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赤泥的应用及资源化管理

2023-09-12 来源:榕意旅游网
本栏编辑:冯 凯 赤泥的应用及资源化管理 周龙兴 黄爱兰 (贵州水泥厂,贵州 贵阳 550009) 中图分类号:TU522.09 文献标识码:A文章编号:1001—6945(201 1)O5—0050—03 人类社会的发展使人们对资源的需求越来越多. 泥外排量平均为1 t~1.1 t。联合法是拜耳法和烧结 法的联合使用.联合法所用的原料是拜耳法排出的 赤泥,再采用烧结法再制取Al O ,最后排出的赤泥为 烧结法赤泥… 据2OlO年工业和信息化部召开Al 0 赤泥综合利 用技术现场交流会透露:目前每生产1 t Al o ,大约产 生赤泥0.8 t~1.5 t。我国是Al O 生产大国,2009年,我 而人类面临的问题又是资源越来越趋于贫乏.并且在 资源消耗后还留下一些难以消纳的固体废渣 我国人 口众多.既是资源消耗大国。又是人均占有资源相对贫 乏的国家。所以我们面临的一方面是资源相当稀缺, 另一方面废弃物排放、堆积压力极大的严峻形势。随着 科学技术的不断进步.人们在工业废渣的利用上已经 取得了很大的发展.多数废渣已经变废为宝作为资源 国Al,0 产量为2 378.6万t。赤泥产生量近3000万t, 约占全球1/3以上 由于缺乏赤泥大宗利用的经济可 被充分利用。然而.还有一些固体废渣由于所残余的 某些有害成分及其他不便于被利用的成分限制了这些 行技术.赤泥的综合利用率一直处于较低水平,仅为 4%左右.远低于全国工业固体废物65%的平均利用 水平,造成我国赤泥大量堆存。目前我国赤泥累积堆 存量约2亿t。预计到2o15年,累计堆存量将达3.5亿t。 废渣的广泛应用,如:赤泥、铁合金炉渣、磷渣等。目前 与这些废渣相关的产业还在不断发展.这些固体废渣 的产出还在扩大.这些废渣的堆积和对环境的污染也 在加剧。因此。对这些固体废渣的管理.特别是深化管 理应该被提到议事日程上.应加强对这些周体废渣的 赤泥大量堆存不仅占用土地、浪费资源,而且带来环 境污染和安全隐患 1.2赤泥的化学成分 科学管理及深化管理,实现废渣的资源化管理。现仅以 赤泥为例分析对固体废渣实行科学管理、资源化管理 的重要性和必要性 1赤泥的状况 赤泥的化学成分见表l。 表1 赤泥的化学成分嘲 1.1 赤泥的分类及现状 赤泥是以铝土矿为原料生产Al,0 过程中产生的 固体废渣 由于矿石中铝的品位不同.工业上采用不同的碱 据赤泥的化学成分、矿物组成可以看出赤泥的主 法制取Al2O,:①拜耳法(湿法化学)。适用于优质铝土 矿和明矾石矿;②烧结法。适用于低品位(高硅高铁) 铝土矿和霞石矿:③拜耳一烧结联合法f并联、串联或 混联方案)。适用于各种铝土矿。采用烧结法冶炼Al,o , 1 t Al,O 的赤泥外排量平均为0.7 t~0.8 t。拜耳法冶 炼Al O 采用的是强碱溶出高铝、高铁、一水软铝石 型和三水铝石型铝土矿 这个过程中.作为主要原料 的铝矾土越过高温煅烧环节直接经过溶解、分离、结 要成分为SiO:、AI O3、CaO、Fe 03等。我国主要是烧结 法、联合法赤泥.所以赤泥的主要成分为硅酸二钙及 其水合物和部分方解石.