氧化鋁廠赤泥制備免燒磚的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

晁鈺鴻 馮有利

(河南理工大學資源與環(huán)境工程學院，河南 焦作 454003)

1.引言

赤泥是生產(chǎn)氧化鋁過程中產(chǎn)生的堿性高、比表面積大的工業(yè)廢渣漿液，因生產(chǎn)方法和鋁土礦品位不同，每生產(chǎn) 1t氧化鋁大約要產(chǎn)生 1.0t～2.0t的赤泥。2007年全球赤泥堆放量已達27億噸，以大約每年120Mt的速度增加，預計到2015年將達到 40億噸[1]。大量赤泥不能充分有效地利用，只能依靠大面積的堆場堆放，既占用了大量土地，又對土壤、水源、大氣等造成污染。赤泥的資源化利用問題已經(jīng)成為制約鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。如果能將產(chǎn)生的赤泥用于制備新型墻體材料免燒磚，既能減輕環(huán)境壓力，又能實現(xiàn)廢物的綜合利用，以廢治廢，變廢為寶，是一個非常有市場前景的研究課題。

2.利用赤泥制備免燒磚的主要研究進展

2.1 赤泥制備免燒磚的基本原理

赤泥的物質(zhì)組成主要是一些堿性金屬氧化物，主要成分(固液相)是 Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等堿性物質(zhì)，礦物組成主要是赤鐵礦(α－Fe203)和針鐵礦(FeOOH)、一水硬鋁石(A12O3·H2O)、含水硅鋁酸(Na2O·A12O3·xSiO2·nH2O)、方解石(CaCO3)等物相，其粒度達到了微米級別并具有潛在的膠凝活性，用其制得的免燒磚本身就具有一定的強度。如果同時添加一些輔料和化學激發(fā)劑，可以激發(fā)其活性，混合料通過一系列的水化反應生成新物質(zhì)，并且在這個過程中，不同礦物顆粒之間結(jié)合得更加緊密，可以使制成品的相關指標符合國家非燒結(jié)磚相關標準要求。

2.2 赤泥制備免燒磚的主要研究進展

許光輝等[2]利用中州鋁廠赤泥和粉煤灰制備了一批免燒磚樣品，在物料上選擇以赤泥為主，粉煤灰為輔，同時添加了一些骨料和外加劑，通過正交實驗，獲得了18組不同配比的樣磚，對其進行性能測試以判斷不同配比對樣品磚性能的影響程度。研究發(fā)現(xiàn)，赤泥的粒徑小，有利于原料間的相互混合，制得的成品可塑性高，外觀漂亮。赤泥含量在50%左右時，樣品的抗壓和抗折強度最高。各物料最佳配比為:赤泥50%，粉煤灰18%，骨料22%，混合材料9%，外加劑1%，此時樣品的指標性能達到了非燒結(jié)磚標準JC/T422—1996中15級的要求。

邢國等[3]對利用赤泥和粉煤灰制備免燒磚的工藝配方進行了研究，試驗中，制備了不同配比的20組試驗樣品磚，通過對其抗壓強度趨勢變化確定了最佳物料配比，各原料的最佳配比為:赤泥含量在25% ～40%之間，粉煤灰18% ～28%，骨料30% ～35%，石灰 8% ～10%，石膏2% ～3%，水泥1%為宜，其中赤泥可采用新鮮赤泥或者陳年赤泥和1年期赤泥各半混合。原料中加入一定的石棉對于提高免燒磚的性能也能起到一定作用。自然養(yǎng)護28d的免燒磚其抗壓強度達到了非燒結(jié)普通粘土磚標準中15級的要求。

彭建軍[4]等對利用拜耳法赤泥制備免燒路面磚進行了研究，以赤泥和粉煤灰為主，同時添加了水泥和改性劑來提高制成品的性能。經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)，制得的路面磚抗壓強度、耐磨性、吸水率和抗凍性均能達到路面磚性能要求，同時還闡述了拜耳法赤泥路面磚活性的激發(fā)機理，并針對路面磚存在的泛霜現(xiàn)象提出了行之有效的解決辦法。

