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赤泥的综合利用 您的位置:首页 固废利用 赤泥的综合利用

  1、概述
  赤泥是 铝土矿制取氧化铝后所剩余的红褐色、粉泥状 强碱性固体废料,是氧化 铝生产过程中必不可少的副产物。一般每生产1 t氧化铝,可产出赤泥1.0~1.8 t。随着铝工业的发展,目前,全世界 每年产生的赤泥约5000万t。2000年,我国赤 泥排放量大约为400万t,排出的 赤泥主要采取露天筑坝堆存处理。由于缺 乏既经济又可行的技术,赤泥的 综合利用率一直处于较低水平,仅为4%左右,远低于 中国工业固体废物65%的平均利用水平。目前,中国赤 泥累计堆存量约2×108 t,预计到2015 年将达3.5×108 t,由于大 量的赤泥未得到充分利用,长期占用大量土地,造成土地碱化,地下水受到污染,同时又极易造成“二次扬尘”污染环境,危害人们的健康。因此,必须加 快赤泥的综合利用研究。

  2、赤泥的 化学成分及物理性质
  2.1、化学成分
  赤泥因 含有较多氧化铁,其外观 颜色与赤色泥土相似,因而得名。赤泥的 主要矿物成分为:硅酸二钙53%,方钠石11%,水化石10%,赤铁矿7.5%,钙钛矿石1l%,镁蔷薇辉石5%。赤泥的 化学成分取决于铝土矿的成分、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,通常赤 泥的主要成分为AI2O3, SiO2,CaO,Na20等。 2.2、物理性质
  2.2.1、赤泥的物理性质指标。
  物理性 质指标主要包括密度、孔隙比、含水量、界限含水量(塑限、液限、塑性指数和液性指数)和饱和度等。 2.2.2、赤泥的水理性质。
  水理性 质主要包括渗透性、崩解性以及膨胀性,它受赤 泥的物质组成及堆放后的演变所制约。①持水、析水特性。赤泥不仅含水量大,而且有持水特性,其持水量在79.03%一93.20%,尤为特 殊的是当振动时析水量仍为5.00%~14.93%。这意味 着赤泥受振动时,其结构会改变,其工程性能恶化。②收缩与膨胀性。赤泥虽然高孔隙、高含水,但干燥后不发生收缩。这说明 高含水不是亲水矿物存在的结果。同时,也无膨胀性。③崩解性。试样加蒸馏水,几乎不发生变化。试样加入5%的HCI和H:SO。,经过24 h,试样颜色有变化,并呈片 状和小块状崩解,但未解体。随着时间的延续,试样表 面有大量白色的盐析出,并明显硬化,这是CaCO3,和Na2SiO2重晶和 胶结作用的结果。④液化势。新堆积的赤泥,由于高含水,其值绝 大多数大于液限,加之粉 粒和砂粒为憎水性的文石和方解石。因此,新堆积 的赤泥在振动下有发生液化的可能。 2.2.3、赤泥的 脱水陈化与强度。
  大量试验表明,赤泥强 度与其堆放时间并无必然的因果关系,仅仅依 赖延长堆放时间没有工程意义。只有在 延长时间的同时强化脱水,才是提 高强度和改善赤泥工程性能的先决条件。

  3、赤泥的处理利用
  3.1生产水泥
  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。     
  赤泥浆过滤脱水后,与砂岩、石灰石 和铁粉等共同磨制生料浆(赤泥配比可达25%-30%),调整到 符合技术指标后,用流入 法在蒸发机中除去大部分水分后(或直接喷入),入回转窑煅烧为熟料,再加入石膏、矿渣等 混合材料碾磨到一定细度即制得水泥产品,赤泥配 比受原料和燃料质量的影响,当配入赤泥28%时,需配人石灰石65%和砂石7%。用赤泥 生产的水泥具有早强、抗硫酸盐、水化热低、抗冻及耐磨等性能。