赤泥的成分含量及性质的差 异因铝土矿的产地和Al,0 的生产工艺不同而有明显 差异.这也决定了不同的赤泥利用方法。 赤泥中含有多种可再生利用的氧化物和有用金 属元素,这成为赤泥再生利用的基础。利用赤泥中含 有较高的CaO、SiO,.可生产硅酸盐水泥;利用它的 SiO2、AI2O3、CaO、MgO含量特征及少量的TiO、MnO、 Cr 0可以生产特种玻璃;同时,赤泥中含有丰富的铁、 晶、焙烧等工序得到Al O ,溶解后分离出的浆状废渣 是拜耳法赤泥。采用拜尔法冶炼A1 0 ,1 tA1 O 的赤 50 USgtW.brick-tile.conr 钪、钛等金属元素… 1.3赤泥的矿物组成 从赤泥的粒度分布可以看出:拜耳法赤泥的粒度 比烧结法的粒度更为细小些.总的来说整体粒度都比 较细小,<40 m粒度的>70%。细小粒度的赤泥有较 由于拜耳法主要是用苛性钠rNaOH 溶液加温溶 出铝土矿中的A1 o ,得到铝酸钠溶液。溶液与残渣(赤 高的比表面积.对于赤泥再生利用时可加大其反应速 度和反应效果 泥)分离后,降低温度,加入Al(0H) 作晶种,经长时 间搅拌,铝酸钠分解析出Al(0H),,洗净,并在950 oC ~2赤泥的应用情况 l 200℃温度下煅烧,便得Al,0 成品。所得到的赤泥 2.1 赤泥在墙体材料中的应用 近年来对赤泥的应用研究较多的是用于墙体材 料:利用赤泥和粉煤灰生产加气混凝土砌块:利用赤泥 生产烧结墙体材料和非烧结墙体材料:利用赤泥和煤 矸石为大宗原料制备烧结砖:以赤泥为主要原料.取 代传统的陶瓷原料生产釉面砖;利用赤泥、粉煤灰、矿 山石渣为主要原料.通过添加固化剂加水搅拌.碾压 后用挤砖机压制成型.自然养护和蒸压养护两种生产 工艺制备了免烧砖。经测试.产品的各项性能指标均已 达到或超过了国家建材行业标准JC 239.9 1规定的非烧 结普通粘土砖中的75级以上砖的标准 以赤泥为主 要原料。页岩、透辉石或硅灰石助熔添加剂的混合物 为基料.10 wt%~20 wt%的由基料和色料混合配置而 其主要矿物是水化石榴石、钙霞石、钙钛矿、一水硬铝 石及伊利石等 烧结法赤泥由于经过1 200 oC高温煅 烧.其中含有部分胶凝活性矿物组分.可以直接应用 于建筑材料生产 赤泥中的主要矿物组成 一硅酸二 钙和13一硅酸二钙以及部分方解石和水合物 赤泥中 含有一定量的仅一C,S和无定形铝硅酸盐物质.它们可 与水发生水化反应.使赤泥具有一定的潜在活性:而 赤泥中的无定形铝硅酸盐物质是赤泥潜在活性的主 要来源 又因为磨细赤泥颗粒细小.可以填充材料空 隙.也能够起到增强材料的作用l 2 赤泥的矿物组成 l见表2.赤泥的化学矿物组成见表2【3】。 表2赤泥矿物组成/% 矿物名称 化学式 拜耳法烧结法 成的着色坯料,通过压制成型、干燥、施釉烧成环保型 赤泥清水砖 2.2赤泥的金属回收 赤泥中含有丰富的铁、钪、钛等有用金属元素,这 些金属目前未能得到充分利用和回收 其中含量较高 Fe 0 是赤泥的主要化学成分之一.另外钪是稀有金 属,目前自然界中发现的独立钪矿物资源很少.而我 国铝土矿中Sc 03含量约为40 ~200 g/t,主要富集 于赤泥中 近期有报道浙江初步探明钪资源量超过 70 t。矿床总价值超过700亿元。矿石中发现有多种稀 有元素,其中钪含量最高,每吨矿石仅可提炼l4 g。