赤泥的资源化开发利用

二、研究内容、研究结果 研究内容、
1.技术路线 技术路线
制备赤泥烧结砖需经过配料、制坯、 制备赤泥烧结砖需经过配料、制坯、干燥和焙烧 等一系列工艺过程。 等一系列工艺过程。赤泥烧结砖制备工艺流程如下图 所示。 所示。
2.赤泥煤矸石烧结砖实验 赤泥煤矸石烧结砖实验
2.1正交设计因素 水平表 正交设计因素/水平表 正交设计因素
(二) 泛霜测定 二
泛霜程度 砖样序号 NO.6，NO.7，NO.10，NO.1，NO.2 NO.3，NO.4，NO.5，NO.9，NO.12，NO.15 NO.8，NO.11，NO.13，NO.14，NO.16
无泛霜
轻微泛霜
16组样品中只有5组出现轻微泛霜，而大部分 样品中并无泛霜现象出现。根据国标GB/T51012003规定，无泛霜现象的是优等品，中等泛霜的是 一等品。那么，我们制备的烧结砖中均符合国标要 求，多数达到了优等，少量达到了一等。
(三) 赤泥的放射性研究 三
拜耳法赤泥具有较强的放射性，按照以上最佳试验条件（即赤泥 煤矸 拜耳法赤泥具有较强的放射性，按照以上最佳试验条件（即赤泥/煤矸 石＝70：30，煤矸石细度为 ： ，煤矸石细度为100目，烧结温度 目 烧结温度1000℃，保温时间 ℃ 保温时间120min，成 ， 型压力10～ 型压力 ～15MPa）制备成烧结砖样品，然后送河南省建材工业产品质量监 ）制备成烧结砖样品， 督检验站检测， 督检验站检测，检测结果如下表。
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《赤泥的资源化开发利用》 赤泥的资源化开发利用》 项目组 2008.09.12
赤泥的资源化开发利用
洛 阳 理 工 学 院 河南中美铝业有限公司
赤泥的资源化开发利用 鉴定文件
1.鉴定大纲 鉴定大纲 2.项目任务书 项目任务书 3.工作报告 工作报告 4.研究报告 研究报告 5.生产报告 生产报告 6.用户使用报告 用户使用报告 7.经济效益分析 经济效益分析 8.质量检验报告 质量检验报告 9.相关标准 10. 10.查新项目报告书
汇报主要内容
一、项目研究背景、意义 项目研究背景、 二、研究内容及研究成果 三、结论 四、经济效益分析 五、项目创新点
一、项目研究背景、意义 项目研究背景、
1.研究背景 研究背景
1.1 赤泥大量排放污染严重 赤泥是生产氧化铝时产生的工业废渣。 赤泥是生产氧化铝时产生的工业废渣。每生产 1吨氧化铝约产生 ～1.7吨赤泥。 吨氧化铝约产生1～ 吨赤泥 吨赤泥。 吨氧化铝约产生 2007年全国氧化铝产能 年全国氧化铝产能2000多万吨。 多万吨。 年全国氧化铝产能 多万吨 河南省目前的赤泥排放量约为600万吨 年。 万吨/年 河南省目前的赤泥排放量约为 万吨 目前，赤泥的处理仍以堆存为主。 目前，赤泥的处理仍以堆存为主。
1.2 煤矸石堆存隐患极大 煤矸石是煤炭生产中的一种副产品， 煤矸石是煤炭生产中的一种副产品，约占煤 炭开采量的10％～ ％。 炭开采量的 ％～25％。 ％～ 我国目前已堆存的煤矸石达30亿吨以上。 我国目前已堆存的煤矸石达 亿吨以上。 亿吨以上 煤矸石的大量积存产生了大量的环境地质问 题，并存在极大的地质灾害隐患。 并存在极大的地质灾害隐患。
序号
NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 NO.6 NO.7 NO.8 NO.9 NO.10 NO.11 NO.12 NO.13 NO.14 NO.15 NO.16
赤泥(g)
216 232.2 253.8 270 286.2 307.8 324 340.2 361.8 378 394.2 415.8 432 448.2 469.8 486
2.4 赤泥 煤矸石 粉煤灰烧结砖实验 赤泥/煤矸石 煤矸石/粉煤灰烧结砖实验 采用赤泥、粉煤灰、煤矸石三种主要原料配制 烧结砖。三种原料按照均匀设计的实验方法进行试 验原料配方的确定；实验烧成制度的确定是由赤泥、 粉煤灰和煤矸石内各矿物在不同温度下反应采用均 匀设计实验方法来确定的。 配料方案、烧成制度如下表所示：
