赤泥主要成分来源

赤泥主要成分来源

1 赤泥及铝土矿

贵州省有着丰富的铝土矿，是我国产铝大省，赤泥年排放量约120万t,历年堆存量达1100万t以上，主要生产于贵阳、安顺等地区的铝工业企业，特别是中铝贵州分公司赤泥产生量最多，年排放量100多万t。随着遵义铝厂氧化铝扩能改造、修文华飞有限公司其氧化铝等项目的建设投产，贵州省赤泥年排放量将达200万t以上[1]。贵州省赤泥堆存于赤泥坝中，不仅需要大量的堆存场地，而且赤泥中的碱含量较高，随着雨水的冲淋，赤泥中的碱会被溶出，可能污染地表水和地下水，对具有喀斯特地貌的贵州来说，赤泥的污染显得更加严重。

赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废弃物，因含氧化铁量大，外观外观与赤色泥土相似，因而得名。

铝土矿成分异常复杂，是多种地质来源极不相同的含水氧化铝矿石的总称，如沂水软铝石、一水应铝石和三水铝石；有的是水铝石和高岭石相伴构成；有的以高岭石为主，且随着高岭石含量的增高，构成为一般的铝土岩或高岭石质黏土，因此铝土矿很少有纯矿物、铁矿物、钛矿物及碎屑重矿物等等。在我国已探明的铝土矿储量中，一水铝石型铝土矿占全国总储量的98%左右。

铝土矿主要化学成分主要为Al203、SiO2、Fe2O3、TiO2、HO2，五者总量占成分的95%以上，一般>98%，次要成分有S、CaO、MgO、K2O、Na2O、CO2、MnO2、有机质、碳质等，微量成分有Ga、Ge、Nb、Ta、TR、Co、Zr、V、P、Cr、Ni等。因此由铝土矿中带入赤泥的化学成分主要为Al203、SiO2、Fe2O3、TiO2。

2 赤泥主要成分来源

因为铝土矿中铝硅比不同，氧化铝的提炼方法也不一样，因而赤泥分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥。

2.1拜耳法赤泥主要成分来源

对于铝硅比值大于7的低铝硅土矿，一般采用拜耳法工艺提炼氧化铝。在高温高压条件下，NaOH与铝土矿中的Al203反应，生成水溶性的铝酸钠（NaO2·Al2O3），溶液与残渣分离后，降低温度，加入Al(OH)3作晶种，经过长时间搅拌，NaO2·Al2O3分解析出Al(OH)3，洗净后在950～1200℃温度下煅烧，得Al2O3成品。

与溶液分离后的残渣即为拜耳法赤泥，矿石中的SiO2转变成为方钠石(Na8Al6Si6O24(OH2))和水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·2SiO2·χH2O)，随同赤泥排出。

为了脱出TiO2、SiO2等杂质的，加速Al2O3的溶出，减少Al2O3和NaOH的损失，在生产配料中加入生石灰(CaO)。TiO2与CaO作用生成钛酸钙(CaTiO3)；SiO2与Al2O3及CaO作用生成水合铝硅酸钙(CaO·Al2O3·2SiO2·χH2O)和水化石榴石(3CaO·Al2O3·3SiO2·χH2O)。这些生成的矿物也成为拜耳法赤泥的一部分。

2.2烧结法赤泥主要成分来源

对于铝硅比值3～5的高硅铝土矿，一般采用烧结法工艺提炼氧化铝。将铝土矿、NaCO3和CaCO3按一定比例混合配料，在回转窑内少结成由铝酸钠(NaO2·Al2O3)、铁酸钠(Na2O·Fe2O3)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)和钛酸钙(CaTiO3)组成的熟料。然后用稀释碱溶液溶出熟料中的NaO2·Al2O3，此时铁酸钠水解得到Fe2O3和NaOH，NaOH也进入溶液。

不溶物硅酸二钙、钛酸钙、Fe2O3=等作为烧结法赤泥排出。熟料溶出得到NaO2·Al2O3溶液经过专门的脱硅过程，SiO2形成水合铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·2SiO2·χH2O)、水合铝硅酸钙(CaO·Al2O3·2SiO2·χH2O)、羟基方钠石(Na8Al6Si6O24(OH2))和水化石榴石(3CaO·Al2O3·3SiO2·χH2O)沉淀，也成为烧结法赤泥的成分。