钪 主要用于国防、军工、航天、核能和超导体等尖端技术 领域.属于国家战略储备的稀土金属 钪的市场价格 大约是黄金的4倍 2.3赤泥的其他应用 赤泥的化学成分及矿物组成影响了赤泥的实际 应用.含硅酸二钙的赤泥添加到水泥中是很好的组分 以赤泥为例,在Al o 的不同生产过程中,不同的 材料,特别是烧结法赤泥CaO含量高.矿物组成中硅 酸二钙较高.适合制造水泥。但由于其碱含量高.在水 泥生产中的添加量一般不高.有的还含有放射性元 素,也影响了赤泥在水泥中的配用量。拜耳法赤泥中 铁和碱的含量高.也不利于制造水泥.另外由于赤泥 生产工艺会影响到赤泥的化学成分及矿物组成.或者 不同的铝土矿的产地及品位也会影响到赤泥的化学 成分及矿物组成 1.4赤泥的粒度 赤泥的粒度一般都比较细小.赤泥的粒度分布见 表3 表3赤泥的粒度分布/%科  ̄/Ixm<10 10~2O 20~40 40~60 60~100 100~150>150 含水较高.对于目前水泥生产方式以干法为主的生产 工艺,赤泥仅在水泥粉磨段掺入,赤泥中的水分、碱含 量特别是赤泥中的放射性等都明显影响了赤泥在水 泥中的实际配用量。若采用脱碱、脱水工艺,其能耗和 成本是很高的.再加上放射性超标使赤泥目前在水泥 中的有效应用成为一个难题 另外.以赤泥为主要原料可以合成出成色纯正、 201 1。 ll,ll,ll,.br/c良一 le.tom 51 价格低廉的黑色颜料 近来国外还开展了赤泥制釉的 研究,研究人员试制了生产Et用瓷、卫生瓷、建筑陶瓷 取样规范、堆放地点、堆放量、堆放方式、堆放要求等 作出明确的规定.通过采取这些措施可以获得相应的 和电瓷用釉料.赤泥的配合量可达37%,而且制成的 釉表面性能、强度特性、耐侵蚀性和耐磨性均良好f2J。 赤泥还可以用于生产玻璃、生产卫生陶瓷、从赤泥中 可以将碱进行回收。土地治理、坑洞及井下回填等。将 赤泥用于烟气脱硫是一个很好的途径.国内外在这方 面目前已经有些研究.赤泥中的碱金属及可溶性碱有 数据.根据检测数据将固体废渣按品质进行标识和记 录并分别堆放 切忌混堆乱堆.这对今后开发利用固 体废渣极为有利 目的是做到将固体废渣后备资源作 为进行科学的有效管理。笔者工作过的单位的科研人 员在2008年前曾对中铝贵州分公司赤泥坝取样.检 测其放射性为:内照射指数I =0.42;外照射指数 = O.81.准备进行赤泥彩色清水墙砖和赤泥烧结普通砖 攻关项目 但在后续的研究过程中课题组又在原地多 次取样检测试验.发现该公司的赤泥内照射指数IRa= 利于烟气净化.对烟气脱硫将好于石灰石/石灰 目前 我国大多数火力发电厂均采用石灰石/石灰脱硫方 法.无论哪一种脱硫方法对钙化合物的粒度要求都很 高.要求石灰石/石灰的粒度要达到微米级才符合脱 硫的工艺要求,脱硫成本相当高 而赤泥的粒度 分布为<40 m的大于70%,满足脱硫过程中的粒 1.0~1.5;外照射指数I =2.1~2.3,原始堆积的赤泥与 现在堆积的赤泥在某些指标发生了较大的变化.这样 的变化使得课题研究组只好调整课题,研究《挤出法 生产烧结赤泥路面砖》。 4结语 度要求.今后将赤泥用于电厂的烟气脱硫治理是一个 很好的方式.通过脱硫反应还可以使赤泥中原来的碱 含量大大降低.有利于赤泥的再利用 上述关于赤泥的利用有的已经实现.