赤泥綜合利用的可行性分析

赤泥綜合利用的可行性分析

赤泥的綜合利用赤泥是從鋁礦中提取二氧化硅后的浪費。中國每年的赤泥排放量超過600萬噸。目前,我國的赤泥多數(shù)采用露天濕法或干法堆存,這不僅占用大量土地資源,同時,赤泥中的堿滲入地下容易造成土壤和水體污染。為了降低赤泥給環(huán)境帶來的危害和促進(jìn)鋁工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,各國對赤泥的綜合利用都給予了高度重視,并開展了大量的研究工作。到目前為止,赤泥的綜合利用方式主要有以下幾種:①生產(chǎn)建筑材料;②回收赤泥中的有價金屬元素;③制備吸附材料用于廢氣和廢水處理;④修復(fù)污染土壤等。其中,利用赤泥生產(chǎn)各種建筑材料具有吃渣量大、能將赤泥整體利用、利于周圍環(huán)境治理等優(yōu)點,是赤泥利用最為有效的途徑。以下對赤泥近年來在國內(nèi)膠凝材料、制磚、建筑裝飾用微晶玻璃、建筑陶瓷、路基材料、保溫材料和混凝土等建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用情況和最新進(jìn)展作綜合介紹。1用紅污泥連接材料1.1利用赤泥進(jìn)行脫堿處理赤泥的主要化學(xué)組成為SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3。赤泥可以代替部分生料生產(chǎn)不同品種的水泥,如硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥等。我國山東鋁廠早在20世紀(jì)60年代就利用燒結(jié)法赤泥生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥,并建成了大型水泥廠。由于赤泥含堿量高,用量過多就達(dá)不到水泥生產(chǎn)所要求的低堿特性,所以,赤泥在水泥生料中的配比僅為25%左右。卜天梅等在常壓條件下利用石灰對赤泥進(jìn)行脫堿處理,提高了赤泥在水泥中的添加量。試驗中,用添加32.41%脫堿赤泥的生料制備成的普通硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥,其抗折強度和抗壓強度均合格。與硅酸鹽水泥相比,堿對硫鋁酸鹽水泥的影響要小一些,因而可以用高堿赤泥生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥,趙宏偉等對此進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,含40%左右赤泥的生料制備的硫鋁酸鹽水泥水化早期強度發(fā)展比較好,水化漿體結(jié)構(gòu)密實,水泥力學(xué)強度優(yōu)于市售的42.5快硬硫鋁酸鹽水泥。1.2堿礦渣-赤泥水泥從赤泥的物相組成來看,其含有一定量的能夠發(fā)生水化反應(yīng)的β-C2S、C3A及其他一些無定形鋁硅酸鹽物質(zhì),這使得赤泥具有一定的水硬活性,可以直接與水泥熟料、其他廢渣和激發(fā)劑復(fù)合來制備膠凝材料。潘志華等制備了赤泥與礦渣質(zhì)量比為30∶70的堿礦渣-赤泥水泥,其除了具有正常的凝結(jié)時間、良好的體積安定性和高的強度以外,其抗干縮、抗碳化、耐凍融和抗化學(xué)侵蝕性能也優(yōu)于同標(biāo)號的P·O52.5水泥。馮向鵬等對赤泥進(jìn)行熱激發(fā)處理,將600℃煅燒赤泥配以礦渣、煤矸石、鋼渣以及自配的調(diào)節(jié)劑(赤泥含量為50%)生產(chǎn)膠凝材料,生產(chǎn)的水泥達(dá)到42.5水泥的強度要求。孫恒虎等依據(jù)機械力化學(xué)原理,采用高能球磨技術(shù)對煅燒赤泥進(jìn)行活化處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)機械力化學(xué)效應(yīng)可使赤泥中Si-O、Al-O鍵的鍵能降低,使Si(Al)四面體的畸變度增大。以赤泥含量50%、粉磨時間30min的赤泥配制的膠凝材料,水泥強度達(dá)到42.5水泥標(biāo)準(zhǔn)。2紅泥法用于磚制造2.1u3000eu2004赤泥粒度細(xì),質(zhì)軟,有一定的塑性,可以代替黏土用作燒結(jié)磚生產(chǎn)的原料。汪文凌用可塑成型法將拜耳法赤泥∶黏土=70∶30的原料制成磚坯,然后在950℃燒結(jié),所得磚體的抗壓強度達(dá)到15.9MPa。王曉峰等用正交試驗法對以赤泥和煤矸石為原料制備燒結(jié)磚的影響因素進(jìn)行了探討,在赤泥∶煤矸石=75∶25、煤矸石細(xì)度100目、燒結(jié)溫度1000℃、保溫時間120min、成型壓力10~15MPa的最佳工藝條件下制備的燒結(jié)磚,各項性能指標(biāo)均符合GB5101—2003《燒結(jié)普通磚》的要求,抗壓強度達(dá)到MU20級。