赤泥综合利用的可行性分析

赤泥综合利用的可行性分析

赤泥的综合利用赤泥是从铝矿中提取二氧化硅后的浪费。中国每年的赤泥排放量超过600万吨。目前,我国的赤泥多数采用露天湿法或干法堆存,这不仅占用大量土地资源,同时,赤泥中的碱渗入地下容易造成土壤和水体污染。为了降低赤泥给环境带来的危害和促进铝工业的可持续发展,各国对赤泥的综合利用都给予了高度重视,并开展了大量的研究工作。到目前为止,赤泥的综合利用方式主要有以下几种:①生产建筑材料;②回收赤泥中的有价金属元素;③制备吸附材料用于废气和废水处理;④修复污染土壤等。其中,利用赤泥生产各种建筑材料具有吃渣量大、能将赤泥整体利用、利于周围环境治理等优点,是赤泥利用最为有效的途径。以下对赤泥近年来在国内胶凝材料、制砖、建筑装饰用微晶玻璃、建筑陶瓷、路基材料、保温材料和混凝土等建筑材料领域的应用情况和最新进展作综合介绍。1用红污泥连接材料1.1利用赤泥进行脱碱处理赤泥的主要化学组成为SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3。赤泥可以代替部分生料生产不同品种的水泥,如硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥等。我国山东铝厂早在20世纪60年代就利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥,并建成了大型水泥厂。由于赤泥含碱量高,用量过多就达不到水泥生产所要求的低碱特性,所以,赤泥在水泥生料中的配比仅为25%左右。卜天梅等在常压条件下利用石灰对赤泥进行脱碱处理,提高了赤泥在水泥中的添加量。试验中,用添加32.41%脱碱赤泥的生料制备成的普通硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥,其抗折强度和抗压强度均合格。与硅酸盐水泥相比,碱对硫铝酸盐水泥的影响要小一些,因而可以用高碱赤泥生产硫铝酸盐水泥,赵宏伟等对此进行了研究,结果表明,含40%左右赤泥的生料制备的硫铝酸盐水泥水化早期强度发展比较好,水化浆体结构密实,水泥力学强度优于市售的42.5快硬硫铝酸盐水泥。1.2碱矿渣-赤泥水泥从赤泥的物相组成来看,其含有一定量的能够发生水化反应的β-C2S、C3A及其他一些无定形铝硅酸盐物质,这使得赤泥具有一定的水硬活性,可以直接与水泥熟料、其他废渣和激发剂复合来制备胶凝材料。潘志华等制备了赤泥与矿渣质量比为30∶70的碱矿渣-赤泥水泥,其除了具有正常的凝结时间、良好的体积安定性和高的强度以外,其抗干缩、抗碳化、耐冻融和抗化学侵蚀性能也优于同标号的P·O52.5水泥。冯向鹏等对赤泥进行热激发处理,将600℃煅烧赤泥配以矿渣、煤矸石、钢渣以及自配的调节剂(赤泥含量为50%)生产胶凝材料,生产的水泥达到42.5水泥的强度要求。孙恒虎等依据机械力化学原理,采用高能球磨技术对煅烧赤泥进行活化处理,结果发现机械力化学效应可使赤泥中Si-O、Al-O键的键能降低,使Si(Al)四面体的畸变度增大。以赤泥含量50%、粉磨时间30min的赤泥配制的胶凝材料,水泥强度达到42.5水泥标准。2红泥法用于砖制造2.1u3000eu2004赤泥粒度细,质软,有一定的塑性,可以代替黏土用作烧结砖生产的原料。汪文凌用可塑成型法将拜耳法赤泥∶黏土=70∶30的原料制成砖坯,然后在950℃烧结,所得砖体的抗压强度达到15.9MPa。王晓峰等用正交试验法对以赤泥和煤矸石为原料制备烧结砖的影响因素进行了探讨,在赤泥∶煤矸石=75∶25、煤矸石细度100目、烧结温度1000℃、保温时间120min、成型压力10~15MPa的最佳工艺条件下制备的烧结砖,各项性能指标均符合GB5101—2003《烧结普通砖》的要求,抗压强度达到MU20级。