王梅等[5]對利用赤泥和粉煤灰制備免燒磚的原料選擇和制備工藝參數(shù)等方面進行了實驗研究，性能指標主要以樣磚的抗壓強度為判斷依據(jù)。結(jié)果表明，選用一年期或者新鮮赤泥和三年期赤泥混合料作為主料，骨料選用建筑用中粗砂，以生石灰和生石膏作為膠結(jié)劑和激發(fā)劑，同時添加適量的外加劑和水泥以改善成品的性能，所得的樣品磚不同日齡的抗壓強度均達到了國家非燒結(jié)黏土磚的性能標準。

3.赤泥制備免燒磚存在的主要問題及研究發(fā)展趨勢

3.1 赤泥制備免燒磚存在的主要問題

雖然利用赤泥制備免燒磚的工藝性能研究已經(jīng)有了很多年的歷史，但是一直沒有實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，究其原因主要有以下幾點。首先，由于不同的鋁土礦生產(chǎn)工藝或者因為鋁土礦自身品位的不同，赤泥成分和物化性質(zhì)存在差異，所以不能將其用一種工藝進行工業(yè)化生產(chǎn)。其次，制成品的性能存在不穩(wěn)定性，許多研究成果還只是停留在實驗室階段，其性能的可靠度還值得商榷，市場認可度還比較低，對其抗壓、抗剪強度以及吸水率等性能存在疑慮，這就使這種新型墻體材料的應用受到限制。第三，由于赤泥具有一定的放射性，以往的研究總是關注于其物理性能的提高，而放射性危害的消除少有研究，而國家對建筑用材料的放射性限量有著嚴格的要求，這也極大地限制了赤泥免燒磚的應用范圍。

3.2 赤泥制備免燒磚的研究發(fā)展趨勢

以往使用的普通燒結(jié)粘土磚在我國磚瓦業(yè)中占有主要地位，但是其生產(chǎn)過程不僅毀壞大量耕地，同時還要消耗一定的能源，在燒結(jié)過程中容易產(chǎn)生一些污染性氣體，國家住建部早在1999年就明確要求全國170多個重點城市新建工程中禁止使用燒結(jié)粘土磚。尋找普通粘土磚的替代品、加大新型墻體材料的研究已經(jīng)迫在眉睫。目前，免燒磚的研究方向主要是在改善各項指標性能上，具體包括其抗壓強度、抗剪強度、外觀、放射性以及泛霜現(xiàn)象的消除。只有不斷地改善免燒磚的各項性能，提高產(chǎn)品的市場競爭力和認可度，才有可能實現(xiàn)赤泥的大規(guī)模資源化利用。由于制備的免燒磚工藝條件復雜，技術(shù)要求較高，所以其成本也較普通磚高，直接導致了市場需求的萎縮，所以開發(fā)出工藝條件簡單、添加劑廉價的高性價比的技術(shù)路線也十分必要。

4.結(jié)語

不斷累積的鋁廠固體廢棄物赤泥的資源化利用問題已經(jīng)成為制約鋁工業(yè)發(fā)展的重要因素，同時它所帶來的環(huán)境污染也日益嚴重。不斷提高赤泥的綜合利用水平，是解決上述問題的唯一途徑，同時也是可持續(xù)發(fā)展道路的必然要求。赤泥制備免燒磚具有消耗赤泥量大、工藝簡單、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點，應該不斷加大研究力度，盡早實現(xiàn)免燒磚的產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化。

[1]M.Gra?Sfe，G.Power，C.Klauber.Bauxite residue issues:III.Alkalinity and associated chemistry[J].Hydrometallurgy，2011，(108):60－79.

[2]許光輝，馬小娥.赤泥、粉煤灰免燒磚的性能研究[J].粉煤灰綜合利用，2007，(6):38－39.

[3]邢國，楊家寬.赤泥粉煤灰免燒磚工藝配方研究[J].輕金屬，2006，(3):24－27.

[4]彭建軍，劉恒波.利用拜耳法赤泥制備免燒路面磚及其性能研究[J].新型建筑材料，2011，(1):21－23.

[5]王梅，楊家寬.赤泥粉煤灰免燒免蒸磚的原料與制備[J].礦產(chǎn)綜合利用，2005，(4):30－34.