  俄罗斯 第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥,生料中赤泥配比可达14%。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。
  3.2、用作路基材料
  赤泥中 含有较多的硅酸二钙,故具有水硬性质。将赤泥 作为路基材料应用于公路建设,工艺简单,操作方便,无二次污染,投资少,见效快,经济效益好,原材料消耗量大、赤泥配比高,是比较 理想的赤泥综合利用技术之一。利用赤泥修路,可减少 对土地的占用和环境污染,节约大 量用于铺筑路基的水泥和碎石,对于降 低工程造价具有重要意义。
  3.3、生产砖
  原料→预加工→配料→料浆制备(加稀释剂)→喷雾干燥→压型→干燥→施釉→煅烧→成品
  该法生 产的陶瓷釉面砖,以赤泥为主要原料,取代了 传统的陶瓷原料,不但可 以降低原材料费用,而且具 有极大的环保意义。
  3.4、制炼钢用保护渣
  烧结法赤泥含有SiO2、Al2O3、CaO等组分。还含有Na20、K2O、MgO熔剂组分,是生产 钢铁工业浇铸用保护材料的理想原料。生产赤 泥保护渣的配方与生产工艺及钢种、锭型有关。基于赤泥CaO/SiO2比值高、碱性强等特点,用含酸性氧化物SiO2 、Al2O3较高的 珍珠岩石为辅助材料,来调节碱度,选择粒 度细的土状石墨为绝热剂,控制渣的熔化速度,提高剥离性。
  制保护渣前,先将赤泥浆脱水至35%以下,对各种 原料进行干燥和质量分析,并按配 比批量称重配料,将配好 的料研磨至一定细度。在混合 料中加入外加剂、发热剂、混匀包装即为产品。
  赤泥烘 干后的水分小于0.5%,细度为60目-100目。用赤泥 制成的保护渣使用于碳素钢、低合金钢、不锈钢等钢种和锭型。应用这种保护渣浇铸,一般在 锭模内加人量为2kg-2.5kg。
  这种保 护渣可以显著降低钢锭头部及边缘增炭,提高钢锭质量,可明显 改善钢坯低倍组织,提高钢 坯成材质量和金属收率,具有比 其他保护材料强的同化性能。
  3.5、制塑料填充剂
  赤泥对PVC(聚氯乙烯)具有显 著的热稳定作用, 它与PVC 常用稳 定剂并用时具有协调效应, 使填充后的PVC 的制品 具有优良的抗老化性能, 可延长制品的寿命, 比普通的PVC制品寿命长2倍-3倍。普通PVC 在露天使用8年后, 强度完全失去, 而赤泥 聚氯乙烯塑料仍然保持着良好的力学性能, 未见任何老化现象。且赤泥 聚氯乙烯复合塑料具有阻燃性, 可用于生产建筑型材。
  3.6、制硅钙肥料
  赤泥中 含有植物生长所必需的Fe、Mg、P、K、Mn、Cu、Zn、B 等微量元素, 因此是 良好的碱性复合肥料。以赤泥主要原料, 添加一 定成分的添加剂经混合、干燥、球磨后制成的硅肥, 将此种 硅肥用于黄淮海平原的花生种植的肥料, 由于含有大量的SiO2和CaO 对于花 生的生长较为有利, 花生的 产量获得了较大的提高, 同时又 大大地节约了生产成本。硅肥可 以改善植物的细胞组织, 改善作物果实的品质, 在缺硅 的土壤中可增产8%-15%。
  3.7、用作硅肥。
  近年来,国内一 些研究单位对硅肥进行了深入研究,研制出 了独特的硅肥添加剂,河南省 已批准成立了省硅肥工程中心。河南省 科学院近年开展的大面积试用硅肥表明,硅肥可 以改善植物的细胞组织,改善作物果实的品质,在缺硅 的土壤中可增产8%~15%。硅肥是继氮、磷、钾肥之后的第4大元素肥料,它对多 种农作物具有较好的营养作用,大力发展硅肥,是赤泥 综合利用的又一可行途径。 3.8、提取有价金属。
