王路明徐子芳

(1.安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 淮南 232001)(2.鹽城工學(xué)院材料工程學(xué)院 江蘇 鹽城 224051)

一、赤泥概述

(一)赤泥的種類

在氧化鋁在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量堿性極強(qiáng)的固體廢料，這些廢料中含有較多的氧化鐵從而表現(xiàn)為紅色，因而被稱為赤泥，也稱紅泥。氧化鋁的生產(chǎn)工藝可以分為拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法這三種生產(chǎn)工藝，其產(chǎn)生的赤泥也分別為拜耳法赤泥、燒結(jié)法赤泥和聯(lián)合法赤泥[1]

1.拜耳法赤泥：在高溫反應(yīng)釜中，氫氧化鈉溶液與鋁土礦進(jìn)行反應(yīng)，逐漸形成鋁酸鈉溶液，在攪拌、過(guò)濾、分離、降溫后加入晶種氫氧化鋁溶液,攪拌后鋁酸鈉會(huì)分解析出氫氧化鋁,氫氧化鋁會(huì)經(jīng)過(guò)焙燒后會(huì)得到成品氧化鋁，其中所剩的殘?jiān)ǚ解c石、赤鐵礦等就是拜耳法赤泥。

2.燒結(jié)法赤泥：將鋁土礦進(jìn)行燒結(jié)，其中的氧化鋁會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變成易溶低堿的鋁酸鈉，溶解后會(huì)生成偏鋁酸鈉，其中的鈣，硅，鐵以及鈦等雜質(zhì)則形成燒結(jié)法赤泥。

3.聯(lián)合法赤泥：聯(lián)合法將拜耳法與燒結(jié)法聯(lián)合起來(lái)使用，主要利用拜耳法，用燒結(jié)法當(dāng)做輔助,利用這種生產(chǎn)方法排放而出的殘?jiān)环Q為聯(lián)合法赤泥，這種赤泥兼具拜耳法赤泥和燒結(jié)法赤泥的特性。

(二)赤泥的組成

赤泥中的主要元素組成為鐵、鋁、鈣、硅、鈉、鈦等，其主要礦物組成為赤鐵礦(α-Fe2O3)、針鐵礦(α-FeOOH)、一水硬鋁石(Al2O3·H2O)、水化石榴石 (Ca3AlFe(SiO2)(OH))、含水硅鋁酸鈉 (Na2O·Al2O3·1.68SiO2·1.73H2O)、鈣鈦礦 (CaTiO3)、羥鈣石Ca(OH)2)、方解石(CaCO3) 等，當(dāng)中以赤鐵礦與水化石榴石含量高[2]。不同種類的赤泥也有著不同的成分，如拜耳法赤泥的鐵含量就遠(yuǎn)高于其它兩種赤泥。見下表1。

表1 不同種類赤泥的成分

(三)赤泥的主要利用方式

由于當(dāng)前人們對(duì)鋁和鋁合金的需求量不斷增大，氧化鋁的產(chǎn)量也不斷提高，赤泥也就大量出現(xiàn)，然而赤泥的利用率卻極低，導(dǎo)致了赤泥的大量堆積，總累積量已經(jīng)達(dá)到了數(shù)億噸[3]。目前主要三種利用赤泥的方式：

1.用于制備建材。一可用于制備水泥，燒結(jié)法赤泥經(jīng)過(guò)了1200℃高溫煅燒，其中含有大量的β-C2S，而β-C2S是水泥物相之一，有利于水泥的煅燒[4]；二可于生產(chǎn)磚塊，如王曉峰等人以拜爾法赤泥和煤矸石為主要原料制備出抗壓強(qiáng)度為10～15MPa并且滿足GB5101-2003要求的赤泥燒結(jié)磚。

2.回收有價(jià)金屬。赤泥中不僅含有大量的鐵、鋁等元素，還富含稀有金屬與稀土元素。赤泥一可用于回收鐵，拜耳法赤泥中Fe2O3的含量極高，陳志友等對(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行磁選處理，鐵精礦品位基本穩(wěn)定在48.00%以上，最高可提高到52.00%[5]；二可用于提取稀有金屬，其工藝主要是是利用算酸侵出的方法，其中包括硝酸浸出、鹽酸浸出等。

二、蒸壓加氣混凝土概述

(一)蒸壓加氣混凝土特點(diǎn)

蒸壓加氣混凝土作為一種新型的輕質(zhì)建材被廣泛的應(yīng)用于生化中。它是以粉煤灰，硅尾礦等為主要硅質(zhì)原料，石灰，水泥，鋼渣等為主要改制原料，石膏等作為摻和料，以鋁粉為主要發(fā)泡劑，并配穩(wěn)泡劑與促泡劑，經(jīng)攪拌后澆注，硬化后切割而后在蒸壓釜中高溫高壓養(yǎng)護(hù)而制成的一種多孔混凝土制品。其最大特點(diǎn)是質(zhì)量輕，其容重在500～900kg/m3，孔隙率在70%～85%左右，與普通混凝土相比，質(zhì)量?jī)H為其的五分之一，較大程度上降低了建筑物的成本；其次是其保溫隔熱性能良好，由于其內(nèi)部擁有大量的氣孔，其保溫隔熱效果極佳；由于其內(nèi)部擁有大量空隙，也擁有著較好的吸音能力。

