（材料学专业论文）用于筑坝的赤泥的固化试验研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 赤泥是氧化铝厂生产氧化铝的固体废物，如何处理利用赤泥是国内外 十分关注的问题。本文介绍了国内外在处理利用赤泥方面所做的成就，虽 然在这方面的研究获得了一些经验，但是目前大多数综合利用赤泥的方案 未付诸工业实践，大部分赤泥仍然是只做简单堆存。并从多方面论述了s d 铝业公司赤泥筑坝的必要性，分析了s d 铝业公司需要改善传统赤泥筑坝的 主要因素。这些因素包括：施工中赤泥固结速度过慢不能适应公司生产氧 化铝产出的赤泥堆放量的需求；赤泥原始状态下的密度过低造成赤泥筑坝 成型后于密度低，降低了赤泥坝的质量，缩减了赤泥坝的使用寿命。本实 验从传统赤泥筑坝的缺点入手，完成了以下工作： l 、为提高赤泥坝早期强度，从而加快赤泥筑坝的施工速度，研究对比了 在赤泥中加入多种化学药品后对赤泥的促凝作用效果，选择最佳化学试剂 做赤泥的促凝剂，并借助扫描电镜和x 射线衍射仪对其表面形貌和成份进行 了分析，研究了它们对赤泥的促凝机理。 2 、为提高赤泥坝的强度，研究对比了在赤泥中加入多种化学药品后对 赤泥的固化效果，得出从固化时间、固化效果和成本等方面考虑均适宜的 材料作为最终赤泥的固化剂。 3 、首次分析了细颗粒赤泥量的增加对赤泥坝密实度和固结强度的影 响。并且对比了在增加细颗粒赤泥量的情况下加入促凝材料和固化材料如 粉煤灰、石灰、石膏等同时作用时对赤泥坝密实度的影响，以及固结速度、 固结强度随赤泥的密实度的变化关系。 4 、分析研究了筑坝赤泥的密实度对赤泥坝体的固结强度的影响。实验 了多种化学试剂的加入对筑坝赤泥密实度的影响。确定了可以提高赤泥密 实度的化学试剂。 5 、借助扫描电镜( s e m ) 、x 射线衍射( x r d ) 和x 射线能量衍射图( e d a x ) 对样品进行了表面形貌分析和成分分析。研究了化学试剂对赤泥的促凝机 理、固化机理，分析了赤泥坝强度变化的因素。 关键词：赤泥；赤泥坝；促凝； 固化； 强度 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t r e dm u di sab y p r o d u c tf r o ma l u m i n u mp l a n t s i ti sap r o b l e mp a i dc l o s ea r e n t i o nt o b o t ha th o m ea n da b r o a dh o wt od e a lw i t ha n du t i l i z er e dm u d t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e u t i l i z i n ga c h i e v e m e n t so ft h er e dm u di nt h ew o r l d i te x p o u n d st h en e c e s s i t yo ft h er e dm u d d a mi nm a n yw a y s a tt h ep r e s e n t t h e r ea r em a n yw a y st 0s o l v et h ep r o b l e m b u tt h es c h e m e o ft h er e dm u do fm o s tc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nh a sn o tp u ti n t oi n d n s t r yp r a c t i s i n ga t p r e s e n t ，m o s tr e dm u dr e m a i n i n ga n do n l ym a k i n ga n ds t o r i n gu pb r i e f l y d a m m i n gb yr e d m u di so f l eo ft h ee f f e c t i v ew a y s ，t h i st e x te x p o u n dt h en e c e s s i t yt ob u i l dt h er e dd a mb yt h e r e dm u do fs da l u m i n i u mi n d u s t r yc o m p a n yf r o mm a n ya s p e c t s ，a n dh a v ep r o b e di n t ot h e s o l i d i f i c a t i o nc h a r a c t e r i s t i co f t h er e dm u dt h a ts da l u m i n i u mi n d u s t r y sc o m p a n yp r o d u c e s t h ea r t i c l ed i s c u s s e st h em a j o rf a c t o r si n f l u e n c i n gt h e