时间没有工程意义。只有在延长时间的同时强化脱水,才是提高强度和改善赤泥工程性能的先决条件。

2 赤泥的综合利用途径

2.1 用作路基材料

因为赤泥中含有较多的硅酸二钙,具有水硬性质。将赤泥作为路基材料应用于公路建设,工艺简单,操作方便,无二次污染,投资少见效快,经济效益好,原材料消耗量大,赤泥配比高,是比较理想的赤泥综合利用途径之一。

2.2 用于水泥生产

赤泥利用比较成功的是生产建筑材料。在20世纪60年代初山东铝厂建成综合利用赤泥的大型水泥厂,利用烧结法以赤泥为原料生产硅酸盐水泥。水泥生料中赤泥的利用量为200 kg/t~420 kg/t,产出赤泥的综合利用率在30%~55%。该厂生产的水泥与一般水泥产品相比,除抗压强度偏低外,其他性能皆等于或优于一般水泥,特别是在抗折强度、早期抗压强度和抗硫酸盐侵蚀系数方面尤为明显。产品成本比常规水泥降低15%。

山东铝厂利用赤泥本身抗硫酸盐侵蚀性能强的特点,以烘干赤泥作为混合材,生产抗硫酸盐型赤泥水泥,于20世纪70年代实现工业规模化生产,使水泥的赤泥利用量提高到600 kg/t~800 kg/t。

2.3 用作新型墙材

赤泥用作新型墙材是综合利用氧化铝工业废渣的又一有效途径,它既可大量消化赤泥、节约土地,又可改善环境。该途径主要是利用赤泥、粉煤灰及煤干石配方和烧结工艺,生产符合国家标准的建筑用砖。这种新型空心砖具有保温、质轻、强度高等特点。

2.4 用作塑料填料

随着塑料加工及表面处理剂的不断改进,赤泥在塑料行业得到广泛应用。赤泥对PVC具有显著的热稳定作用,它与PVC常用稳定剂并用时具有协调效应,使填充后的PVC制品具有优良的抗老化性能,可延长制品的寿命,比普通的PVC制品寿命长2倍~3倍,且赤泥PVC复合塑料具有阻燃性,可用于生产建筑型材。

2.5 用作硅肥

近年来,中国一些研究单位对硅肥进行深入研究,研制出独特的硅肥添加剂,河南省成立了省级硅肥工程中心。科学院通过大面积试用硅肥表明,硅肥可改善植物的细胞组织,改善作物果实的品质,在缺硅的土壤中可增产8%~15%。硅肥是继N,P,K之后的第四大元素肥料,它对多种农作物具有较好的营养作用,大力发展硅肥,是赤泥综合利用的1个可行途径。

2.6 提取有价金属

该技术主要以拜耳法赤泥为原料,以煤为还原剂,直接还原Fe。Fe以海绵铁的形态产出,Fe的直收率为87%,海绵铁含Fe量为84%,金属化率91.5%,可代替废钢作为炼钢的原料。赤泥经还原焙烧后磁选,能有效地回收铁。磁选尾矿经酸处理后焙烧、浸出,从浸出液中萃取Sc2O3,Sc以Sc2O3的形态产出,进一步制取Sc2O3,可获得含Sc2O3为99.95%的产品。萃取Sc的余液经碱中和生成沉淀提取Al,Al2O3的回收率为85%,Na以Na2SO4的形态产出。赤泥提取有价金属后的酸浸渣约占赤泥的2/3,酸浸渣含Ca,Si较高,可用于烧制硫铝酸盐水泥。硫铝酸盐水泥是1种超早强水泥,适用于快速施工和各种抢修工程。

2.7 作采矿充填物

山东铝业公司与长沙矿山研究院合作,在湖田北焦宋矿区用泵送赤泥胶结充填采矿法获得成功。通过铝土矿地下开采实践证明,胶结充填技术可靠,经济合理,可提高矿石回收率23%,减少采矿坑木消耗,降低开采成本,控制采场地压,保护地表建筑、铁路等,为顶板不稳定缓薄矿层的开采找到比较成功的新路。