(二)蒸壓加氣混凝土的近期研究進(jìn)展

加氣混凝土的研究一般是以粉煤灰為主要硅質(zhì)原料，石灰與水泥為主要鈣質(zhì)原料制備而成的，而在近期的研究中，專家學(xué)者們開始以各種固體廢料來(lái)代替粉煤灰。王長(zhǎng)龍、喬春雨等利用煤矸石與鐵尾礦為主要原料，再配以水泥、石膏、石灰為輔料，利用鋁粉為發(fā)泡劑制備蒸壓加氣混凝土，制備出的試塊絕干密度為608 kg/m3、抗壓強(qiáng)度為3.64 MPa[8]。王青、許珂等利用石墨尾礦為主要硅質(zhì)原料，并輔以水泥、生石灰、磷石膏、鋁粉等，制備得A5.0，B07級(jí)蒸壓加氣混凝土，并發(fā)現(xiàn)最適合生成托勃莫來(lái)石的鈣硅比為0.6[9]。彭軍芝對(duì)加氣混凝土的氣孔結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了深入的研究，認(rèn)為鋁粉顆粒細(xì)度在60μm～75μm、石灰宜采用細(xì)度8%～15%間、澆筑溫度在40℃～45℃時(shí)能夠節(jié)約能源和提升制品孔壁強(qiáng)度[10]。

三、赤泥在加氣混凝土中的應(yīng)用

燒結(jié)法赤泥與聯(lián)合法赤泥中鈣硅含量極高，而鈣硅正是托貝莫來(lái)石生成的必備條件，所以這兩種赤泥應(yīng)用于生產(chǎn)蒸壓加氣混凝土是可行的。吳波、張德成等人通過(guò)對(duì)赤泥進(jìn)行成分分析并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后成功制備出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的赤泥加氣混凝土砌塊，其最佳配比為赤泥：水泥：石灰：硅砂為15:14:37:34[11]。王瑞燕通過(guò)對(duì)赤泥-粉煤灰加氣混凝土進(jìn)行研究，認(rèn)為赤泥的高堿性有利于鋁粉發(fā)泡形成氫氣，以及形成赤泥加氣混凝土孔壁的主要物質(zhì)是C-S-H凝膠和鈣礬石AFt[3]。賈韶輝，劉恒波等利用燒結(jié)法赤泥，再通過(guò)添加粉煤灰、生石灰、水泥等物料并用鋁粉發(fā)泡，制備出容重為592kg/m3，抗壓強(qiáng)度為4.4MPa的赤泥蒸壓加氣磚[12]。竇廣陵通過(guò)對(duì)赤泥加氣混凝土進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過(guò)蒸壓養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度有所提升，但在28d后強(qiáng)度發(fā)生了大幅度的降低，他認(rèn)為鈣礬石受環(huán)境溫度影響較大，當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，鈣礬石會(huì)發(fā)生分解，期內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，強(qiáng)度降低[13]。郭暉、馬小娥等利用赤泥、粉煤灰、砂、水泥、生石灰為主要原料并用鋁粉發(fā)泡，利用蒸壓養(yǎng)護(hù)制備出容重、抗壓強(qiáng)度符合05級(jí)國(guó)標(biāo)的加氣混凝土[14]。

赤泥：水泥：石灰：硅砂為15:14:37:34

四、結(jié)論

燒結(jié)法與聯(lián)合法赤泥中的β-C2S礦物使得赤泥具有一定的膠凝性，并且其中的鈣硅含量較高能夠有效的替代粉煤灰和生石灰充當(dāng)硅源和鈣源，因此，燒結(jié)法赤泥與聯(lián)合法赤泥可以作為蒸壓加氣混凝土的主要原料。近年來(lái)蒸壓加氣混凝土已經(jīng)成為社會(huì)上大力推廣的新型墻體材料，而赤泥的大量堆積缺無(wú)法解決，如果將赤泥應(yīng)用于加氣混凝土的生產(chǎn)中不僅降低了成本，同時(shí)也緩解了環(huán)境的壓力，為鋁行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，社會(huì)價(jià)值極高，因此研究赤泥作為主要原料生產(chǎn)加氣混凝土對(duì)赤泥的合理處理和節(jié)能減排有著重大的社會(huì)價(jià)值。唯一的不足之處是是拜耳法赤泥中的鈣硅成分極少，鐵鋁含量極高，這就限制了其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，也限制了赤泥的充分利用。