r e dm u dd a m ss t r e n g t hd u r i n gt h e t r a d i t i o n a lc o n s t r u c t i o n so ft h er e dm u dd a m s i ti n c l u d e st h ef o l l o w i n g s t h ec o n s o l i d a t i o n s p e e do fr e dm u di ss os l o wt h a ti tc a n n o tf i ti nw i t ht h ec o n s t r u c t i o ns p e e do fd a m t h ed r y d e n s i t yo f t h er e dm u di ss ol o wt h a ti tw i l lr e d u c el i f e s p a no f t h er e dm u d d a m t h i sp a p e ra c c o m p l i s h e st h ef o l l o w i n g s ： 1 、i no r d e rt oi m p r o v et h ee a r l yi n t e n s i t yo fr e dm u dd a m ，t h u sa c c e l e r a t et h es p e e do f c o n s t r u c t i o no fb u i l d i n gd a mo fr e dm u d ，i si tc o m p a r ew i t ha m o n gr e dm u dj o i n i n gm a n y k i n d so fc h e m i c a l ，c h o o s et h eb e s tc h e m i c a lr e a g e n tt om a k eu r g i n gt oc o n g e a lt h e p h a r m a c e u t i c a lo fr e dm u d ，a n dh a sa n a l y s e dt ot h e i rs u r f a c es h a p el o o k sa n dc o m p o s i t i o n t h r o u g hs c a n n i n gt h ee l e c t r i cm i r r o r ( s e m ) a n dxr a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) a p p e a r a n c e ，h a v e s t u d i e dt h e i ru r g i n gt oc o n g e a lm e c h a n i s mt or e dm u d t h r o u g ha n a l y z i n gt h ec e m e n t i n ga c t i o n so fm a n yc h e m i c a l sw i t ht h er e dm u d ，t h eb e s t c e m e n t i n gs u b s t a n c ei sc h o s e nt ob em a t e r i a lt ob u i l dt h er e dm u dd a m s t u d yt h em e c h a n i s m o f t h ec e m e n t i n ga c t i o n 2 、f o ri m p r o v er e dm u di n t e n s i t yo fd a m ，i si tc o m p a r ew i t ha m o n gr e dm u dj o i n i n g m a n yk i n d so fc h e m i c a lt h a tt h e i ra n dt h er e dm u ds o l i d i f i c a t i o nr e s u l t i n gu n d e rm e d i c i n e s ， 桂林工学院硕士学位论文 d r a wf r o mm a n ya s p e c t sc o n s i d e r i n gs u i t a b l em a t e r i a la st h es o l i d i f i c a t i o np h a r m a c e u t i c a lo f t h er e dm u dm a df i n a l l y 3 、h a v ea n a l y s e dt h ei m p a c to nc o n s o l i d a t i o na n dt h et i m eo f t h ec o n s o l i d a t i o nt h a tt h e i n c r e a s e so f t h ep r o p o r t i o no f r e dm u dp a r t i c l e si nt h er e dm