  该技术 主要以拜耳法赤泥为原料,以煤为还原剂,直接还原炼铁。铁以海 绵铁的形态产出,铁的直收率为87%,海绵铁含Fe量为84%,金属化率为91.5%,可代替 废钢作为炼钢的原料。赤泥经 还原焙烧后磁选,能有效地回收铁。磁选尾 矿经酸处理后进行焙烧、浸出,从浸出 液中萃取氧化钪,钪以Se203,的形态产出,进一步制取氧化钪,可获得含Se203为99.95%的产品。萃取钪的余
  液经碱 中和生成沉淀提取铝,氧化铝的回收率为85%,钠以硫 酸钠的形态产出。赤泥提 取有价金属后的酸浸渣约占赤泥的2/3,酸浸渣含钙、硅较高,可用于 烧制硫铝酸盐水泥。硫铝酸 盐水泥是一种超早强水泥,适用于 快速施工和各种抢修工程。
  3.9、制备新型燃煤脱硫剂
  进口矿拜耳法Al2O3赤泥除砂、选铁等 技术成功实现了产业化。山东铝 业公司赤泥制备新型燃煤脱硫剂项目生产脱硫剂30×104 t/a,直接经济效益500×104元。该技术 不仅消化历史堆存的烧结法赤泥,且节约石灰石,原矿,减少CO2排放。拜耳法赤泥除砂、选铁项目可处理40×104t/a拜耳法赤泥,生产Fe粉8×104t, 创造经济效益1500×104元/a以上,其中,减少赤 泥堆存维护费用达650×104元/a。
  3.10、利用赤 泥作路面铺设材料
  将赤泥 滤饼制粒并放入回转窑中烘干烧结,制成的粒料比大、强度高、化学稳定性好,用来铺设公路路面,完全符 合沥青路面表层、中层和底层的要求。若在赤 泥中加入速凝剂,可用作 寒冷地区的路基材料,防冻性能良好。北京矿 冶研究总院与广西平果铝业公司联合开发了以赤泥、粉煤灰和石灰、少量外 加剂为原料的性能优良的新型赤泥道路基层,填补了国内空白。赤泥道 路基层的配方是赤泥占80.0%~90.0%,石灰占5.0%~10.0%,粉煤占5.0%~10.0%,固化剂为0.2%。施工工艺为赤泥、粉煤灰、石灰、固化剂→搅拌混合→摊铺→整平碾压→成型养护。成型过 程中要求石灰采用消化石灰,在施工前7天消化,赤泥含水要求在20%~27%,粉煤灰含水在28%左右。
  3.11、利用赤 泥研制黑色玻璃材料
  山东轻 工学院利用山东铝厂赤泥、济南化 工厂铬矿渣为主要料,配以石英砂、萤石、碳粉和锰渣等物质,生产出 黑色玻璃饰面材料。其工艺为将石英砂、萤石、碳粉和 锰渣等湿磨后与赤泥共同烘干,按一定比例均匀混合。为防止 配合料在熔制前挥发,加料前加入6%的H2O。配合料采取分批加料,加料温度为1290℃,加料完成后升温到1480℃,保温2h。之后将 熔制好的玻璃液出炉,在620℃的退火炉中进行退火,保温1h后自然冷却,制得黑色玻璃品。材料具 有良好的机械强度、化学稳 定性和浓黑光亮的质量外观,耐酸碱性能好,热稳定性高,是优良的建筑材料。
  3.12、赤泥用于脱硫
  赤泥对 净化硫化氢废气的作用:拜耳法赤泥颗粒小于75tm,比表面积大,含Fe2O3一般在30%一50%,其中一 部分以水合氧化铁形式存在的三氧化二铁,对H2S具有很强的吸附能力,在有水和碱存在时,脱硫剂 中活性水和氧化铁与煤气、沼气等气体中H:S起反应,此外在 空气中可以再生,实现循环利用。因此,以赤泥 为原料制成硫化氢吸附剂用于干法脱硫可以大大降低废气处理的成本,更重要的是,解决了 工业废渣的出路,具有显著的经济效益。
  赤泥替代石灰、石灰乳脱硫:赤泥成 分的大部分为碱金属。与二氧 化硫有很强的反应活性,同时由 于氧化铝生产的特点,外排赤 泥的粒度也很小,完全符 合脱硫过程的粒度要求。赤泥用 于锅炉的烟气脱硫,从上面 关于赤泥的物化分析可以看出,赤泥完 全有条件代替石灰、石灰乳 对烟气进行脱硫。使用中 可以不改变原有的工艺流程,由于赤 泥中还含有部分溶解在水中的碱,其烟气 净化效果会好于石灰、石灰乳。

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