烧结砖矿物组成主要为钠铝黄长石和钙铁榴石，拜尔法赤泥中的碱已转化 烧结砖矿物组成主要为钠铝黄长石和钙铁榴石， 为高稳定性的钠铝黄长石。这解释了碱溶出实验 值无明显改变的原因 值无明显改变的原因， 为高稳定性的钠铝黄长石。这解释了碱溶出实验pH值无明显改变的原因，也说 明拜尔法赤泥烧结砖在使用过程中不存在碱溶出再次污染环境的问题， 明拜尔法赤泥烧结砖在使用过程中不存在碱溶出再次污染环境的问题，从理论 上打消了人们的疑虑，而且试验也证实了这一点。 如下图所示。 上打消了人们的疑虑，而且试验也证实了这一点。 XRD如下图所示。 如下图所示
四、经济效益分析
1.直接经济效益分析 直接经济效益分析
利用赤泥和粉煤灰或煤矸石生产烧结砖，块砖（ 利用赤泥和粉煤灰或煤矸石生产烧结砖，块砖（4-5Kg/块）生产成本约为 块 生产成本约为0.14 元（见下表），售价约为0.24元，单块砖可获利 见下表），售价约为 ），售价约为 元 单块砖可获利0.10元，如果生产线年生产砖按 元 3000万块计算，可获利300万元。 万块计算，可获利 万元。 万块计算 万元
检测项目
国家标准
检验结果
备 注
内照射指数 IRa
IRa≤1.0
0.87
外照射指数 Ir
Ir≤1.0
2.37
三、实验结论
1. 赤泥烧结砖的最佳工艺参数：赤泥 煤矸石＝70：30，煤矸石 赤泥烧结砖的最佳工艺参数：赤泥/煤矸石 煤矸石＝ ： ， 细度为100目，烧结温度1000℃，保温时间 目 烧结温度 细度为 ℃ 保温时间120min，成型压 ， 力10～15MPa。 ～ 。 2. 赤泥中碱含量较高，在烧结中形成钠铝黄长石，稳定性高， 赤泥中碱含量较高，在烧结中形成钠铝黄长石，稳定性高， 雨水中不会溶出造成二次碱污染。 雨水中不会溶出造成二次碱污染。 3. 拜耳法赤泥具有较强的放射性，将赤泥和煤矸石或粉煤灰按 拜耳法赤泥具有较强的放射性， 照不同配比制备烧结砖， 照不同配比制备烧结砖，经检测赤泥烧结砖的放射性远远超 过国家标准。因此拜耳法赤泥烧结砖不适宜用于内墙砖， 过国家标准。因此拜耳法赤泥烧结砖不适宜用于内墙砖，可 以考虑用作路面、公园、海防、堤坝等建筑设施。 以考虑用作路面、公园、海防、堤坝等建筑设施。
G细度 目 细度/目 细度 80 100 120 混合料 80 100 120 混合料 80 100 120 混合料 80 100 120 混合料 19Baidu Nhomakorabea975 39.450 30.300 24.050 19.475
成型压力/MPa 成型压力 20 10 5 15 10 20 15 5 5 15 20 10 15 5 10 20 23.000 26.375 33.225 31.175 10.225
水 平 BR/G G细度 目 细度/目 细度 因 压力/MPa 压力 素 烧结温度/℃ 烧结温度 ℃ 烧结时间/min 烧结时间
1 2 3 4
70:30 90:10 60:40 80:20
80 100 120 混合料
20 10 5 15
1150 1050 1000 1100
60 80 100 120
烧结温度/℃ 烧结温度 ℃ 1150 1050 1000 1100 1000 1100 1150 1050 1100 1000 1050 1150 1050 1150 1100 1000 50.975 18.500 17.150 27.150 33.825
保温时间/min 保温时间 60 80 100 120 120 100 80 60 80 60 120 100 100 120 60 80 20.200 28.525 27.775 37.275 17.075
粉煤灰(g)
172 215.5 249 126.9 159.9 185.8 86.4 113.9 130.1 145.8 72.9 83.2 89.6 39.5 42.1 41.6
煤矸石(g)
152 92.3 37.2 143.1 93.9 46.4 129.6 85.9 48.1 16.2 72.9 41 18.4 52.3 28.1 12.4
赤泥
粉煤灰
煤耗/Kg 煤耗/Kg
单价
燃煤费
其它
合计
比例
单价/ 单价/吨
费用/ 费用/ 块
单价 费用/ 比例 / 费用/块 吨
70%
10.0
0.002
30%
30.0