u dw h i c hi su s e dt ob u i l dt h er e d m u dd a m a n dc o m p a r et h er e s u l t sw i t ht h es a m p l e sw h i c hi sa d d e do t h e rc h e m i c a l ss u c ha s f l ya s h 、l i m e 、g y p s u m 4 、a n a l y s ea n dr e s e a r c ht h ec l o s e l yk n i td e g r e eo f i m p a c t so ni n t e n s i t yo f c o n s o l i d a t i o n o ft h eb o d yo fr e dm u dd a r no fb u i l d i n gr e dm u do ft h ed a m e x p e r i m e n tm a n yk i n d so f c h e m i c a lr e a g e n ta c c e d et ot ob u i l dd a mr e dm a s h e dc l o s e l yk n i ti n f l u e n c eo fd e g r e e h a v e c o n f i r m e dt h a tc a ni m p r o v et h ec l o s e l yk n i tc h e m i c a lr e a g e n to f d e g r e eo f r e dm u d 5 、t h es u r f a c et o p o g r a p h ya n dc o m p o s i t i o no f t h es a m p l e sh a v eb e e na n a l y s e db ym e a n s o fs e m 、e d s 、x r d ，s t u d yt h ec o n g e a lm e c h a n i s ma n ds o l i d i f i c a t i o nm e c h a n i s mo ft h e c h e m i c a lr e a g e n t sa n dr e dm u d ，a n a l y s er e dm u dd a mf a c t o rt h a tt h ei n c r e a s eo f t h er e dm u d s i n t e n s i t yc h a n g e s k e y w o r d s ：r e dm u d ；r e dm u dd a m ；u r g et oc o n g e a l ；s o l i d i f i c a t i o n ；s t r e n g t h 桂林工学院硕士学位论文 i i i i 独刨性声明 本人声明所呈交的沦文是我个人在导师指导下( 或我个人) 进行的研究工作拨取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中4 ：包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林t 学院或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 小了谢意。 签名 关于论文使用授权的说明 ：张筷日期：坦出立f 本人完全了解桂林工学院有关保留、使用学位论文的规定即：学校有权保留送交论文 的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在懈密后应遵守此规定) 签名师签名 e t 期：厦西二f7 桂林工学院硕士学位论文 第1 章引言 1 1 论文选题的目的与意义 赤泥是氧化铝工业生产的最大废弃物，其化学成分极其复杂，大量的赤泥已 对环境产生很大污染，对人类从事生产、生活造成直接或间接的影响。随着赤 泥产出量的日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，整体利用赤泥，最大限 度地限制赤泥的危害，多渠道地利用和改善赤泥，已经迫在眉睫。如何处理赤泥 是每个氧化铝厂从改善环境、充分利用固体废物资源等多方面考虑所应必须面 对的问题。 1 1 1 可持续发展战略的需要 人类从开始出现在地球上就一直主要依靠的是开发自然资源而生存。直到 2 0 世纪8 0 年代，人类仍在无限制地开采矿产资源，砍伐森林，用刀耕火种、填 海造田的方式扩大耕地面积，菇把工业生产中产生的废气、污水肆无忌惮地排 放到大气和江河湖海中去。由此，逐步出现并加剧了资源枯竭，植被遭到破坏， 大气和江河湖海被污染，臭氧层变得稀薄并出现空洞等环境和生态问题，人类 的生存环境的不断恶化，而且生存本身也受到了威胁。这种情况引起世界科学 家们的广泛关注。从8 0 年代初起，他们陆续发表著作，对持续发展问题进行多 方面、多角度阐述、讨论和定义，逐步形成了“可持续发展”观。1 9 9 2 年6 月， 联合国在巴西里约热内卢召开环境与发展全球首脑会议。