2.8 赤泥中微量元素的应用

赤泥中含有一定量的Ti,Zr,Sr,Cr,Nb等微量元素。从赤泥中提取这些元素,在国外已被应用于国防、航空航天等领域[1]。

2.9 制备新型燃煤脱硫剂

进口矿拜耳法Al2O3赤泥除砂、选铁等技术成功实现了产业化。山东铝业公司赤泥制备新型燃煤脱硫剂项目生产脱硫剂30×104t/a,直接经济效益500×104元。该技术不仅消化历史堆存的烧结法赤泥,且节约石灰石,原矿,减少CO2排放。拜耳法赤泥除砂、选铁项目可处理40×104t/a拜耳法赤泥,生产Fe粉8×104t,创造经济效益1 500×104元/a以上,其中,减少赤泥堆存维护费用达650×104元/a。

2.1 0 用于烟气脱硫

中国开展赤泥应用于烟气脱硫的研究,将干赤泥替代石灰石与煤炭混合一起在锅炉中燃烧进行脱硫。再者,将赤泥用于型煤,既起黏结剂的作用,又起脱硫剂的作用。同时,还利用了赤泥的水硬性特点,保证燃煤成型后不易破损[2]。

2.1 1 利用赤泥作路面铺设材料

将赤泥滤饼制粒并放入回转窑中烘干烧结,制成的粒料比大、强度高、化学稳定性好,用来铺设公路路面,完全符合沥青路面表层、中层和底层的要求。若在赤泥中加入速凝剂,可用作寒冷地区的路基材料,防冻性能良好[3]。

北京矿冶研究总院与广西平果铝业公司联合开发了以赤泥、粉煤灰和石灰、少量外加剂为原料的性能优良的新型赤泥道路基层,填补了国内空白[4]。赤泥道路基层的配方是赤泥占80.0%~90.0%,石灰占5.0%~10.0%,粉煤占5.0%~10.0%,固化剂为0.2%。施工工艺为赤泥、粉煤灰、石灰、固化剂→搅拌混合→摊铺→整平碾压→成型养护。成型过程中要求石灰采用消化石灰,在施工前7天消化,赤泥含水要求在20%~27%,粉煤灰含水在28%左右[5]。

2.1 2 利用赤泥研制黑色玻璃材料

山东轻工学院利用山东铝厂赤泥、济南化工厂铬矿渣为主要料,配以石英砂、萤石、碳粉和锰渣等物质,生产出黑色玻璃饰面材料。其工艺为将石英砂、萤石、碳粉和锰渣等湿磨后与赤泥共同烘干,按一定比例均匀混合。为防止配合料在熔制前挥发,加料前加入6%的H2O。配合料采取分批加料,加料温度为1 290℃,加料完成后升温到1 480℃,保温2 h。之后将熔制好的玻璃液出炉,在620℃的退火炉中进行退火,保温1 h后自然冷却,制得黑色玻璃品[6]。材料具有良好的机械强度、化学稳定性和浓黑光亮的质量外观,耐酸碱性能好,热稳定性高,是优良的建筑材料[7]。

2.1 3 赤泥—粉煤灰微晶玻璃的研究

华中科技大学对赤泥粉、煤灰进行试验,赤泥、粉煤灰的最大掺量达90%以上,赤泥—粉煤灰微晶玻璃的最佳热处理工艺为核化温度697℃,保温2 h,晶化温度约为950℃,保温2 h。以5%Ti O2赤泥—粉煤灰微晶玻璃为例,研究得其析晶活化能为306.37 k J/mol,n为0.7,接近1,证明了赤泥—粉煤灰微晶具有表面析晶的倾向,同时,核化温度对晶体的成核和生长方式影响较大,晶化温度对晶体的生长状态影响较大。另外,研究还得出赤泥微晶玻璃显微组织和机械性能之间的关系是不同的晶相和微观结构导致了不同的机械性能,选择机械强度高的晶相和高致密性的微观结构有利于形成高强度的赤泥微晶玻璃[8]。研究赤泥微晶玻璃晶核剂时得出结论是,添加1%Ti O2的玻璃核化能力小于5%Ti O2,也小于5%Zn O,且随着Ti O2添加量的增加,赤泥微晶玻璃的主晶相发生了变化,不同的晶核剂对赤泥微晶玻璃的晶相和微观结构都产生影响。研究熔融法和烧结2种方法制备赤泥—粉煤灰微晶玻璃时得出结论是,熔融法的显微结构致密,气孔少,其主晶相是Ca2Al2Si O7,次晶相为Ca(Mg,Fe)Si2O6,随着晶化温度的提高,主晶相和次晶相不发生变化,只是相对比例发生了变化,而烧结法的微观组织均匀,其微晶玻璃更倾向于高温晶化,在晶化温度逐渐提高的过程中,主晶相发生了变化,由Ca2Al2Si O7变为Ca2Si O4[9]。

