《拜耳法赤泥的添加对混凝土性能 影响的研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《拜耳法赤泥的添加对混凝土性能 影响的研究.doc（70页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、拜耳法赤泥的添加对混凝土性能影响的研究 作者： 王志开 学号： 200804030 指导教师： 李绍纯 赤泥对混凝土性能的影响研究摘要赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣,一般平均每生产1t氧化铝，附带产生1.0-2.0t的赤泥。我国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。另外， 本课题的主要目的是研究混凝土内掺赤泥以及赤泥的掺量对混凝土性能的影响初步掌握赤泥与混凝土之间的相互作用机理，并熟练进行配方设计与实验研究，掌握对混凝土各种性能的测试方法。试验选用赤泥为水洗法脱碱后赤泥，混凝土的水灰比为0.4，经内掺养护处理后，测试混凝土的抗压强度、抗折强度以及其物相结构和微观结
2、构分析，通过试验分析赤泥掺量对混凝土性能的影响。结果表明，最经济可行的水洗脱碱工艺参数为：在室温下，液固比为5:1，浸泡时间1天，洗涤次数5次以上； 三种钙化物的用量在置换赤泥中的Na+中存在最大值，且随着反应时间的延长，钙离子置换法中的反应会持续进行下去，置换出结合碱中的钠。加入赤泥后，促进了水泥基材料的水化进程，使混凝土材料的7d抗压强度提高10MPa13MPa,达到28d强度的90%；7d抗折强度提高2.81MPa,之后不再随养护龄期变化。另外，赤泥的对混凝土微观结构的影响不明显。关键词：赤泥 脱碱 物相结构 微观结构AbstractRed mud is the polluting wa
3、ste residue of extraction of alumina at the aluminum industry, the general average production of 1t of alumina, produced 1.0-2.0t with red mud. China as the worlds fourth-largest alumina producer, its annual emissions of red mud is up to millions of tons. In addition, the red mud contains large amou
4、nts of CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 and other alkaline oxides, but also makes a lot of red mud that can not be fully effective use, rely on a large area of the yard piled up a lot of land, also caused serious environmental pollution. Therefore, it has important significance to research the red mud.The ma
5、in aims of this project are to investigate the study of concrete with red mud and the performance of red mud content on concrete , to preliminary master the concrete mechanism of interaction between each other, And master the formulation design and experimental studies skillfully, master of the conc
6、rete performance test methods. Test selection of red mud was the red mud that off the alkali by washing method. The water-cement ratio of Concrete 0.4 have been selected, After processing of the within-doped conservation, to test the concrete compressive strength, flexural strength, and its phase st
7、ructure and microstructure analysis, to analysis of the properties of concrete contented on red mud through the test.The results showed that The most economical and feasible water elution alkali process parameters was in room temperature, the liquid-solid ratio of 5:1 and immersion time was 1 day, w
8、ashing number above 5 times; Three kinds of calcification were joined in red mud to displace the Na+ that exist in maximum, and with the reaction the extension of time, the calciumion replacement method of the reaction will continue to carry on, the replacement of the alkali combined with sodium. Af