会议认为，环境与发 展密不可分、相辅相成，发展要以环境保护与治理为前提，发展要建立在不破 坏人类生存环境的基础上，并在发展过程中解决已经造成的环境问题。会议最 后发表的里约热内卢环境与发展宣言、 2 1 世纪议程等文件，完整地体 现和贯彻了可持续发展观念，标志了可持续发展观的正式成立。 可持续发展是指既能满足当代人的需要，而又不对后代人满足其需要的能 力构成危害的发展，既能达到发展经济的目的，又能保护人类赖以生存的自然 资源和环境，使人类能够连续不断地发展。可持续发展对一个城市或者区域来 桂林工学院硕士学位论文 11 论文选题的目的与意义 第1 章引言 赤泥是氧化铝工业生产的最大废弃物，其化学成分极其复杂，大量的赤泥已 对环境产生很大污染，对人类从事生产、生活造成直接或间接的影响。随着赤 泥产出量的日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，整体捌用赤泥，最大限 度地限制赤泥的危害，多渠道地利用和改善赤泥，已经迫在眉睫。如何处理赤泥 是每个氧化铝厂从改善环境、充分利用固体废物资源等多方面考虑所应必须面 对的问题。 1 11 可持续发展战略的需要 人类从开始出现在地球上就一直主要依靠的是开发自然资源而生存。直到 2 0 世纪8 0 年代，人类仍在无限制地开采矿产资源，砍伐森林，用刀耕火种、填 海造田的方式扩大耕地面积，并把工业生产中产生的废气、污水肆无忌惮地排 放到火气和江河湖海中去。由此，逐步出现并加剧了资源枯竭，植被遭到破坏， 大气和江河湖海被污染，臭氧层变得稀薄并出现空洞等环境和生态问题，人类 的生存环境的不断恶化，而且生存本身也受到了威胁。这种情况引起世界科学 家们的广泛关注。从8 0 年代初起，他们陆续发表著作，对持续发展问题进行多 方而、多角度阐述、讨论和定义，逐步形成了“可持续发展”观。1 9 9 2 年6 月， 联合国在巴西里约热内卢召开环境与发展全球首脑会议。会议认为，环境与发 展密不可分、相辅相成，发展要以环境保护与治理为前提，发展要建立在不破 坏人类生存环境的基础上，并在发展过程中解决已经造成的环境问题。会议最 后发表的里约热内卢环境与发展宣言、 2 1 世纪议程等文件，完整地体 现和贯彻了可持续发展观念，标志了可持续发展观的正式成立。 可持续发展是指既能满足当代人的需要，而又不对后代人满足其需要的能 力构成危害的发展，既能达到发展经济的目的，又能保护人类赖以生存的自然 资源和环境，使人类能够连续不断地发展。可持续发展对一个城市或者区域来 资源和环境，使人类能够连续不i i | i 地笈展。可持续发展对一个城市或者区域来 桂林工学院硕士学位论文 说，从理论上包括三个相互联系的重要方面：社会可持续发展、经济可持续发 展、环境资源的可持续发展。其中环境问题是可持续发展的核心内容，环境资 源的可持续发展是指建立环境资源法规体系，控制生态危机和环境恶化局势， 提高自然环境资源的综合利用率。 环境问题已经成为当代人类普遍关注的全球性问题。随着现代工业生产的 迅速发展，对环境污染实施有效控制己变得越来越重要和紧迫；人类的可持续 发展成为2 1 世纪国际社会关注的焦点。世界各国都将可持续发展作为2 1 世纪的 发展战略。中国吸取世界上工业化国家“先污染，后治理”的教训，把实现可持 续发展作为一项基本国策。 对于每年氧化铝产量过百万吨的s d 铝业公司，其赤泥产量也过百万吨，其 必然受到来自国家政府人民和自身的环保压力。加速研究处理产量快速增长的 赤泥是s d 铝业公司所必须面对的问题。 1 1 ，2 传统工艺与传统工业的限制 铝是世界上所有元素中储存量位于第三位的一种元素，于1 8 0 8 年被发现，直 到1 8 5 4 年人们通过钠还原法才获得几克金属铝，当时铝比黄金、铂金还要贵。一 百多年以来，原生铝工业通过工艺、设备、效能以及规模的渐进式的改进和发 展，已经取得了巨大成就。工业体系日趋完善、日趋现代化，对世界文明做出了 重要贡献但无论是氧化铝生产工艺还是电解铝生产艺，其核心技术仍然没有突 破历经百年的技术原型，其生产过程仍不能摆脱对一次资源的高度依赖。 现代铝工业由原生铝工业( p r i m a r ya l u m n i u mi n d u s t r y ) 和再生铝工业 ( r e c y c l i n ga l u n u n i u mi n d u s t r y ) 组成。在原生铝工业领域，它依靠不可再生 的矿产资源和能源，采用传统的矿物加工处理方法来提取金属铝。而再生铝工 业领域，它的初始资源形态非常接近于原生铝工业的最终产品，为了达到再生 铝的目标产品，其生产工艺与矿物加工处理方法有本质上的差异。 从物质流动的方向看，原生铝工业是一神单向流动的线性生产模式，即“资 源一生产一消费一废弃物排放”，依靠的是高强度地开采和消耗资( 能) 源，同时 高强度地破坏生态环境。而再生铝工业却把生产活动组织成个“资源一生产一 消费一再生资源”的反馈式流程，最大限度地反复利用进入系统的物质和能量， 桂林工学院硕士学位论文 实现“低开采、高利用、低排放”，以提高生产运行的质量和效益。 再生铝工业孕育于循环经济发展过程，崛起于循环经济浪潮之中。