鋁廠生產(chǎn)赤泥免燒磚生產(chǎn)工藝的研究

鋁廠生產(chǎn)赤泥免燒磚生產(chǎn)工藝的研究

0赤泥資源利用方面赤污泥是用堿性堿性溶液提取物生產(chǎn)a12o3的工業(yè)廢物。山東鋁業(yè)股份有限公司(以下簡稱“山鋁”)自1954年建廠投產(chǎn)以來,氧化鋁生產(chǎn)共排出廢渣赤泥2200萬t以上,如今堆場高度約72m,已達(dá)堆積極限而被迫停用。2001年又被迫花費(fèi)約7000萬元修建第二赤泥堆場,由于A12O3產(chǎn)量的增加,每年有100多萬t赤泥外排到赤泥堆場,預(yù)計第二堆場最多還能使用2a。“山鋁”必須耗巨資再尋找第三赤泥堆場。因此,赤泥的資源化問題成為制約“山鋁”發(fā)展的重要課題。國外一般采用排海來處置鋁業(yè)赤泥,國內(nèi)幾家鋁廠都處在內(nèi)陸省份,海洋處置的費(fèi)用太高。國內(nèi)外也有許多開展赤泥資源化的研究,包括制備水泥,生產(chǎn)陶瓷,塑料填料等。然而,目前大部分技術(shù)要么耗渣量太小,要么生產(chǎn)成本高、能耗太大。利用赤泥制備免燒磚新型建筑材料是一個被看好的新的發(fā)展方向。1試驗(yàn)部分1.1干赤泥濕赤泥燒結(jié)法赤泥中試生產(chǎn)中的赤泥全部取自“山鋁”的第一赤泥堆場。赤泥取用2種,一種取自“山鋁”第一赤泥堆場東壩壩底,為風(fēng)化陳赤泥,多呈塊狀,表面干燥,存放時間為10a以上,簡稱“干赤泥”,破碎后最大粒徑控制在8mm以下;另一種取自排放時間為1a以內(nèi)的新鮮赤泥,簡稱“濕赤泥”。粉煤灰粉煤灰為“山鋁”自備電廠電除塵收集,有干排灰和濕排灰兩種。石灰取自氧化鋁廠石灰窯收塵后的細(xì)粉,其活性氧化鈣有效成分70%以上。石膏180目的二水生石膏細(xì)粉,石膏有效成分在80%以上。水泥從“山鋁”水泥廠購買的425#普通硅酸鹽水泥。骨料骨料也選用了2種,一種是石灰石礦剝離后的碎石渣;一種為市場購買的建筑用中砂,篩分后最大粒徑控制在8mm以下。主要原料含水率經(jīng)過110℃烘干24h測得,檢測結(jié)果見表1。1.2免費(fèi)燒磚生產(chǎn)工藝免燒磚生產(chǎn)的工藝流程見圖1,其中養(yǎng)護(hù)工藝分為自然養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)。1.3磚坯質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件混料時間10~15min;混合料的含水率12%~15%壓磚機(jī)喂料深度75~80mm;壓磚機(jī)電流大小25~30A;磚坯厚度52.5~53.5mm;磚坯質(zhì)量2.45~2.55kg;磚坯密度1.675~1.743g/cm3;磚坯原料陳化處理?xiàng)l件在室溫25℃下陳化養(yǎng)護(hù)24h;磚坯自然養(yǎng)護(hù)條件在室溫25℃下淋水養(yǎng)護(hù)28d出廠;磚坯蒸壓養(yǎng)護(hù)條件蒸汽壓力為1.2MPa下保壓4h,蒸養(yǎng)后磚存放7d出廠。1.4自然養(yǎng)護(hù)赤泥免燒磚試驗(yàn)方案根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)室的小試結(jié)果,確定基準(zhǔn)配方,主要調(diào)節(jié)干赤泥和濕赤泥含量的比例,制定自然養(yǎng)護(hù)赤泥免燒磚試驗(yàn)方案見表2。蒸壓養(yǎng)護(hù)的赤泥磚的試驗(yàn)方案見表3。2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1自然養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚的性能第一組自然養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚的強(qiáng)度檢測結(jié)果見表4。第二組蒸壓養(yǎng)護(hù)的赤泥磚的檢測結(jié)果見表5。從表2和表4試驗(yàn)結(jié)果可以看出,通過控制合適的干赤泥和濕赤泥的比例,自然養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚的性能能夠達(dá)到非燒結(jié)普通粘土磚(JC422-91)15級的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。從表3和表5試驗(yàn)結(jié)果可以看出,通過控制合適的工藝條件,蒸壓養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚的性能能夠達(dá)到蒸壓灰砂磚(GB11945-1999)優(yōu)等品MU15的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。2.2不同年份的赤泥xrd分析“山鋁”第一赤泥堆場主要是燒結(jié)法赤泥,剛排放的新鮮赤泥含水量高,堿含量也偏高,并且含有大量的活性物質(zhì)β-2CaO·SiO2。