3 结语

建设生态文明,就必须节约资源和保护生态环境,必须坚持资源节约和保护环境的基本国策,并把它放在工业化、现代化发展战略的突出位置,赤泥综合利用项目是贯彻节能减排基本国策的体现,对减少土地占用、保护环境具有深渊的意义。

参考文献

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[8]杨家宽,张杜杜,侯健,等.赤泥-粉煤灰微晶玻璃晶化行为研究[J].材料科学与工艺,2005(6):616-619.

赤泥的危害及综合利用 篇4

赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的污染性工业固体废渣。由于含有较多的氧化铁, 颜色呈棕红色, 外观像泥水, 因而得名赤泥。铝土矿中铝含量高的, 采用拜尔法炼铝, 所产生的赤泥称拜尔法赤泥;铝土矿中铝含量低的, 用烧结法或用烧结法和拜尔法联合炼铝, 所产生的赤泥分别称为烧结法赤泥或联合法赤泥。赤泥的化学成分如下:

X射线衍射物相分析结果表明, 赤泥中含有赤铁矿和针铁矿、一水硬铝石、水化石榴石、含水硅铝酸钠、钙铁矿、氢氧化钙、方解石等物相, 其中赤铁矿和水化石榴石含量较高。

赤泥的物理性质:颗粒直径0.088~0.25mm, 比重2.7~2.9, 容重0.8~1.0, 熔点1200~1250℃。[1]

2 赤泥的危害

一般平均每生产一吨氧化铝, 附带产生1~2吨赤泥。随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低, 预计到2015年, 赤泥累计堆存量将达到3.5亿吨。如不能对这些赤泥进行充分利用、有效回收, 使用传统的堆场堆放方法, 不但需要一定的基建费用, 而且占用大量土地, 污染环境。

赤泥中还含有镭、钍、钾等放射性微量元素, 一般内外照白指数均在2.0以上, 所以属于危险固体废物。

赤泥的主要污染物为碱、氟化物 (含量4.89~8.6mg/L) 、钠及铝等, 其含量较高, 超过了中国国家规定的排放标准 (《有色金属工业固体废物污染控制标准》GB5058-85) 。赤泥中因含有大量的强碱性化学物质, 浸出液的p H值为12.1-13.0, 即使稀释10倍后, p H值仍为11.25-11.50。一般认为碱含量为30~400 mg/L是公共水源的适合范围, 而赤泥附液的碱度高达26348mg/L。如此高碱度的污水渗入地下或排进地表水, 使水体p H值升高, 影响水中化合物的毒性, 造成的水污染非常严重。有的国家把赤泥排入海中, 因含有碱等有害物质而污染海洋, 危害渔业生产。极高的含碱性还使赤泥对生物和金属、硅质材料产生强烈的腐蚀。

大量赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成了多方面的直接和间接的影响。赤泥对生态环境的不良影响必须给予高度的重视和认真的研究。

3 赤泥的综合利用

除了上面提到的有害金属、放射性物质, 赤泥中还含有多种可再生利用的氧化物和有用金属元素, 利用好这些物质, 可使赤泥变废为宝。利用赤泥中含有的硅酸钙镁、氧化铝及少量的二氧化钛、氧化铬、氧化锰, 可以生产特种玻璃;利用赤泥中含有较高的硅酸二钙, 可用来生产高标号水泥和其它建筑材料;回收铁、钪、钛等有用金属元素。[2]

积极合理的办法是开展综合利用, 如用赤泥生产建筑材料, 土壤改良剂, 以及回收其中的有价金属等。

3.1 赤泥综合利用遇到的问题

2010年, 工业和信息化部科学技术部出台《赤泥综合利用指导意见》, 文件中指出我国在赤泥综合利用中遇到的问题:

一是缺乏大量消纳赤泥和具有产业竞争力的关键技术。

二是缺乏相应标准, 产品市场认可度低。

三是缺乏针对性的扶持政策。

四是对赤泥的综合利用重视程度有待提高。

3.2 赤泥综合利用现状

3.2.1 国外利用的现状

现在, 国外的研究机构对赤泥已不在进行低价值的重复利用的开发, 而更多的关注于有无开发价值、能否产生较好的经济效益, 研究的方向更偏向于附加值高的产品, 深入探索更深的应用领域。

(1) 工业催化剂

拜耳法制备氧化铝产生的赤泥里含有较大量的氧化铁和氧化钛, 西班牙的研究人员Fernando V.Diez等人通过连续多年的研究发现, 硫化活化后的赤泥比未经硫化的明显加快了蒽油氢化的反应时间, 可作为氢化催化剂[3]。与普通商业催化剂相比, 利用赤泥作为氢化脱氯作用的催化剂更具有经济效益。

(2) 混凝土

德国在七十年代就在沥青混凝土中掺入赤泥, 使沥青混凝土路面的性能得到了很大的改善。日本用赤泥制造出了比传统石料的混凝土强度还要高的人工轻骨料混凝土。

(3) 土壤改良

美国的SD铝业公司改善了传统的赤泥筑坝干堆技术, 把赤泥和动物粪便及石灰石混合, 筑成梯田并种上植物, 即利用赤泥开发成人造土壤, 比传统的表土覆盖节省了80%的费用。[4]

澳大利亚的铝业公司则是利用赤泥的碱性特征, 用于改良酸性土壤。[5]

(4) 金属回收

美国针对拜耳法制备氧化铝产生的赤泥含铁量高的特性, 很早便提出了赤泥选铁的方法, 而且申请专利。该专利提出用还原焙烧处理赤泥, 干赤泥在还原气氛下流态化焙烧, 氧化铁转化成磁铁矿, 经过磁性分离制成高纯冶金团块。[6]

印度Bharat铝业公司则是回收拜耳法赤泥里的二氧化钛。工艺流程为:一定量的赤泥与两倍的自来水混合搅拌, 借助絮凝剂进行沉降。之后将洗涤过的赤泥与盐酸缓慢反应, 直至泥浆中和, 在90~95℃时调整p H值为4。再用絮凝剂沉降, 干燥沉降的赤泥, 继续在加热的条件下用浓盐酸处理, 之后将所得含有硫酸钛的硫酸溶液进行水解, 得到白色的Ti02·2H2O沉淀。

3.2.2 国内利用的现状

广西、贵州、河南、山东、山西是国内主要有六大氧化铝生产省份。和国外相比, 我国铝土矿资源类型特殊, 高铝、高硅、低铁、一水硬铝石, 溶出性能较差。我国拜耳法赤泥的特点是铁及氧化铝含量高 (但仍较国外拜耳法赤泥含量低) 。联合法赤泥特点是铁、碱含量低, 氧化钙含量高。针对两种不同特点的赤泥, 我国在赤泥利用方面取得了如下结果。

(1) 陶瓷

(1) 多孔陶瓷滤球

2009年吴建锋等人以烧结法赤泥与拜耳法赤泥两种赤泥为原料, 制备了主要成分为二氧化硅、氧化铁、斜辉石、透辉石、钙长石、钠长石的多孔陶瓷滤球。该陶瓷球气孔呈三维连通状均匀分布, 具有优良的过滤性能。[7]

(2) 陶瓷砖

吴建锋等人于2008年利用两种赤泥成功地制备了具有保温功能的陶瓷砖。其中烧结法赤泥添加量为24%、拜耳法赤泥添加量为36%。制备的样品具有较高的抗压和抗折强度及较低的导热系数:抗折强度为14.97MPa、抗压强度为53.84MPa、导热系数为0.88W/ (m·K) 。[8]

(2) 建材

(1) 水泥

由于赤泥含碱量高, 赤泥配比受水泥含碱指标制约, 因此赤泥的利用水平很低。贵阳铝镁设计研究院的刘子高等人将拜耳法赤泥与适量的石灰混合, 经石灰消化、水热处理、缎烧处理和碱液溶出, 可从赤泥回收70%以上的氧化铝和90%以上的氧化钠, 赤泥脱碱后更有利于制造水泥。[9]