再生铝 工业的崛起将大大减少原生铝工业对资源、能源的依赖和减轻对环境的压力， 它是现代铝工业的重要组成部分，代表着现代铝工业的未来发展方向。当一些 发展中国家在原生铝工业领域苦苦寻求可经济代替资( 能) 源与核心技术来应 对不断枯竭的资( 能) 源危机以及日益严重的环境压力时，一些发达国家却逐 步或全面退出原生铝工业领域，把原生铝工业转移到发展中国家，从国际市场 上获取本国所需要的铝资源，同时大力发展再生铝工业。按照循环经济理论， 重新规划铝工业发展模式，大力发展再生铝工业，把铝工业从以市场为导向的 产品工业转变为生态规律为准则的绿色工业，逐步实现资源、经济、环境与社 会的全面、协调与可持续发展。 但是在世界范围内，原生铝工业在现代铝工业中仍然发挥主要角色的作用。 根据路透社披露：2 0 0 3 年世界铝土矿产量1 4 4 亿t ，氧化铝产量5 2 5 5 5 9 7 t ，原 铝产量2 7 7 5 7 ) y t ，比美国铝业协会发布的2 0 0 0 年对应数据分别增加了7 、7 、 1 6 原生铝工业仍然在发展之中，总体趋势继续向着生产 氐成本、资源低消耗、 废物低排放和产品高质量方向发展，更加注意建立经济效益、环境义务和社会 责任之间的平衡。所以当作为代表现代铝工业的未来发展方向的再生铝工业出 现时，虽然大大减少原生铝工业对资源、能源的依赖并减轻了对环境的压力， 但仍然只能占到全球每年对铝需求的三分之一“1 ( 当前，全球每年对铝的需求约 3 0 0 0 万t ，再生铝产量接近1 0 0 0 万t ，原生铝仍占三分之二强) 。 综合以上传统工艺和传统工业两方面的情况，在未来几十年里赤泥产量仍 将以快速增长趋势产出，如何改善处理快速产出的赤泥是氧化铝工业必须面对 的问题。 1 1 3 铝土矿储量丰富的要求 从矿产资源方面来讲，虽然全球矿产资源枯竭危机日益显现，但原生铝工业 所依赖的铝土矿资源还是相当丰富的。已知资源储量约5 5 0 7 5 0 亿t ，探明储量 约2 2 0 亿t ，集中分布在1 2 个国家，其中几内亚( 2 5 ) 和澳大利亚( 2 0 ) 差不 桂林工学院硕士学位论文 多占了一半。9 0 0 0 年世界铝土矿产量1 3 5 亿t ，每年的增长率2 3 。按照这样的 基数和消耗速度，已探明矿产量储量可供氧化铝生产一百年”3 。 中国已探明的铝土矿组员储量只占世界总量的3 ，例如中国铝土矿资源第 二大省、产量第一大省河南，目前预测资源量为9 9 4 l t ，探明储量为6 亿t ，其 中可采及预可采只有1 7 8 亿t 。根据预算，河南省铝土矿可采储量只能保障省内 l o 年的消耗需求。若通过加大地质勘查投入，加强铝土矿专项勘查，可以延长 铝土矿资源保障年限5 1 0 年。1 。而几内亚、澳大利亚、巴西、牙买加等国具有 丰富的铝土矿资源。从战略角度出发，国家出台了一系列的政策鼓励企业“走 出去”。2 0 0 4 年1 0 月1 日，商务部和财政部联合发文，给予走出去探测开采资源 的企业以政策性基金补贴。与此同时跨国公司看好中国铝工业市场，纷纷进入 中国投资，如美铝对平果的投资、加铝对青铜峡的投资、海德鲁在无锡的投资， 他们实施以中国为基地的两头在外的策略，着眼于全球市场“3 。所以我国具有 一定实力的氧化铝企业也开始走出去，开拓寻找更好的投资环境，或者计划在 沿海建设氧化铝厂用以加工进口铝矾土w 。 所以就铝土矿储量、国家政策和国际形势来看，赤泥在相当长一段时间内 仍有大量产出，大量赤泥的排出给环境带来的压力仍将很大。s d 铝业公司利用 山西阳泉和澳大利亚矿石生产氧化铝处于大环境之下也不例外，所以无论从哪 方面考虑，赤泥的产量在未来很长时间里仍将保持快速增长趋势，如何妥善处 理利用快速产出的赤泥是s d 铝业公司为快速发展所必须面对的问题。 1 1 4 国内氧化铝工业发展的需要 2 0 世纪8 0 年代初，中国有色工业提出“优先发展铝工业”的发展方针，中 国开始逐步具备了发展铝工业的一定条件，铝工业有了长足的发展。截至至u 2 0 0 2 年底，我国电解铝企业1 3 5 家，总产能力达到5 3 9 万t ，原铝产量达4 3 2 万t ，居世 界第一位【6 】，成为世界第一大铝生产国，并结束了一百余年来铝挣进口国局面 而成为净出口国，这是一个有里程碑意义的巨变。 来自中国有色金属工业协会的统计，2 0 0 4 年1 1 0 月，国内氧化铝产量5 7 9 万t ，比上年同比增长15 ，预计全年产量将达n 7 0 0 万t ：电解铝产量5 5 8 8 1 万t ， 同比增长2 3 ，预计全年产量将达至1 j 6 5 0 万t ；铝加工产量3 6 0 万t ，同比增长2 7 。 4 桂林工学院硕士学位论文 整个行业经济效益好于上年，但实现幂税和利润主要集中在氧化铝企业，独立 电解铝企业经济效益下降，亏损面加大。 国内氧化铝实现了由价格双轨制向完全市场价格的转变，先后经历了4 次价 格浪潮，有喜有忧，耐人寻味。我国铝工业在氧化铝市场的跌宕起伏中快速成 长，从名不见经传一跃成为世界最大的原铝生产国和氧化铝消费国，氧化铝生 产第二大国。 国内外氧化铝生产及市场状况1 7j ： 1 、世界氧化铝的生产及消费现状 2 0 0 3 年世界氧化铝总产量为5 9 2 2 万t ，其中冶金级氧化铝产量为5 4 5 7 万t ， 化学品氧化铝产量为4 6 5 ) i t 。