有的还处于 工业固体废渣将会随着科学技术的发展最终作 为后备资源得到有效的开发和利用.对于暂未有效利 用的512业固体废渣一定不能将它视为无用的废渣乱 堆乱放。无序堆放会对以后的利用增加难度.一定要 研究试验阶段 由于赤泥结合的化学碱难以脱除且含 量大,又含有氟、铝及其他多种杂质等原因.以上提到 的赤泥的应用不是广泛的.有的还处于研究状态.有 的应用和开发成本较大超过了应用价值.给赤泥的实 际应用造成了极大的困难.使赤泥的应用成了世界难 题,也造成了A1 0 工业发展过程中废渣的随之产生堆 积成本逐渐增加。对于赤泥的合理、经济、无害化利用 一从环境、资源的角度对目前暂未大量利用的工业固体 废渣进行科学有效的深化管理.使工业固体废渣都成 为人类有用的资源 参考文献: [1]许智芳等.氧化铝赤泥的综合回q ̄z22_#q用Jg ̄O]. 山东冶金.2010(3). 直难以进行 而对于赤泥的消纳和赤泥引发的环境 问题越来越引起人们的高度重视 3赤泥的资源化管理 f2】李小雷等.赤泥的特性及其在建材方面的应用田. 工程技术与产业经济,2O10f2). 通过对赤泥的无害化利用分析可以看出.目前由 于工业废渣中某些不利于有效利用的固有成分造成 『31 田元江等.钛铁矿物在 ̄- ̄--g-法赤泥高温转化利用 中的五项演变和呈色机理研究『R1.中国科学院地 球化学研究所. 收稿日期:2011--04--07 了这些固体废渣的利用是有限的.而工业的发展使固 体废渣的产生和堆积在不断加剧.并且由于产出和堆 积是持续的.土地资源的紧缺以及堆积成本的增加使 固体废渣重复堆积.见缝插针的堆积成为常态.都是 把固体废渣仅仅作为废弃物随意堆积.不是将目前利 用较困难的固体废渣作为后备资源进行妥善管理.作 新书消息 《砖瓦挤出机设计理论和计算》最近出版。该书共 分为十一章:概论、挤出机的技术参数、挤出机的设计 为资源储备进行细致的深化管理 笔者认为.这些工 业固体废渣仅仅是目前的技术和能力还不能合理、经 学技术的进步和发展.资源会相当紧缺,工业固体废 参数、挤出机下级设计参数、挤出机上级设计参数、设 济、无害化有效利用不等于今后就不能实现。随着科 计计算举例(撰写设计计算说明书)、挤出机机型结构 的设计、结构设计方案图、编写使用说明书、双挤出型 双级真空挤出机、附录 本书内容丰富.实用性强。本 书售价125元(含邮费),数量有限,欢迎定购。 渣的合理、经济及无害化利用将会很快实现 目前在 没有很好开发应用有些固体废渣之前需要科学合理 的处理好它们.要把它们作为后备资源深化管理好. 由于废渣的某些固有指标受矿物原料、生产工艺、产 品质量等因素的影响.固体废渣的某些固有指标是有 《烧结砖瓦生产技术350问》每册55元/本(含邮 费);《中华砖瓦史话》每册400元/本(含邮费);《现代 砖瓦》每册70元/本(含邮费);《烧结砖瓦产品的制 变化的,应在这些废渣出厂叫叶巴它视为产品一样做相 关监督和检测.企业应根据嘲体废渣的特点建立监督 检测规范。对检测点、检测频次、检测项目、检测方式、 造》每册80元/本(含邮费);《砖瓦工业英汉・汉英词 汇》每册70元/本(含邮费) 52 WWW.brick-tile.com 

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