(2) 建筑用砖材料

目前在二次回收利用上, 用拜尔法赤泥生产烧结砖最为普遍。赤泥中碱含量虽较高, 但在烧结中形成钠铝黄长石, 稳定性高, 雨水中不会溶出造成二次碱污染。[10]

根据实际情况控制好烧结温度, 保证砖坯具有一定的强度, 而且不至于在搬运、装窑等操作中开裂破损。

(3) 金属的回收

(1) 回收钪、钛

广西冶金研究院研究了利用钛白废酸浸出赤泥综合回收钪和钛的方法。该方法包括如下步骤:常压下, 用液固比4.0~6.0的钛白废酸浸洗赤泥, 浸出渣做二次酸浸, 二次酸浸渣脱碱后经一步强磁选得含铁矿和尾矿, 含铁矿再经二步强磁选得铁精矿及中矿;浸出液经萃取、反萃、酸溶水解、二次萃取、除杂、二次反萃、盐酸溶解、草酸沉淀、煅烧工序得氧化钪产品;反萃渣经硫酸溶解, 在加热煮沸条件下水解2~3小时得到偏钛酸, 偏钛酸经烘干、煅烧、粉碎后得钛黄粉。该项研究2013年获得了专利。此发明能够把钛白废酸与赤泥结合治理, 以废治废, 变废为宝, 实现钛白废酸及赤泥两大污染源的综合回收利用, 对其中的铁矿、钛和稀贵金属钪进行重点回收。[11]

(2) 回收铁

2011年6月中铝广西分公司的赤泥回收铁项目带料试车正式投产。该项目以平果铝土矿拜耳法赤泥为原料, 以煤为还原剂, 采用脉动高梯度两级磁选技术, 建设4条55万吨/年赤泥选铁生产线。生产线年处理赤泥220万吨, 生产出的铁精矿品位达到55%以上。

4 总结

随着我国建设资源节约型环境友好型社会的步伐在加快, 实现资源二次开发利用的价值就显得尤为重要。积极合理开发赤泥的经济价值, 使其变废为宝, 减少环境污染, 这是今后科技工作者需要努力的。

摘要：随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低, 赤泥的年产生量不断增加。大量的赤泥如果不能充分有效的利用, 依靠大面积的堆场堆放, 不仅占用大量的土地, 也对环境造成严重的污染。文章就生产氧化铝所产生的赤泥的危害进行阐述, 并简单介绍一些目前国内外在赤泥综合回收利用上取得的成绩。随着国内铝土矿资源的匮乏, 国内大多数铝厂开始大量从国外进口铝土矿, 利用铝土矿生产氧化铝产生的赤泥铁含量增高, 具有较高的二次利用价值。随着我国建设节约化工业的步伐的逐渐加快, 实现资源二次开发利用的价值就显得尤为重要。

关键词：赤泥,危害,综合利用,经济环保

参考文献

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[10]王晓峰, 林海燕, 阳勇福, 等.利用拜尔法赤泥制备烧结砖[J].新型建筑材料, 2007, (7) :26.

赤泥的资源化利用研究 篇5

一、试验原料及设备

(一) 试验原料

1.赤泥。试验所用赤泥来源于山东聊城铝业公司, 该厂赤泥采用烧结法生产工艺。化学成分为Ca O和Si O2, 次要化学成分为Al2O3和Fe2O3, 此外还含有少量的Mg O、Ti O2、Na2O和K2O。

2.粉煤灰。实验所用粉煤灰来自大连华能电厂, 比重为2.42 g/cm, 烘干后磨细至勃氏比表面积600m2/kg左右, 其化学成分为Si O2、Al2O5、Fe2O3、Fe O、Mg O、Ca O、K2O和Ti O2。

3.石膏。使用大连石膏厂生产的石膏, 主要成分为Ca SO4·2H2O。

4. 水泥熟料。水泥熟料即普通硅酸盐水泥熟料, 来自大连小野田水泥厂。主要成分为:Si O2、Al2O3、Fe2O3、Ca O、Mg O、SO3和Ti O2。

5.其他原料。 (1) 减水剂。试验所用减水剂型号为DK-7型高效减水剂, 主要成分为β-萘磺酸钠甲醛缩合物, 是综合性能很好的非引气型高效减水剂, 黄褐色液体, 极易溶于水, 化学性质稳定, 存放时间长。 (2) 中国ISO标准砂 (GB/T17671-1999) , 厦门艾思欧标准砂有限公司。 (3) 碎石采用大连长城石矿的5-31.5 mm青碎石。