截至2 0 0 4 年3 月，世界氧化铝生产主要集中在2 9 个国家的6 9 个氧化铝厂，总产能6 3 3 1 万t 。其中冶金级氧化铝产能约5 8 0 1 ) j r ， 占9 2 ，非冶金级氧化铝产能约5 0 0 万t ，占8 。2 0 0 2 年以来，由于电解铝产能 增速过快，引起世界范围内冶金级氧化铝供应紧张，现货氧化铝价格高涨促使 世界氧化铝产能利用率提高，据c r u 报告显示，2 0 0 3 年世界冶金级氧化铝产量 增长率达n 8 2 ，产能利用率达到9 5 以上。预计2 0 0 4 年世界冶金级氧化铝的产 量将达到5 7 2 5 万t 【6 l ，这种产量水平仅能满足世界现有电解铝生产水平的需要， 但远不能满足今后世界原铝产能增加的需要，因此世界范围内氧化铝供应紧张 的局面将会持续至1 2 0 0 5 年以后，等待新增产能的大量投产才能使氧化铝供应紧 张的矛盾得到解决。 2 0 0 3 年世界原铝( 铝锭) 产量达到2 8 万t ，冶金级氧化铝需求量为5 4 6 0 万t 。2 0 0 4 年世界氧化铝消费量将首次突破6 0 0 0 万t ，预计将达虱 6 2 2 0 万t 左右， 其中冶金级氧化铝消费量约5 7 5 0 万t ，2 0 0 4 年世界冶金级氧化铝缺口约2 5 万t 。 2 0 0 4 年国内氧化铝消费量预计将达到1 3 0 0 万t 左右，占世界消费总量的比例将上 升到2 1 ，其中冶金级氧化铝需求量约1 2 4 0 万t 。化学品氧化铝需求约6 0 万t 。 2 、国内氧化铝市场现状 2 0 0 3 年，世界氧化铝市场由两年前的过剩局面转为略有短缺，从一定程度 上刺激了国产氧化铝产量快速增长，国内全年生产氧化铝( 含化学品氧化铝) 约6 1 8 万t ，比上年同期增长1 2 。随着世界经济的持续向好以及国内电解铝产 能的不断增长，氧化铝消费快速增长，2 0 0 3 年，国内进口氧化铝5 6 1 万t ，比上 桂林工学院硕士学位论文 年同期增长2 2 7 。 对未来氧化铝市场的看法口】： 1 、世界原铝需求前景广阔。自2 0 0 4 年4 月份起，国内铝价大幅下挫。在基 本面没有太大变化的情况f ，金属市场外围最基础的经济环境并没有恶化。 美国铝业协会有关数据显示，美国生产商的铝订单在2 0 0 3 年第4 季度丌始增 长，2 0 0 4 年年初的订单量比去年同期提高了1 4 5 。加拿大铝业公司在一份报 告中称，中国2 0 0 4 年将取代美国成为世界最大原铝消费国。c r u 的统计数据表 明，2 0 0 3 年中国铝消费增长超过2 0 ，并且市场对铝旺盛的需求将会持续下去。 三峡工程、西电东送等一大批项目的建设，为2 0 0 4 年及今后一段时期我国经济 持续快速增长创造了更为有利的条件。中国汽车工业协会公布的数据显示：2 0 0 3 年，我国汽车产量达至1 j 4 4 4 4 万辆，增长3 6 7 。中国有望在未来1 0 1 5 年成长 为世界最大的汽车市场，年销量达1 7 0 0 万辆，汽车保有量超过1 亿辆。目前我 国汽车用铝平均只有2 0 公斤车，丽德国已达到1 1 0 公斤车，专家预计，2 0 0 5 年 汽车行业铝的总需求量将达到1 4 0 万t ，2 0 1 0 年有望达到2 5 0 万t 左右。届时铝将 代替钢铁成为汽车工业的主要材料，这些有利因素成为支持铝价稳定运行的坚 定因素。 国际方面，由于国家下调出口退税率8 ，加之电力短缺，以及一些非市场 因素影响，中国铝出口下降，国际市场上已很难找到中国铝锭，国际市场铝的 供求关系将发生一系列戏剧性变化，铝升水有可能会进一步上扬。 2 、国内氧化铝供求矛盾短期内难以改善。由于世界氧化铝产能利用率已达 到极限，而2 0 0 4 年2 0 0 5 年我国氧化铝需求仍将保持快速增长态势，必然加剧 世界氧化铝供应紧张的状况。据初步了解，目前全国在建拟建的氧化铝项目已 达1 9 个，规模年产氧化铝1 0 0 0 万t 以上，相当于目前两个中铝公司的产量”l 。尽 管目前国内外新( 扩) 建氧化铝项目为数众多，但是通常情况下，氧化铝项目 从开工到形成产能需要2 3 年左右的时间，。氧化铝工业的高投入、高风险、长 流程决定了其投资周期长，建设进程慢，这就意味着2 0 0 5 年底之前世界氧化铝 产量增幅不大。 值得一提的是，继国内“电解铝热”之后，“氧化铝热”急剧升温。发展 氧化铝项目，必须首先考虑如何获得充足、持续的资源和能源保障。在国内已 6 桂林工学院硕士学位论文 探明的铝土矿资源量没有较大增长、煤电油运持续紧张的情况下，氧化铝产业 发展的不确定因素同渐增多，发展氧化铝项目需要承受的投资风险日益加剧。 可以预见，近两年国内氧化铝供应的有效增长空间不大，而新增的电解铝产能 迫于还贷等压力，不可能长期闲置，氧化铝需求缺口只会越来越大。 综合以上因素分析，未来几年，国内氧化铝供应依然维持短缺局面，并将 进一步依赖进口。在世界氧化铝产能利用率达到现阶段的水平，无法大量满足 新增氧化铝需求的情况下，可以预见，今后一段时期，世界范围内氧化铝短缺 状况难以得到根本改变，供需矛盾将进一步加剧。 在这种市场环境下，拥有自主生产氧化铝能力和自己的发电厂的s d 铝业公 司，从公司利益出发必然加强氧化铝的生产。