固化技術在赤泥資源化中的應用

1、固化技術在赤泥資源化中的應用 【摘要】赤泥是氧化鋁廠生產氧化鋁的固體廢物，如何處理利用赤泥是國內外十分關注的問題。本文介紹了國內外在處理利用赤泥方面所做的成就，介紹了拜耳法赤泥的成分與特點，論述了采用現代固化技術，可以將其制備成高等級道路材料，而且這種道路基層和面層與傳統(tǒng)的半剛性基層、水泥混凝土面層相比具有新的特性。 【關鍵詞】赤泥；拜耳法；促凝；固化；強度；道路基層 1 赤泥的化學成分及物相組成 赤泥是一種不溶性的殘渣，主要由細顆粒的泥和粗顆粒的砂組成，其化學成分取決于鋁土礦成分、生產氧化鋁的方法和生產過程中添加劑的物質成分、以及新生成的化合物的成分等。赤泥礦物成分復雜，采用多種方法對其進行

2、分析，主要有以下幾種方法：偏光顯微鏡、掃描顯微鏡、差熱分析儀、x衍射、化學全分析、紅外吸收光譜和穆斯堡爾譜法等七種方法進行測定，其結果是赤泥的主要礦物為文石和方解石，含量為60%65%，其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦，含量最少的是鈦礦石、菱鐵礦、天然堿、水玻璃、鋁酸鈉和火堿。其礦物成分復雜，且不符合天然土的礦物組合。在這些礦石中，文石、方解石和菱鐵礦，既是骨架，又有一定的膠結作用；而針鐵礦、三水鋁石、蛋白石、水玻璃起膠結作用和填充作用。 2 拜耳法赤泥的成分與特點 目前，氧化鋁生產方法有三種，即：拜爾法，燒結法和聯(lián)合法，三種不同的方法生產的赤泥成分、性質、物相各異。除我國 和前蘇聯(lián)外，其它各國

3、均采用拜爾法生產，拜爾法產量約占世界總產量的92%。拜爾法生產采用的是：強堿溶出高鋁、高鐵、一水軟鋁石型鋁土礦，產生的赤泥氧化鋁、氧化鐵，堿含量高：燒結法和聯(lián)合法處理的是難溶的高鋁、高硅、低鐵、一水硬鋁石型、高嶺石型（前蘇聯(lián)用霞石）鋁土礦，生產的赤泥cao含量高，堿和鐵含量較低。 3 國內外在處理利用赤泥方面所做的成就 國外：赤泥在建材、化工、農業(yè)等方面的利用：（1）在原蘇聯(lián)，煉鐵燒結時，添加2%赤泥，可提高燒結礦強度；（2）原西德鋁業(yè)公司從60年代末對用赤泥作瀝青填料、煉鋼保護渣、土壤改良劑等進行了研究；（3）美國、日本利用赤泥作廢水、廢氣的凈化劑，效果良好，成本低：（4）美國、同本等將赤泥

4、作橡膠、塑料的填料；（5）德國北部平原，用赤泥作土壤改良劑，使荒地改造成肥沃的耕地，土壤的礦物質和養(yǎng)分均有增加：（6）原蘇聯(lián)用赤泥生產不同型號的水泥等等。 國內：（1）堆存技術：該技術不僅能增加赤泥堆存高度，減少占用耕地面積，而且還克服了濕法堆存造成的赤泥廢液向外滲漏，危害附近農田水系的缺點。（2）主產水泥：以燒結法赤泥為原料生產普通硅酸鹽水泥，具有早強、抗硫酸鹽等優(yōu)越性能。經工業(yè)建筑、機器基礎、機場跑道、橋梁等處的使用證明，水泥質量良好。（3）直接還原煉鐵：湘潭工學院利用氧化鋁廠赤泥，配入a型催化劑，采用煤基直接還原焙燒一渣鐵磁選分離冷固成型新工藝流程，生產出優(yōu)質的直接還原鐵團礦。所得產品的

5、金屬化率為921%，含鐵品位為927%，鐵回收率為942%，該產品可作電爐煉鋼的原料。（4）用赤泥作塑料填料和制備塑料合金：中南工業(yè)大學從開發(fā)利用赤泥出發(fā)，對赤泥在塑料中的應用作了專題研究。試驗證明赤泥是一種較理想的功能性塑料填料，由于赤泥特有的化學組成，使“紅泥塑料”具有以下特點：用赤泥作塑料填料，制成的紅泥塑料，成本低、用途廣，具有良好的抗老化、熱穩(wěn)定性等特點，因此，在戶外使用的塑料制品，如：瓦楞板、沼氣池、防水卷材及其他農具、工業(yè)管道等方面有著廣闊的開發(fā)前景等等。 4 赤泥的固化難點 （1）赤泥為細粒級土料，固化表面積大，若用膠結料進行固結，膠凝料所需量大，必然增加固化材料成本。（2）赤