二、试验过程

(一) 原料的热处理

先将赤泥在烘箱烘干, 取烘干的赤泥、粉煤灰和激发剂按照一定的比例混合均匀, 加入15%的水放入球磨机中粉磨40分钟后取出, 放入烘箱中烘干制成试样。将烘干好的试样取出后放入马弗炉中, 温度调制700℃进行高温煅烧。

(二) 赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料的制备

将煅烧产物与水泥熟料按照一定的比例混合均匀磨细至比表面积为600m/kg即制成赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料。

(三) 混凝土标准试块的制备

取制备好的赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料加入一定量的减水剂后制作混凝土标准试块, 试块的制作过程完全按照混凝土试块制备的国家标准 (GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准) 进行。赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料、标准砂、水和碎石的质量分别为4.3kg、6.6kg、2.5kg、10.4kg;试验时时现将称量好的砂子、碎石倒入混凝土强制搅拌机中, 搅拌均匀后加入按比例混合好的赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料。加水搅拌3分钟。倒到湿润的铁板上, 测试其坍落度、和扩展度。最后将搅拌好的混凝土分两层装入模具 (模具尺寸为100mm×100mm×100mm) , 每层用捣棒插捣25次制成标准试块, 将制备好的混凝土标准试块放入养护室养护24小时后脱模, 脱模前做好标示, 脱模后将标准试块放入20℃水中养护。

(四) 混凝土抗压强度的测定及分析

将混凝土标准试块分别于3d、7d、28d在液压式压力机上测其抗压强度, 分析试验结果。

三、试验结果与讨论

(一) 赤泥加入量对混凝土力学性能的影响

试验中先确定其他因素在一个大致合理的水平, 逐步改变赤泥的用量, 测试制得混凝土的抗压强度。先选定石膏作为激发剂, 石膏的掺量占进行热处理反应物的5%;热处理的温度700℃, 反应时间是5小时;少熟料赤泥粉煤灰胶凝材料的比表面积约为600m/kg;煅烧产物与水泥熟料的比例为7:3。在这些条件下, 取赤泥的用量占热反应物的比例分别为43%、46%、48%、50%、53%和56%。制作试块成型后, 在标准条件下养护, 测试其3d、7d、28d的抗压强度。试验结果如图1所示。

由图1可以看出, 随着赤泥在热反应物中用量的增大, 试块各龄期的抗压强度有所增加。当赤泥的用量达到48%时, 试块各龄期的抗压强度基本上达到最大值, 试块的各龄期强度指标如表1所示。然后随着赤泥的用量的增加, 试块的强度有所下降的。

(二) 减水剂加入量对强度的影响

700℃煅烧温度下, 赤泥掺量在48%时, 减水剂掺量分别用0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%, 制作试块成型后, 在标准条件下养护, 测试其3d、7d、28d的抗压强度。试验结果如图2所示。

从图2中可以看出, 试块各龄期抗压强度有所下降, 特别是对后期强度影响比较大。试验表明, 减水剂的加入对试块的强度有着不利的影响。因此, 减水剂的掺量不仅要考虑改善胶凝材料的和易性, 而且要保证胶凝材料的力学性能不受太大的影响。减水剂不同掺量试块的各龄期强度指标如表2所示

(三) 赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料和易性和扩展度的分析

采用上述配合比胶凝材料使用水泥, 制备的混凝土坍落度达到185mm, 流动性非常好, 扩展度达到55cm×50cm。而本实验所测得的混凝土坍落度为150mm, 流动性较差, 扩展度在40cm左右, 但粘稠度较好。由此说明, 赤泥粉煤灰少熟料胶凝材料的需水量较大。在实际的生产过程中, 不利于泵送。

四、结论

第一, 试验结果表明, 赤泥的用量达到48%时, 试块各龄期的抗压强度基本上达到最大值。

第二, 试验结果显示出试块的抗压强度随减水剂加入量的增大出现明显的下降。