据s d 铝业公司高层人士2 0 0 4 年1 2 月表示，2 0 0 5 年公司氧化铝产量将提高到1 0 8 万t ，增长8 ，高于2 0 0 4 年预期的 1 0 0 万t 的产量。该公司表示，在2 0 0 5 年的总计划中，其中7 7 力t 为生产铝原料的 氧化铝，而2 0 0 4 年同样等级的氧化铝产量预计为7 0 万t 【8 】。 由上述可知，s d 铝业公司在很长时间内将大量生产氧化铝，与此同时，赤 泥的产量在很长一段时间内也仍将是以快速增长的趋势增长，如何处理快速产 出的赤泥是s d 铝业公司为自身快速发展所必须面对的问题。 综上所述，赤泥的大量产出使s d 铝业公司面临困境，赤泥的处理利用追在 眉睫。而在短时间内采取措施利用消耗掉大量赤泥又是不现实的，为了解决这 一问题本实验提出利用赤泥筑坝储存赤泥，已废治废。利用赤泥筑坝是一种简 便快捷的处理赤泥大量产出的一种有效措施，赤泥筑坝不仅变废为宝，节约投 资，又可以减少堆放场地，节约用地，同时便于集中堆贮，有利于提高整体环 境质量。 1 2 赤泥处理的现状 1 2 1 赤泥的基本性质及其工程特性 1 2 1 1 赤泥的化学成分及物相组成 赤泥是一种不溶性的残渣，主要由细颗粒的泥和粗颗粒的砂组成，其化学 7 桂林工学院硕士学位论文 成分取决于铝土矿成分、生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成分、 以及新生成的化合物的成分等。目前，氧化铝生产方法有三种，即：拜尔法、 表1 1 国内氧化铝厂赤泥的化学组成( ) 序成分烧结法混联法 【号山东贵州山西中卅i平均郑州山西平均 l s i o 。 2 2 0 02 5 9 02 1 4 32 1 3 62 2 6 72 0 5 02 0 6 32 0 5 6 2 t i 0 23 2 0 4 4 02 9 02 6 43 2 97 3 02 8 95 0 9 3 a 1 。吼 6 4 08 5 08 2 28 7 67 9 77 o o9 2 08 1 0 4 f e 2 0 39 0 2 5 o o8 1 28 5 67 6 88 1 08 1 08 1 0 5 灼碱 1 1 7 01 1 1 08 0 01 6 2 6 1 1 7 78 3 08 0 68 1 8 6c a o4 1 9 03 8 4 04 6 8 03 6 0 1 4 0 7 8 4 4 1 0 4 5 6 34 4 8 6 7n a 2 02 8 0 3 1 0 2 6 0 3 2 12 9 32 4 03 1 52 7 7 8 k ，0 o 3 00 2 00 2 00 7 70 3 80 5 00 2 0o 3 5 9 m g o 1 7 01 5 02 0 31 8 6 1 7 7 2 0 02 0 5 2 0 2 1 0 合计 9 9 0 29 8 1 01 0 0 39 9 4 39 9 2 41 0 0 29 9 9 11 0 0 o 袁1 2国内氧化铝厂赤泥的物相组成( ) 烧结法拜耳法 物相含量物相 含量 原硅酸钙 2 5 0一水硬铝石 2 o 水和硅酸钙 1 5 0水化石榴石 4 6 1 0 水化石榴石9 0钙霞石 1 2 3 0 方解石 2 6 0 赤铁矿 1 7 0 含水氧化铁 7 o钙钛矿 1 3 6 霞石7 0伊利石 2 水合硅酸钠 5 0 钙钛矿 3 0 烧结法和联合法，三种不同的方法生产的赤泥成分、性质、物相各异。除我国 桂林工学院硕士学位论文 和前苏联外，其它各国均采用拜尔法生产，拜尔法产量约占世界总产量的9 2 。 s d 铝业公司采用烧结法生产氧化铝，同时在尝试用拜尔法生产氧化铝。 拜尔法生产采用的是：强碱n a o h 溶出高铝、高铁、一水软铝石型铝土矿，产生 的赤泥氧化铝、氧化铁，碱含量高：烧结法和联合法处理的是难溶的高铝、高 硅、低铁、一水硬铝石型、高岭石型( 前苏联用霞石) 铝土矿，生产的赤泥c a o 含量高，碱和铁含量较低。表1 1 表1 5 是不同的生产方法生产的赤泥的成 分”1 。 表1 3国外拜耳法氧化铝厂赤泥化学组成( ) 成分 a i2 0 3 s i 0 2f e 2 0 3 c a o n a 2 0z i 0 2 赤泥l 2 4 4 01 6 5 03 8 6 09 7 0 赤泥2 2 2 9 01 6 2 0 3 4 5 01 8 08 7 08 4 0 赤泥3 1 9 9 01 9 o o3 2 6 01 2 9 0 表l _ 4国外拜耳法氧化铝厂赤泥物相组成( ) l 物相赤铁矿钙霞石 针铁矿钙钛矿方解石水合石榴石 1 含量 3 5 o o 3 0 o o5 o o6 o o3 o o1 0 0 0 表1 5国内国外赤泥附液成分对比 项目烧结法联合法国外拜耳法 p h 1 41 41 2 总固含( m g 1 ) 2 6 0 0 7 6 0 0 1 2 0 0 0 碱度( m g 1 ) l l o1 2 03 6 0 k + ( m g 1 ) 1 2 1 2 2 6 9 02 4 0 n a + ( m g 1 ) 1 6 0 0 1 5 0 0 m 9 2 + ( m g 1 ) 0ol c a ”( m g 1 ) oo4 s o ；2 一( m g 1 ) 6 0 07 01 3 5 s o 。