铝厂生产赤泥免烧砖生产工艺的研究

铝厂生产赤泥免烧砖生产工艺的研究

0赤泥资源利用方面赤污泥是用碱性碱性溶液提取物生产a12o3的工业废物。山东铝业股份有限公司(以下简称“山铝”)自1954年建厂投产以来,氧化铝生产共排出废渣赤泥2200万t以上,如今堆场高度约72m,已达堆积极限而被迫停用。2001年又被迫花费约7000万元修建第二赤泥堆场,由于A12O3产量的增加,每年有100多万t赤泥外排到赤泥堆场,预计第二堆场最多还能使用2a。“山铝”必须耗巨资再寻找第三赤泥堆场。因此,赤泥的资源化问题成为制约“山铝”发展的重要课题。国外一般采用排海来处置铝业赤泥,国内几家铝厂都处在内陆省份,海洋处置的费用太高。国内外也有许多开展赤泥资源化的研究,包括制备水泥,生产陶瓷,塑料填料等。然而,目前大部分技术要么耗渣量太小,要么生产成本高、能耗太大。利用赤泥制备免烧砖新型建筑材料是一个被看好的新的发展方向。1试验部分1.1干赤泥湿赤泥烧结法赤泥中试生产中的赤泥全部取自“山铝”的第一赤泥堆场。赤泥取用2种,一种取自“山铝”第一赤泥堆场东坝坝底,为风化陈赤泥,多呈块状,表面干燥,存放时间为10a以上,简称“干赤泥”,破碎后最大粒径控制在8mm以下;另一种取自排放时间为1a以内的新鲜赤泥,简称“湿赤泥”。粉煤灰粉煤灰为“山铝”自备电厂电除尘收集,有干排灰和湿排灰两种。石灰取自氧化铝厂石灰窑收尘后的细粉,其活性氧化钙有效成分70%以上。石膏180目的二水生石膏细粉,石膏有效成分在80%以上。水泥从“山铝”水泥厂购买的425#普通硅酸盐水泥。骨料骨料也选用了2种,一种是石灰石矿剥离后的碎石渣;一种为市场购买的建筑用中砂,筛分后最大粒径控制在8mm以下。主要原料含水率经过110℃烘干24h测得,检测结果见表1。1.2免费烧砖生产工艺免烧砖生产的工艺流程见图1,其中养护工艺分为自然养护和蒸压养护。1.3砖坯质量、养护条件混料时间10~15min;混合料的含水率12%~15%压砖机喂料深度75~80mm;压砖机电流大小25~30A;砖坯厚度52.5~53.5mm;砖坯质量2.45~2.55kg;砖坯密度1.675~1.743g/cm3;砖坯原料陈化处理条件在室温25℃下陈化养护24h;砖坯自然养护条件在室温25℃下淋水养护28d出厂;砖坯蒸压养护条件蒸汽压力为1.2MPa下保压4h,蒸养后砖存放7d出厂。1.4自然养护赤泥免烧砖试验方案根据前期实验室的小试结果,确定基准配方,主要调节干赤泥和湿赤泥含量的比例,制定自然养护赤泥免烧砖试验方案见表2。蒸压养护的赤泥砖的试验方案见表3。2试验结果与讨论2.1自然养护的赤泥免烧砖的性能第一组自然养护的赤泥免烧砖的强度检测结果见表4。第二组蒸压养护的赤泥砖的检测结果见表5。从表2和表4试验结果可以看出,通过控制合适的干赤泥和湿赤泥的比例,自然养护的赤泥免烧砖的性能能够达到非烧结普通粘土砖(JC422-91)15级的强度标准。从表3和表5试验结果可以看出,通过控制合适的工艺条件,蒸压养护的赤泥免烧砖的性能能够达到蒸压灰砂砖(GB11945-1999)优等品MU15的强度标准。2.2不同年份的赤泥xrd分析“山铝”第一赤泥堆场主要是烧结法赤泥,刚排放的新鲜赤泥含水量高,碱含量也偏高,并且含有大量的活性物质β-2CaO·SiO2。