固化技術(shù)在赤泥資源化中的應(yīng)用

1、固化技術(shù)在赤泥資源化中的應(yīng)用 【摘要】赤泥是氧化鋁廠生產(chǎn)氧化鋁的固體廢物，如何處理利用赤泥是國內(nèi)外十分關(guān)注的問題。本文介紹了國內(nèi)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(xiàn)代固化技術(shù)，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(guān)鍵詞】赤泥；拜耳法；促凝；固化；強度；道路基層 1 赤泥的化學(xué)成分及物相組成 赤泥是一種不溶性的殘渣，主要由細(xì)顆粒的泥和粗顆粒的砂組成，其化學(xué)成分取決于鋁土礦成分、生產(chǎn)氧化鋁的方法和生產(chǎn)過程中添加劑的物質(zhì)成分、以及新生成的化合物的成分等。赤泥礦物成分復(fù)雜，采用多種方法對其進(jìn)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(xué)全分析、紅外吸收光譜和穆斯堡爾譜法等七種方法進(jìn)行測定，其結(jié)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(fù)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(jié)作用；而針鐵礦、三水鋁石、蛋白石、水玻璃起膠結(jié)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(chǎn)方法有三種，即：拜爾法，燒結(jié)法和聯(lián)合法，三種不同的方法生產(chǎn)的赤泥成分、性質(zhì)、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(chǎn)，拜爾法產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的92%。拜爾法生產(chǎn)采用的是：強堿溶出高鋁、高鐵、一水軟鋁石型鋁土礦，產(chǎn)生的赤泥氧化鋁、氧化鐵，堿含量高：燒結(jié)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(chǎn)的赤泥cao含量高，堿和鐵含量較低。 3 國內(nèi)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(nóng)業(yè)等方面的利用：（1）在原蘇聯(lián)，煉鐵燒結(jié)時，添加2%赤泥，可提高燒結(jié)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(hù)渣、土壤改良劑等進(jìn)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(zhì)和養(yǎng)分均有增加：（6）原蘇聯(lián)用赤泥生產(chǎn)不同型號的水泥等等。 國內(nèi)：（1）堆存技術(shù)：該技術(shù)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(nóng)田水系的缺點。（2）主產(chǎn)水泥：以燒結(jié)法赤泥為原料生產(chǎn)普通硅酸鹽水泥，具有早強、抗硫酸鹽等優(yōu)越性能。經(jīng)工業(yè)建筑、機器基礎(chǔ)、機場跑道、橋梁等處的使用證明，水泥質(zhì)量良好。（3）直接還原煉鐵：湘潭工學(xué)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(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的直接還原鐵團(tuán)礦。所得產(chǎn)品的

5、金屬化率為921%，含鐵品位為927%，鐵回收率為942%，該產(chǎn)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(xué)從開發(fā)利用赤泥出發(fā)，對赤泥在塑料中的應(yīng)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(xué)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(nóng)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(xì)粒級土料，固化表面積大，若用膠結(jié)料進(jìn)行固結(jié)，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(jié)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(chǎn)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(xiàn)在游離堿上，而不是體現(xiàn)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(dá)到30mpa的抗壓強度，一般廢渣均難于達(dá)到，當(dāng)赤泥用量加大時，就更加困難。 5 赤泥高強固化技術(shù) （1）粉煤灰抑制赤泥堿反應(yīng)技術(shù)：抑制混凝土中堿集料反應(yīng)的有效措施是加入堿抑制劑，工程中應(yīng)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(fù)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(jìn)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(nèi)能，在遇水后，這種內(nèi)能就釋放出來，與堿發(fā)生水化反應(yīng)生成沸石類產(chǎn)物而穩(wěn)定。 （2）赤泥活化和離子交換技術(shù)：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(zhì)固化時都需要加fe3+或al3+。本項研究的關(guān)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(shù)：利用振動壓路機對赤泥進(jìn)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?zé)Y(jié)；二是化學(xué)膠結(jié)；三是壓力固結(jié)。大量研究表明，土體為帶電物質(zhì)，而且土體在堿性環(huán)境下帶負(fù)電。赤泥為堿性物質(zhì)，在固化劑作用下，赤泥內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(xiàn)為可固結(jié)。當(dāng)外力消失后，顆粒受電荷影響所產(chǎn)生的粘結(jié)力仍然存在，從而使赤泥長期

9、固化。采用振動加壓技術(shù)，可使赤泥固化體更加密實，顆粒的水分和細(xì)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(shù)：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(jìn)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(jìn)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(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗?，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(xiàn)： 1呂勝利赤泥分離

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