( m g 1 ) 1 73 04 5 c i 一( m g 1 ) 2 0 2 6 01 85 5 9 桂林工学院硕士学位论文 1 2 1 2 赤泥的物理性质及水理性质 赤泥的物理性质指标主要包括比重、密度、孔隙比、含水量、界限含水量 ( 塑限、液限、塑性指数和液性指数) 、饱和度等：水理性质包括渗透性、崩解 性及膨胀性。 容重( k g )塑限含水量塑性指数真比重粒级( m m )粘聚力 ( ) ( k g 1 )( k g c m 2 ) 08 1 16 0 7 01 5 3 52 7 3 0 0 5 0 2 50 3 0 0 8 1 孔隙比液限含水量液性指数熔点( )渗透系数内摩擦角v ( )( c m g )( 。) 2 2 37 5 9 00 5 1 51 2 0 0 1 2 8 02 0 4 1 0 一 2 1 2 9 4 8 3 1 0 1 1 2 1 3 赤泥的力学性质 赤泥的力学性质包括压缩性、抗剪强度、无侧限抗压强度、赤泥的综合连 接强度及地基承载力等指标，详见表1 7 。 表i 7 赤泥力学性质 序号 指标指标值 1 压缩系数s 。( m p a - 1 ) 1 0 1 6 2 抗剪中( 。) 2 2 3 0 3 强度c ( k p a ) 3 0 7 0 4 无侧限抗压强度( k p a ) 1 9 7 5 3 5 5 综合连接强度( 总强度) ( k p a ) 1 7 7 2 8 0 6 承载能力f 。( k p a ) 2 5 0 从s d 铝业公司烧结法赤泥的化学、物理性能可以看出以下几点：( 1 ) 赤泥 1 0 桂林工学院硕士学位论文 的矿物组成中，有一半以上是b 一2 c a o s i 0 2 ，它是一种水硬胶凝性的活性矿物。 此外，还含有c a o 、s i o ：、f e 。o ，及a 1 。0 。等成分的其它矿物，这对利用赤泥筑坝提 供了有利条件。( 2 ) 赤泥固结后的抗剪强度、粘聚力、内摩擦角等物理力学性 能都较好，故可直接用赤泥构筑堆场坝体。 1 2 2 国内外赤泥综合处理利用现状 1 2 2 1 国外赤泥综合利用的开发研究 从1 9 4 0 年以来，各国发表的有关文献资料达4 0 0 多篇，提出了几十种方法， 但绝大多数未达到工业生产规模。研究较多的是有用金属的回收，如：( 1 ) 烧结 法赤泥中回收稼，使氧化铝成本降低i 3 。( 2 ) 利用废气中的s 0 2 回收赤泥中n a 、 s i 、a l 的同时，使赤泥中的f e 、t i 被富集在废渣中，经一定方法处理n a 、s i 、 a l 的溶出率分别为1 0 0 、8 0 、6 0 9 6 。( 3 ) 在高温下，在赤泥浆中通入c o 。气体， 可获得高纯度的碳酸钠。( 4 ) 拜耳法赤泥的铁含量常高达3 0 ，日本、匈牙利、 美国等一些国家，将赤泥焙烧后，加入沸腾炉内，在7 0 0 8 0 0 下还原，使赤 泥中的f e o 转变为f e 。0 ，冷却、粉碎、磁选，可得到含铁6 3 7 1 的磁性产品， 铁回收率为8 3 9 3 ，是一种高品位的炼铁精矿。对于非磁性产品，经化学选 矿法可回收a l 、t i 、v 、c r 等元素。( 5 ) 原苏联、南斯拉夫等国，将赤泥在电炉 里熔炼得到铁和废渣，然后采用湿法冶炼的方法，经萃取可获得钛、锗、铀、钍 和稀土元素，当年处理赤泥量达i 6 xi 0 5 t 时，除从赤泥中回收了可观的铁、 铝、钠外，还得到含镭8 5 5 、铀+ 钍为1 0 、稀土为0 4 9 的稀有元素，具有显 著的经济效益。 另外，赤泥在冶金、建材、化工、农业等方面的利用也作了一些研究，如： ( 1 ) 在原苏联，炼铁烧结时，添加2 赤泥，可提高烧结矿强度；( 2 ) 原西德铝业 公司从6 0 年代末对用赤泥作沥青填料、炼钢保护渣、土壤改良剂等进行了研究； ( 3 ) 美国、日本利用赤泥作废水、废气的净化剂，效果良好，成本低：( 4 ) 美国、 同本等将赤泥作橡胶、塑料的填料；( 5 ) 德国北部平原，用赤泥作土壤改良剂， 使荒地改造成肥沃的耕地，土壤的矿物质和养分均有增加：( 6 ) 原苏联用赤泥生 产不同型号的水泥等等“。 桂林工学院硕士学位论文 1 2 2 2 国内赤泥综合处理利用的开发研究 我国是世界最大氧化铝生产国之一，在2 0 0 0 年，由中国铝业生产的氧化铝 产品( 包括氧化铝、氢氧化铝和氧化铝化工产品) 产量约为4 3 0 万t ，约占当年中 国氧化铝产品消耗总量的7 0 ，使中国铝业成为全球第三大氧化铝生产商。2 0 0 3 年仅第三季度产量1 6 0 万t ，相应赤泥量也与此相当。2 0 0 4 年氧化铝产量年比增 加了6 5 万t 至5 2 1 万t 。现我国主要氧化铝生产厂，分别位于山东、山西、河南、 贵卅f 、广西。和国外相比，由于我国铝土矿资源类型特殊高铝、高硅、低 铁、一水硬铝石型，溶出性能较差，其矿石特点决定了我国氧化铝生产方法除 广西平果铝业公司采用拜尔法生产氧化铝外，其余均采用拜尔一烧结联合法( 主 要采用混联法) 生产氧化铝。我国拜尔法产出的赤泥特点是：铁及氧化铝含量 商( 较国外拜尔法赤泥低) ；联合法产出的赤泥特点是铁、碱含量低，氧化钙含 量高。针对两种不同特性的赤泥，我国冶金工作者在赤泥综合利用