随着堆存时间的延长,赤泥会发生一系列物理化学变化,其化学组成和矿物组成也会发生变化,分别见表6和图2。从表6可以看出来,随着赤泥堆存年限的不同,各元素化学组成有些变化,主要是由于不同年份生产过程中铝土矿等原料来源不同以及生产工艺变化造成的。赤泥的化学组成中主要是CaO和SiO2,它们的总量大约占50%以上。从表6中还可以看出,各元素的化学组成随年份变化不大,然而灼烧减量(LOI)随着堆存时间的增加而明显增加。造成LOI值明显增加的主要原因是赤泥堆存中CaO逐渐风化成方解石,这可以从灼烧过程中CO2排放量得到验证。从图2不同年份的赤泥的XRD图谱中可以明显看出,随着赤泥堆存时间的增加,具有胶凝活性的β-2CaO·SiO2逐渐减少,方解石(05-0586)逐渐增加,并成为主晶相。在中试生产中一般将1a内的湿赤泥和10a以上的干赤泥搭配使用。主要有以下好处:(1)湿赤泥和干赤泥搭配可以调节混合料合适的含水率,一般不需要外加水;(2)1a内的湿赤泥活性物质β-2CaO·SiO2含量高,有利于增加砖的强度;然而湿赤泥加入量过高,游离碱的含量高,容易导致赤泥砖表面泛霜。从1#至4#配方试验结果可以看出湿赤泥:干赤泥的干质量比例在(2~4)∶1的范围内,自然养护的赤泥免烧砖的强度较高。2.3控制混合料的含水量,并加强养护过程的保温控制(1)生石灰作为固化剂一方面可以利用石灰与原料中的活性SiO2和活性Al2O3发生水化胶凝反应,另一方面生石灰强烈吸水放热反应能够破坏赤泥表面的惰性保护层,激发赤泥中的物质进一步发生水化胶凝反应。生石灰对于赤泥砖的强度形成具有重要作用。在生石灰的陈化工艺中,一方面要注意混合料含水量的控制。含水量偏高,容易导致陈化过程中物料结块,这就是通常所说的陈化仓中物料“结仓”的现象,严重影响下一步的正常生产,并可能导致赤泥砖终强度的降低。如果陈化过程中混合料含水量偏低,或陈化温度太低,陈化时间不够,生石灰没有获得充分消解就压制成型,这样在自然养护的一周内,或蒸压养护过程中会在砖的内部产生大量的微细裂纹,导致砖的强度下降,抗冻性明显降低。(2)在山东、山西等北方地区冬季生产赤泥免烧砖,要注意在陈化过程以及初期自然养护过程中加强保温措施,可以采用太阳房消化仓和太阳房自然养护室等方式,既节能又环保。(3)在免烧砖的生产过程中,物料的级配对赤泥免烧砖压制成型过程中排气和赤泥砖的成型能力具有重要影响。一般要求砂子或石硝等骨料的含量≮30%。2.4测试结果及分析对于蒸压养护的赤泥砖由相关单位进行了全套性能测试,测试结果见表7。可以看出蒸压养护的赤泥免烧砖的性能能够达到蒸压灰砂砖(GB11945-1999)优等品MU15的强度标准。2.5免烧砖设计的经济分析规模为年产300万块赤泥标砖的生产线采用自然养护和蒸压养护两种工艺,工程经济性比较见表8。3免烧砖的原料配比(1)利用赤泥、粉煤灰、矿山石渣等铝工业废渣在国内第一条赤泥砖生产线上制备出自然养护的赤泥免烧砖,蒸压养护的赤泥砖,分别可以达到非烧结普通粘土砖标准(JC/T422-1991)(1996)15级和蒸压灰砂国家标准(GB11945-1999)中优等品MU15级的要求。(2)由于赤泥堆存的年限不同,物理化学性质存在差别,在生产中控制湿赤泥和干赤泥合适的比例,干重量比例在(2~4)∶1的范围内,自然养护的赤泥免烧砖的强度较高。(3)在生产