6、泥為高堿性物料，其中的游離堿會顯著影響固結強度和固化體的持久性能。（3）赤泥外觀雖為土類，但粘性較差，在失水狀態(tài)時，會產生粉化，固化體的彈性和抗折性能難于提高。（4）赤泥雖有活性，但活性主要體現在游離堿上，而不是體現在具有穩(wěn)定水泥石的硅酸根和鋁酸根離子上。（5）赤泥為高鐵類礦物，鐵鹽的水化能力較低，生成的穩(wěn)定的礦物還很少。（6）公路材料要求強度較高，最高時要求混合料達到30mpa的抗壓強度，一般廢渣均難于達到，當赤泥用量加大時，就更加困難。 5 赤泥高強固化技術 （1）粉煤灰抑制赤泥堿反應技術：抑制混凝土中堿集料反應的有效措施是加入堿抑制劑，工程中應用比較普遍且可行的堿抑制劑為硅灰。近年來用礦

7、渣與堿制成的復合材料已成增加趨勢，在研究過程中選取稻殼灰和粉煤灰進行試驗。由于稻殼灰用量大，成本高未能實施。而粉煤灰存量比較豐富，正在開發(fā)利用，價格優(yōu)勢明顯，因此試驗選定粉煤灰作為赤泥的堿抑制劑。因為，粉煤灰為含硅、鋁的活性材料，在煤燃燒過程中積聚了一定的內能，在遇水后，這種內能就釋放出來，與堿發(fā)生水化反應生成沸石類產物而穩(wěn)定。 （2）赤泥活化和離子交換技術：赤泥與一般粉狀土不同，赤泥中氧化鐵和氧化鋁含量較高，研究表明鐵離子和鋁離子的置換能力最強，對土體的強度提高最為明顯，許多土類或含土類物質固化時都需要加fe3+或al3+。本項研究的關鍵是將赤泥中穩(wěn)定的高價金屬氧化物激發(fā)成具有離子交換能力的

8、鐵離子和鋁離子。為此本項研究專門配制了一種具有活化作用的活化劑。該活化劑由檸檬酸鈉或其它有機螯合劑組成，有機螯合劑包括選自膦酸脂、羥基羧酸、氨基羧酸和二元或三元羧酸。 （3）赤泥壓力成型技術：利用振動壓路機對赤泥進行振動壓力固化，減少了用水量，提高了混凝土的密實性和固化強度，加快了筑路效率。土體固化有3種途徑：一是高溫燒結；二是化學膠結；三是壓力固結。大量研究表明，土體為帶電物質，而且土體在堿性環(huán)境下帶負電。赤泥為堿性物質，在固化劑作用下，赤泥內部結構及帶電性發(fā)生變化，在壓力作用下，受電荷影響赤泥顆粒發(fā)生粘連，外觀表現為可固結。當外力消失后，顆粒受電荷影響所產生的粘結力仍然存在，從而使赤泥長期

9、固化。采用振動加壓技術，可使赤泥固化體更加密實，顆粒的水分和細骨料析出表面，增加強度和路面的光潔度。 （4）化灰廢渣固化赤泥技術：石灰粉、煤灰固化赤泥用于基層試驗，基層強度高，水穩(wěn)性能好。雖筑路成本已有大幅降低，但其中所用石灰價格還是較高，每噸石灰塊仍需140元，為了進一步降低筑路成本，本項研究又試驗利用氧化鋁廠另一廢渣化灰渣替代石灰進行道路基層試驗。這樣赤泥道路基層混合料中，幾乎全為鋁廠固體廢棄物，即赤泥、粉煤灰、化灰渣固化后形成的道路材料。這樣，赤泥道路基層材料價格由最低時的689元/m3，降至338 元/m3，材料成本顯著降低。在對赤泥和粉煤灰進行適當的處理后，固化體7d 的抗壓強度仍能

10、保持在3mpa以上，完全滿足筑路要求。 6 赤泥道路基層和面層特性 基層特性：赤泥道路基層與傳統(tǒng)半剛性基層材料強度比較，固化赤泥與傳統(tǒng)的半剛性基層材料相比具有強度高、抗水性能優(yōu)越、回彈值大等特點。 面層特性：（1）水泥用量小，成本低。赤泥混凝土中水泥用量只有11%，比同等強度下水泥混凝土路面的水泥用量降低5%7%。（2）色澤好，美觀大方。赤泥混凝土為紅色混凝土，有利于司機操作，車輛運行。（3）施工方法簡單，路面成型快。采用赤泥碾壓混凝土施工方法，混凝土早期強度高，施工完成后即可通行車輛。（4）水穩(wěn)性好。赤泥由于特殊的理化特性，在水中和雨水浸泡情況下，強度提高平穩(wěn)。 參考文獻： 1呂勝利赤泥分離

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