把CO2气体通入分离沉淀物后的NaO2·Al2O3溶液，加入晶种搅拌，得到Al(HO)3

沉淀物和Na2CO3母液。Al(HO)3经煅烧成为氧化铝成品。

此外，还有同事采用拜耳法、烧结法的联合法氧化铝生产工艺，事宜处理铝硅比值为5～7的铝土矿，其排除的赤泥兼具有拜耳法赤泥和烧结法赤泥的特点。

3 赤泥的主要性质

3.1赤泥的化学成分，见表1

3.2赤泥矿物组成，见表2

3.3赤泥的粒度分布，见表3

4 利用赤泥生产烧结墙体材料

烧结墙体材料是指在大约1000℃的温度下烧结，得到的具有适合强度性能的制品，其原料的化学成分一般要求见表4

表4 物理性能表

从赤泥的化学成分来看：赤泥的二氧化硅含量大大低于50%～70%的允许范围，这将加大制品的干燥收缩，增加干燥敏感性，降低制品抗冻性能。赤泥的CaO含量很高，大大超过15%的要求，因此吃你烧结温度范围较窄，不利于工业窑炉烧成。烧结法赤泥Al2O3含量适中（10.66%）;拜耳法吃你喊了超高（32.26%），虽可提高制品力学性能，但烧成温度也将提高。烧结法赤泥和拜耳法赤泥Fe2O3含量适中，烧成制品可形成传统的红色。拜耳法赤泥烧失量较高，易使烧结制品疏松，降低制品强度。赤泥中氧化钠含量较高，可减低烧成温度。赤泥中氧化钠含量较高，可降低烧成温度。

赤泥的化学组成与烧结墙体材料原料要求差距较大，由于烧结法赤泥含CaO较高，若想控制混合料CaO含量在15%以内，则烧结法赤泥最高掺入量只能达到37%。从提高赤泥的掺入量的角度出发，可采用拜耳法赤泥来制作烧结制品，其缺点是SiO2含量较低，若采用SiO2含量较高的硅质原料配料，可得到化学成分负荷烧结墙体材料要求的配合料，见表5。

表5 物理性能表

从拜耳法赤泥的矿物组成来看，粘土塑性矿物很少，而砂岩没有粘土质塑性矿物，因此上述配方只能采用半干压成型。若想采用塑性挤出成型，可在混合料中掺入30%塑性较高的粘土，或采用高硅粘土质原料鱼赤泥配料[3]以保证混合料的化学成分和塑性挤出性能。

5 赤泥生产非烧结墙体材料分析

非烧结墙体材料是指不经过高温烧结过程的墙体材料，典型的非烧结墙体材料采用硅酸盐水泥为胶凝剂，将骨料、砂凝结成为具有适合强度的块体。硅酸盐水泥的主要矿物组成见表6，这些矿物与水发生化学反应，其中3CaO·SiO2、2CaO·SiO2水花后生成的CSH凝胶逐渐硬化后，将骨料、砂、机器他化学反应陈武凝结成具有强度的块体。

硅酸二钙在1450℃一下有六种辩题：α、α’H、α’L(粗晶)、α’L(微晶)、β’H、β’L、γ，下标H为高温型，L为低温型。α、α’H、α’H、β型硅酸二钙有水硬性，但水化速度较慢，其作用主要是提供啊水泥的后期强度。

从赤泥的矿物成分来看，烧结法赤泥中具有水硬性的α型硅酸二钙和β型硅酸二钙含量合计达50%，因此在非烧结墙体材料配料中可以打了掺入烧结法赤泥替代砂和部分水泥，生产出高强度的墙体材料。研究表明，用15%赤泥取代水泥生产的制品其强度指标几本不变[4]利用赤泥、粉煤灰生产的免烧砖，赤泥产量可达50%[5]。

6 结论

从赤泥来源可以看出，赤泥的主要化学成分与墙体材料接近，只是各种成分的比例相差较大，通过合理配料可得到负荷烧结墙体材料要求的配合料；从赤泥的矿物组成来看，烧结法赤泥适宜生存非烧结墙体材料，拜耳法赤泥适宜生产烧结墙体材料。

参考文献

[1]李裴等.创新求是服务决策[M].北京：中共中央党校出版社，2009:241

[2]田元江等.钛铁矿物在拜耳法赤泥高温转化利用中的物相演变和呈色机理研究[R].贵阳：中国科学研究地球化学研究所，2007.

[3]汪文凌.利用工业废弃物赤泥制造烧结砖研究[J].砖瓦，2006，（7）：42～43

[4]刘春，尹国勋.烧结法赤泥生产混凝土的研究探讨[J].中国资源利用，2007(3):17～19.

[5]许光辉，马小娥.赤泥、粉煤灰免烧砖的性能研究[J].粉煤灰综合利用，2007（6）:38～39