0.002
0.2
500.0
0.10
0.036
0.14
注：其它指工人工资、管理费、折旧费等 其它指工人工资、管理费、
2.间接经济效益分析 间接经济效益分析 以建成年产3000万块烧结砖的生产线为例，每年将消耗 赤泥10万吨左右。近年来，随着建筑行业的飞速发展，以及 禁止粘土砖的进一步推广，对粘土替代烧结砖的需求量将越来 越大，赤泥的需求也将大大增加。 赤泥的资源化利用，不仅可省却赤泥堆场的建设与维护 费用，如中美铝业公司年排放赤泥40万吨左右，如将其赤泥 全部开发成烧结砖，每年可节约5000万元的堆场建设费和 1000万元的维护费，间接经济效益非常可观。
赤泥堆存需要占用大量土地建赤泥库，建设费用、 赤泥堆存需要占用大量土地建赤泥库，建设费用、维护 费用很高。建一个年排放量约40万吨赤泥的堆场 万吨赤泥的堆场， 费用很高。建一个年排放量约 万吨赤泥的堆场，建设费用 5000万元，年维护费用1000万元。 万元，年维护费用 万元。 万元 万元 湿赤泥的pH值约为 左右 湿赤泥的 值约为14左右 ， 其中的碱液对地下水和地 值约为 左右， 表水污染较大。 表水污染较大。 赤泥晒干后会产生沙尘， 赤泥晒干后会产生沙尘，对大气和周边环境造成严重污 染。
2.2实验结果分析 实验结果分析
正交试验直观分析如下表 所示
因素 实验 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 均值1 均值 均值2 均值 均值3 均值 均值4 均值 极差R 极差
BR:G 70：30 ： 70：30 ： 70：30 ： 70：30 ： 90：10 ： 90：10 ： 90：10 ： 90：10 ： 60：40 ： 60：40 ： 60：40 ： 60：40 ： 80：20 ： 80：20 ： 80：20 ： 80：20 ： 17.125 32.700 24.600 39.350 22.225
1.3 国家政策要求发展新型墙材 国家要求全国各地到2010年前必须 停止生产粘土砖， 发展各种新型墙体材 料。
2. 项目研究意义
资源化利用赤泥研制开发烧结砖， 资源化利用赤泥研制开发烧结砖 ， 可大量利用赤 煤矸石等固体废弃物， 缓解氧化铝工业、 泥 、 煤矸石等固体废弃物 ， 缓解氧化铝工业 、 煤 矿开采等快速发展对环境造成的危害。 矿开采等快速发展对环境造成的危害。 推进墙体材料的革新， 成为粘土砖的最佳替代品， 推进墙体材料的革新 ， 成为粘土砖的最佳替代品 ， 符合国家“废渣利用” 符合国家“废渣利用”、“禁实”的产业政策。 禁实”的产业政策。
耐压强度/MPa 耐压强度 17.5 16.2 11.8 23.0 19.7 36.3 59.9 14.9 19.7 18.8 19.9 40.0 23.0 86.5 29.6 18.3
2.3 赤泥 煤矸石烧结砖最佳实验条件 赤泥/煤矸石烧结砖最佳实验条件
经正交试验设计，结果经过计算分析、 经正交试验设计，结果经过计算分析、方差 分析，以耐压强度为评价指标， 分析，以耐压强度为评价指标，同时考察变形量 ，可得到最佳实验条件：赤泥/煤矸石＝70：30 煤矸石＝ ： 可得到最佳实验条件：赤泥 煤矸石 ，煤矸石细度为100目，烧结温度 煤矸石细度为 目 烧结温度1000℃，保温 ℃ 时间120min，成型压力10-15MPa。 ，成型压力 时间 。
2.6 产品性能测试
(一) 抗压强度 一 随着赤泥量的增加
compressive press(MPa) 16 14 12 10 8 6 4 2 0
（40%～90%），在 烧结范围内，所有试 样耐压强度都大于 10MPa，因此，可根 据用户要求，有选择 的设定烧成温度。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 NO.
保温时间(h)
20 36 18 34 16 32 14 30 12 28 10 26 8 24 6 22
保温温度(℃)
933 973 900 940 980 907 947 987 913 953 993 920 960 1000 927 967
2.5 产品结构分析（烧结砖 产品结构分析（烧结砖XRD分析 分析) 分析