固化技术在赤泥资源化中的应用

固化技术在赤泥资源化中的应用
固化技术在赤泥资源化中的应用
【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，介绍了拜耳法赤泥的成分与特点，论述了采用现代固化技术，可以将其制备成高等级道路材料，而且这种道路基层和面层与传统的半刚性基层、水泥混凝土面层相比具有新的特性。

【关键词】赤泥；拜耳法；促凝；固化；强度；道路基层
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。

赤泥矿物成分复杂，采用多种方法对其进行分析，主要有以下几种方法：偏光显微镜、扫描显微镜、差热分析仪、X衍射、化学全分析、红外吸收光谱和穆斯堡尔谱法等七种方法进行测定，其结果是赤泥的主要矿物为文石和方解石，含量为60%～65%，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，含量最少的是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。

其矿物成分复杂，且不符合天然土的矿物组合。

在这些矿石中，文石、方解石和菱铁矿，既是骨架，又有一定的胶结作用；而针铁矿、三水铝石、蛋白石、水玻璃起胶结作用和填充作用。

2 拜耳法赤泥的成分与特点
目前，氧化铝生产方法有三种，即：拜尔法，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92%。

拜尔法生产采用的是：强碱溶出高铝、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CaO含量高，碱和铁含量较低。

3 国内外在处理利用赤泥方面所做的成就
国外：赤泥在建材、化工、农业等方面的利用：（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60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。

国内：（1）堆存技术：该技术不仅能增加赤泥堆存高度，减少占用耕地面积，而且还克服了湿法堆存造成的赤泥废液向外渗漏，危害附近农田水系的缺点。

（2）主产水泥：以烧结法赤泥为原料生产普通硅酸盐水泥，具有早强、抗硫酸盐等优越性能。

经工业建筑、机器基础、机场跑道、桥梁等处的使用证明，水泥质量良好。

（3）直接还原炼铁：湘潭工学院利用氧化铝厂赤泥，配入A型催化剂，采用煤基直接还原焙烧一渣铁磁选分离冷固成型新工艺流程，生产出优质的直接还原铁团矿。

所得产品的金属化率为921%，含铁品位为927%，铁回收率为942%，该产品可作电炉炼钢的原料。

（4）用赤泥作塑料填料和制备塑料合金：中南工业大学从开发利用赤泥出发，对赤泥在塑料中的应用作了专题研究。

试验证明赤泥是一种较理想的功能性塑料填料，由于赤泥特有的化学组成，使“红泥塑料”具有以下特点：用赤泥作塑料填料，制成的红泥塑料，成本低、用途广，具有良好的抗老化、热稳定性等特点，因此，在户外使用的塑料制品，如：瓦楞板、沼气池、防水卷材及其他农具、工业管道等方面有着广阔的开发前景等等。

4 赤泥的固化难点
（1）赤泥为细粒级土料，固化表面积大，若用胶结料进行固结，胶凝料所需量大，必然增加固化材料成本。

（2）赤泥为高碱性物料，其中的游离碱会显著影响固结强度和固化体的持久性能。

（3）赤泥外观虽为土类，但粘性较差，在失水状态时，会产生粉化，固化体的弹性和抗折性能难于提高。

（4）赤泥虽有活性，但活性主要体现在游离碱上，而不是体现在具有稳定水泥石的硅酸根和铝酸根离子上。

（5）
赤泥为高铁类矿物，铁盐的水化能力较低，生成的稳定的矿物还很少。

（6）公路材料要求强度较高，最高时要求混合料达到30MPa的抗压强度，一般废渣均难于达到，当赤泥用量加大时，就更加困难。

5 赤泥高强固化技术
（1）粉煤灰抑制赤泥碱反应技术：抑制混凝土中碱集料反应的有效措施是加入碱抑制剂，工程中应用比较普遍且可行的碱抑制剂为硅灰。

近年来用矿渣与碱制成的复合材料已成增加趋势，在研究过程中选取稻壳灰和粉煤灰进行试验。

由于稻壳灰用量大，成本高未能实施。

而粉煤灰存量比较丰富，正在开发利用，价格优势明显，因此试验选定粉煤灰作为赤泥的碱抑制剂。

因为，粉煤灰为含硅、铝的活性材料，在煤燃烧过程中积聚了一定的内能，在遇水后，这种内能就释放出来，与碱发生水化反应生成沸石类产物而稳定。

（2）赤泥活化和离子交换技术：赤泥与一般粉状土不同，赤泥中氧化铁和氧化铝含量较高，研究表明铁离子和铝离子的置换能力最强，对土体的强度提高最为明显，许多土类或含土类物质固化时都需要加Fe3+或Al3+。

本项研究的关键是将赤泥中稳定的高价金属氧化物激发成具有离子交换能力的铁离子和铝离子。

为此本项研究专门配制了一种具有活化作用的活化剂。

该活化剂由柠檬酸钠或其它有机螯合剂组成，有机螯合剂包括选自膦酸脂、羟基羧酸、氨基羧酸和二元或三元羧酸。

（3）赤泥压力成型技术：利用振动压路机对赤泥进行振动压力固化，减少了用水量，提高了混凝土的密实性和固化强度，加快了筑路效率。

土体固化有3种途径：一是高温烧结；二是化学胶结；三是压力固结。

大量研究表明，土体为带电物质，而且土体在碱性环境下带负电。

赤泥为碱性物质，在固化剂作用下，赤泥内部结构及带电性发生变化，在压力作用下，受电荷影响赤泥颗粒发生粘连，外观表现为可固结。

当外力消失后，颗粒受电荷影响所产生的粘结力仍然存在，从而使赤泥长期固化。

采用振动加压技术，可使赤泥固化体更加密实，颗粒的水分和细骨料析出表面，增加强度和路面的光洁度。

（4）化灰废渣固化赤泥技术：石灰粉、煤灰固化赤泥用于基层试验，基层强度高，水稳性能好。

虽筑路成本已有大幅降低，但其中所用石灰价
格还是较高，每吨石灰块仍需140元，为了进一步降低筑路成本，本项研究又试验利用氧化铝厂另一废渣――化灰渣替代石灰进行道路
基层试验。

这样赤泥道路基层混合料中，几乎全为铝厂固体废弃物，即赤泥、粉煤灰、化灰渣固化后形成的道路材料。

这样，赤泥道路基层材料价格由最低时的689元/m3，降至338 元/m3，材料成本显著
降低。

在对赤泥和粉煤灰进行适当的处理后，固化体7d 的抗压强度仍能保持在3Mpa以上，完全满足筑路要求。

6 赤泥道路基层和面层特性
基层特性：赤泥道路基层与传统半刚性基层材料强度比较，固化赤泥与传统的半刚性基层材料相比具有强度高、抗水性能优越、回弹值大等特点。

面层特性：（1）水泥用量小，成本低。

赤泥混凝土中水泥用量只有11%，比同等强度下水泥混凝土路面的水泥用量降低5%～7%。

（2）色泽好，美观大方。

赤泥混凝土为红色混凝土，有利于司机操作，车辆运行。

（3）施工方法简单，路面成型快。

采用赤泥碾压混凝土施工方法，混凝土早期强度高，施工完成后即可通行车辆。

（4）水稳性好。

赤泥由于特殊的理化特性，在水中和雨水浸泡情况下，强度提高平稳。

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作者简介：
韩旭（1990―），男，撒拉族，现为华中科技大学文华学院城建学部09级环境工程专业学生。

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