隨著堆存時間的延長,赤泥會發(fā)生一系列物理化學(xué)變化,其化學(xué)組成和礦物組成也會發(fā)生變化,分別見表6和圖2。從表6可以看出來,隨著赤泥堆存年限的不同,各元素化學(xué)組成有些變化,主要是由于不同年份生產(chǎn)過程中鋁土礦等原料來源不同以及生產(chǎn)工藝變化造成的。赤泥的化學(xué)組成中主要是CaO和SiO2,它們的總量大約占50%以上。從表6中還可以看出,各元素的化學(xué)組成隨年份變化不大,然而灼燒減量(LOI)隨著堆存時間的增加而明顯增加。造成LOI值明顯增加的主要原因是赤泥堆存中CaO逐漸風(fēng)化成方解石,這可以從灼燒過程中CO2排放量得到驗(yàn)證。從圖2不同年份的赤泥的XRD圖譜中可以明顯看出,隨著赤泥堆存時間的增加,具有膠凝活性的β-2CaO·SiO2逐漸減少,方解石(05-0586)逐漸增加,并成為主晶相。在中試生產(chǎn)中一般將1a內(nèi)的濕赤泥和10a以上的干赤泥搭配使用。主要有以下好處:(1)濕赤泥和干赤泥搭配可以調(diào)節(jié)混合料合適的含水率,一般不需要外加水;(2)1a內(nèi)的濕赤泥活性物質(zhì)β-2CaO·SiO2含量高,有利于增加磚的強(qiáng)度;然而濕赤泥加入量過高,游離堿的含量高,容易導(dǎo)致赤泥磚表面泛霜。從1#至4#配方試驗(yàn)結(jié)果可以看出濕赤泥:干赤泥的干質(zhì)量比例在(2~4)∶1的范圍內(nèi),自然養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚的強(qiáng)度較高。2.3控制混合料的含水量,并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)過程的保溫控制(1)生石灰作為固化劑一方面可以利用石灰與原料中的活性SiO2和活性Al2O3發(fā)生水化膠凝反應(yīng),另一方面生石灰強(qiáng)烈吸水放熱反應(yīng)能夠破壞赤泥表面的惰性保護(hù)層,激發(fā)赤泥中的物質(zhì)進(jìn)一步發(fā)生水化膠凝反應(yīng)。生石灰對于赤泥磚的強(qiáng)度形成具有重要作用。在生石灰的陳化工藝中,一方面要注意混合料含水量的控制。含水量偏高,容易導(dǎo)致陳化過程中物料結(jié)塊,這就是通常所說的陳化倉中物料“結(jié)倉”的現(xiàn)象,嚴(yán)重影響下一步的正常生產(chǎn),并可能導(dǎo)致赤泥磚終強(qiáng)度的降低。如果陳化過程中混合料含水量偏低,或陳化溫度太低,陳化時間不夠,生石灰沒有獲得充分消解就壓制成型,這樣在自然養(yǎng)護(hù)的一周內(nèi),或蒸壓養(yǎng)護(hù)過程中會在磚的內(nèi)部產(chǎn)生大量的微細(xì)裂紋,導(dǎo)致磚的強(qiáng)度下降,抗凍性明顯降低。(2)在山東、山西等北方地區(qū)冬季生產(chǎn)赤泥免燒磚,要注意在陳化過程以及初期自然養(yǎng)護(hù)過程中加強(qiáng)保溫措施,可以采用太陽房消化倉和太陽房自然養(yǎng)護(hù)室等方式,既節(jié)能又環(huán)保。(3)在免燒磚的生產(chǎn)過程中,物料的級配對赤泥免燒磚壓制成型過程中排氣和赤泥磚的成型能力具有重要影響。一般要求砂子或石硝等骨料的含量≮30%。2.4測試結(jié)果及分析對于蒸壓養(yǎng)護(hù)的赤泥磚由相關(guān)單位進(jìn)行了全套性能測試,測試結(jié)果見表7?？梢钥闯稣魤吼B(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚的性能能夠達(dá)到蒸壓灰砂磚(GB11945-1999)優(yōu)等品MU15的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。2.5免燒磚設(shè)計的經(jīng)濟(jì)分析規(guī)模為年產(chǎn)300萬塊赤泥標(biāo)磚的生產(chǎn)線采用自然養(yǎng)護(hù)和蒸壓養(yǎng)護(hù)兩種工藝,工程經(jīng)濟(jì)性比較見表8。3免燒磚的原料配比(1)利用赤泥、粉煤灰、礦山石渣等鋁工業(yè)廢渣在國內(nèi)第一條赤泥磚生產(chǎn)線上制備出自然養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚,蒸壓養(yǎng)護(hù)的赤泥磚,分別可以達(dá)到非燒結(jié)普通粘土磚標(biāo)準(zhǔn)(JC/T422-1991)(1996)15級和蒸壓灰砂國家標(biāo)準(zhǔn)(GB11945-1999)中優(yōu)等品MU15級的要求。(2)由于赤泥堆存的年限不同,物理化學(xué)性質(zhì)存在差別,在生產(chǎn)中控制濕赤泥和干赤泥合適的比例,干重量比例在(2~4)∶1的范圍內(nèi),自然養(yǎng)護(hù)的赤泥免燒磚的強(qiáng)度較高。(3)在生產(chǎn)