賀深陽等在總結(jié)不同成型方法和赤泥用量對燒結(jié)磚性能的影響后,選擇拜耳法赤泥和低品位的石英砂為原料制備燒結(jié)磚,其抗壓強度高達(dá)77.8MPa,大大超出GB5101—2003《燒結(jié)普通磚》最高級MU30的要求。2.2免燒磚的養(yǎng)護(hù)效果免燒磚是利用主體材料和骨料不經(jīng)高溫煅燒而制造的一種新型墻體材料。赤泥具有一定的水硬活性和激發(fā)粉煤灰、礦渣等材料活性的能力,具備制備免燒磚的條件。楊家寬等在國內(nèi)第一條赤泥磚生產(chǎn)線上,利用山東鋁廠的燒結(jié)法赤泥、電廠粉煤灰和礦山石渣為主要原料進(jìn)行了免燒磚中試生產(chǎn),結(jié)果自然養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚達(dá)到了JC/T422—1991《非燒結(jié)普通黏土磚》標(biāo)準(zhǔn)中15級的要求,蒸壓養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚達(dá)到了GB11945—1999《蒸壓灰砂磚》標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)等品MU15級的要求。王偉廣等采用模壓成型和自然養(yǎng)護(hù)的方法制成赤泥免燒免蒸磚,其中赤泥、粉煤灰、石灰和砂子的摻量分別為40%、20%、15%和20%,所制得的磚的抗壓強度21.35MPa,超過國家粉煤灰磚標(biāo)準(zhǔn)15MPa的規(guī)定。3等為工業(yè)和礦質(zhì)材料建筑裝飾用微晶玻璃又稱人造花崗巖、玉晶石或微晶石,是天然石材的理想替代品。赤泥可以用來制備含不同主晶相的綜合性能優(yōu)良的礦渣微晶玻璃。張培新等以赤泥為主要原料,配以分析純Na2CO3和MgCO3,在不加晶核劑的情況下制得了主晶相為鈣鐵透輝石的微晶玻璃,不僅抗折、抗壓強度高,且化學(xué)穩(wěn)定性也很好,既可用作建筑裝飾材料,亦可用作化工、冶金工業(yè)中的耐磨耐蝕材料。徐曉虹等用赤泥、粉煤灰和煤矸石3種工業(yè)廢渣為主要原料,添加少量熔劑制備出主晶相為8CaO·5SiO2、CaAl6O14和Fe2SiO4的微晶玻璃,經(jīng)分析后認(rèn)為是3種廢渣中富含的氧化鐵、氧化鈦可充當(dāng)晶核劑。4赤泥廣泛應(yīng)用于其他材料4.1無鉛網(wǎng)絡(luò)安全材料的開發(fā)赤泥能與黏土或能改變赤泥成形和燒結(jié)性能的助劑一起制備建筑陶瓷,如琉璃瓦和墻地磚等,為赤泥綜合利用提供了一條新途徑。賀深陽等利用赤泥及其他陶瓷原料制備出抗彎強度達(dá)29.3MPa的琉璃瓦素坯,開發(fā)出與該坯體燒結(jié)溫度一致的無鉛琉璃瓦用釉,并采用一次燒成工藝制備出符合JC/T765—2006《建筑琉璃制品》要求的無鉛琉璃瓦。徐曉虹等以赤泥為主要原料,制備出高性能的赤泥質(zhì)陶瓷內(nèi)墻磚,其吸水率為10%~22%,抗折強度為20~35MPa,經(jīng)耐急冷急熱試驗,樣品無裂紋出現(xiàn),性能達(dá)到GB4100—83《白色陶質(zhì)釉面磚》標(biāo)準(zhǔn)。4.2利用赤泥生產(chǎn)的混凝土制品燒結(jié)法赤泥中含有大量的鈣,因而可以取代一部分水泥和石灰生產(chǎn)加氣混凝土。吳波等的研究結(jié)果表明,利用赤泥生產(chǎn)的加氣混凝土制品容重和抗壓強度均符合國家標(biāo)準(zhǔn),且赤泥不需再次煅燒、烘干,生產(chǎn)成本經(jīng)濟(jì),生產(chǎn)工藝可行。劉春等對水泥赤泥混凝土進(jìn)行了研究,當(dāng)赤泥代替水泥用量在15%以內(nèi)時,混凝土的抗折強度與普通水泥混凝土相當(dāng),抗壓強度也能達(dá)到設(shè)計要求。4.3燒結(jié)法赤泥現(xiàn)場應(yīng)用將赤泥用作道路鋪筑材料,是消耗赤泥量較大的一種綜合利用方式。楊家寬等系統(tǒng)地進(jìn)行了燒結(jié)法赤泥作為路面基層材料的室內(nèi)試驗,并在山東淄博建造了第一條燒結(jié)法赤泥的示范性公路,全長約4km,共消耗干基赤泥約1.5萬t,經(jīng)交通部門現(xiàn)場鉆芯取樣,基層強度達(dá)到國家一級公路和高速公路質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。4.4微孔硅酸鈣知識產(chǎn)品制作保溫材料也是赤泥在建筑材料中再利用的一部分。宋國衛(wèi)等將赤泥與石灰、外加劑等混合,經(jīng)過攪拌、凝膠化、成型、蒸壓和干燥等流程,生產(chǎn)出微孔硅酸鈣保溫材料,制品符合GB/T10699—1998《硅酸鈣絕熱制品》,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。吳建鋒等利用赤泥制備了具有保溫功能的陶瓷磚,樣品具有較高的抗壓抗折強度及較低的導(dǎo)熱系數(shù)。5赤泥的