贺深阳等在总结不同成型方法和赤泥用量对烧结砖性能的影响后,选择拜耳法赤泥和低品位的石英砂为原料制备烧结砖,其抗压强度高达77.8MPa,大大超出GB5101—2003《烧结普通砖》最高级MU30的要求。2.2免烧砖的养护效果免烧砖是利用主体材料和骨料不经高温煅烧而制造的一种新型墙体材料。赤泥具有一定的水硬活性和激发粉煤灰、矿渣等材料活性的能力,具备制备免烧砖的条件。杨家宽等在国内第一条赤泥砖生产线上,利用山东铝厂的烧结法赤泥、电厂粉煤灰和矿山石渣为主要原料进行了免烧砖中试生产,结果自然养护的赤泥免烧砖达到了JC/T422—1991《非烧结普通黏土砖》标准中15级的要求,蒸压养护的赤泥免烧砖达到了GB11945—1999《蒸压灰砂砖》标准中优等品MU15级的要求。王伟广等采用模压成型和自然养护的方法制成赤泥免烧免蒸砖,其中赤泥、粉煤灰、石灰和砂子的掺量分别为40%、20%、15%和20%,所制得的砖的抗压强度21.35MPa,超过国家粉煤灰砖标准15MPa的规定。3等为工业和矿质材料建筑装饰用微晶玻璃又称人造花岗岩、玉晶石或微晶石,是天然石材的理想替代品。赤泥可以用来制备含不同主晶相的综合性能优良的矿渣微晶玻璃。张培新等以赤泥为主要原料,配以分析纯Na2CO3和MgCO3,在不加晶核剂的情况下制得了主晶相为钙铁透辉石的微晶玻璃,不仅抗折、抗压强度高,且化学稳定性也很好,既可用作建筑装饰材料,亦可用作化工、冶金工业中的耐磨耐蚀材料。徐晓虹等用赤泥、粉煤灰和煤矸石3种工业废渣为主要原料,添加少量熔剂制备出主晶相为8CaO·5SiO2、CaAl6O14和Fe2SiO4的微晶玻璃,经分析后认为是3种废渣中富含的氧化铁、氧化钛可充当晶核剂。4赤泥广泛应用于其他材料4.1无铅网络安全材料的开发赤泥能与黏土或能改变赤泥成形和烧结性能的助剂一起制备建筑陶瓷,如琉璃瓦和墙地砖等,为赤泥综合利用提供了一条新途径。贺深阳等利用赤泥及其他陶瓷原料制备出抗弯强度达29.3MPa的琉璃瓦素坯,开发出与该坯体烧结温度一致的无铅琉璃瓦用釉,并采用一次烧成工艺制备出符合JC/T765—2006《建筑琉璃制品》要求的无铅琉璃瓦。徐晓虹等以赤泥为主要原料,制备出高性能的赤泥质陶瓷内墙砖,其吸水率为10%~22%,抗折强度为20~35MPa,经耐急冷急热试验,样品无裂纹出现,性能达到GB4100—83《白色陶质釉面砖》标准。4.2利用赤泥生产的混凝土制品烧结法赤泥中含有大量的钙,因而可以取代一部分水泥和石灰生产加气混凝土。吴波等的研究结果表明,利用赤泥生产的加气混凝土制品容重和抗压强度均符合国家标准,且赤泥不需再次煅烧、烘干,生产成本经济,生产工艺可行。刘春等对水泥赤泥混凝土进行了研究,当赤泥代替水泥用量在15%以内时,混凝土的抗折强度与普通水泥混凝土相当,抗压强度也能达到设计要求。4.3烧结法赤泥现场应用将赤泥用作道路铺筑材料,是消耗赤泥量较大的一种综合利用方式。杨家宽等系统地进行了烧结法赤泥作为路面基层材料的室内试验,并在山东淄博建造了第一条烧结法赤泥的示范性公路,全长约4km,共消耗干基赤泥约1.5万t,经交通部门现场钻芯取样,基层强度达到国家一级公路和高速公路质量标准。4.4微孔硅酸钙知识产品制作保温材料也是赤泥在建筑材料中再利用的一部分。宋国卫等将赤泥与石灰、外加剂等混合,经过搅拌、凝胶化、成型、蒸压和干燥等流程,生产出微孔硅酸钙保温材料,制品符合GB/T10699—1998《硅酸钙绝热制品》,具有较好的经济效益。吴建锋等利用赤泥制备了具有保温功能的陶瓷砖,样品具有较高的抗压抗折强度及较低的导热系数。5赤泥的