9、ter joining the red mud, the hydration process of cement-based materials was promoted, and the 7 d compressive strength of concrete increased 10MPa 13MPa, to 90% of 28d intensity. The 7d flexural strength was improved 2.81MPa, no longer change with the age change. In addition, the effects of red mud
10、 addition to the microstructure of concrete are not obvious.Key words: red mud ；Off alkali ；phase structure；Microstructure目录摘要IAbstractII前言1第1章 绪论21.1 赤泥的物化性质21.1.1物理性质21.1.2 化学性质21.1.3 矿物组成21.2 赤泥的脱碱21.2.1石灰法21.2.2常压悬浮碳化法231.2.3酸洗法31.2.4 水洗法31.3 赤泥的综合利用41.3.1生产水泥41.3.2 利用赤泥生产砖和陶粒41.3.3 利用赤泥生产加气混凝土砌
11、块51.3.4 赤泥路面基层材料51.3.5 制备新型功能性材料51.3.6 利用赤泥生产硅钙复合肥61.3.7 铁的回收61.3.8 钠、铝的回收61.3.9 钪、钛的回收71.4 赤泥回收利用工艺71.4.1 赤泥还原炼铁炉渣浸出工艺71.4.2 焙烧还原-磁选-浸出工艺81.4.3 赤泥直接浸出提取工艺91.5 本课题研究目的和内容10第2章 混凝土试件的制备与试验方法112.1 混凝土试件的制备112.1.1 基本原材料112.1.2 混凝土配合比122.1.3 试件成型及养护122.2 试验方法132.2.1 水洗法脱碱132.2.2钙离子置换脱碱142.2.3 砂石的清洗142.2
12、.4 赤泥的准备152.2.5 坍落度试验152.2.6 抗压强度试验152.2.7 抗折强度试验162.2.8 物相组成（XRD）试验172.2.9 微观结构18第3章 实验结果与分析193.1水洗法脱碱193.1.1液固比的影响193.1.2 温度的影响193.1.3浸泡时间的影响203.1.4洗涤次数的影响213.2 钙离子置换脱碱研究213.3 坍落度试验223.4 抗压强度233.5 抗折强度243.6 物相组成（XRD）试验253.7 微观结构29第4章 结论31第5章 翻译325.1 外文原文325.2 中文翻译45参考文献58致 谢60前言赤泥是氧化铝生产中的废弃物，因含有大量
13、氧化铁而呈红色，因此被称为赤泥。赤泥是一种不溶性残渣，可分为烧结法、拜尔法和联合法赤泥。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，而我国作为世界第四大氧化铝生产国，每年所产生的赤泥保守估为3000万吨以上，累积堆存量达到2亿吨。随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产生量还将不断增加，预计到2015年，赤泥累计堆存量将达到3.5亿吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场进行堆放。氧化铝厂大都将赤泥输到堆场，筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离。另一种方法是将赤泥干燥脱水后堆存。赤泥的堆存不但需要一定的基建费用，而且使赤泥中的许多可利用成分得不到合理利用，造成了资源二次浪费
14、，严重的阻碍了铝工业的可持续发展。而在堆放过程中除了占用大量土地之外，还由于赤泥中的化学成分入渗到土地易造成土地碱化、地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响到身体健康。赤泥的主要污染物为碱、氟化物、钠及铝等，其含量较高，超过了国家规定的排放标准（有色金属工业固体废物污染控制标准GB5058-85）。由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25-11.50，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH值升高，以致超过国家规定的相应标准，同时由于pH值的高低常常影响水中化合物的毒性，因此还会造成更为严重的水污
15、染。一般认为碱含量为30-400mg/L是公共水源的适合范围，而赤泥附液的碱度高达26348mg/L,因此高碱度的赤泥附液进入水体，其污染不言而语，赤泥对生态环境的不良影响必须给予高度的重视和认真的研究，随着铝工业的发展，生产氧化铝排出的赤泥量也日益增加，所造成的环境污染也随之越来越严重，已使赤泥综合利用成为炼铝工业一项急需解决的难题。五十年代以来，国内外相继开展了对赤泥的研究开发利用。日本和美国用赤泥制造人工轻骨料混凝土，比天然卵石混凝土强度还要高，已获国际专利。美国利用赤泥生产砖，英国把赤泥应用于陶瓷工业和工业砖，均获专利。前东德用赤泥生产混凝土轻型构件已获专利。西德掺赤泥于沥青混凝土中，
16、改善了沥青混凝土路面的使用性能。前苏联把赤泥用作道路基层材料。我国赤泥每年排放量相当大，在国内还没有得到广泛的开发利用。本课题的研究，对于工业废渣的综合利用，开发新的筑路材料，改善混凝土的路用性能，保护环境，及降低工程造价，都有重要的意义。第1章 绪论1.1 赤泥的物化性质1.1.1物理性质赤泥是呈灰色和暗红色粉状物，颜色会随含铁量的不同发生变化，它是一种具有较大内表面积多孔结构，其比重2840,-2870 gm3，赤泥的含水量8601-89.97，饱和度94.4-99.1，持水量79.03-93.23；塑性指 数17.030.0；粒径d=O.0750.005 mill的粒组，含量在90左右：
17、比表面积64.09-186.9 m2g，孔隙比2.532.95。1.1.2 化学性质赤泥的化学成分及矿物组成取决于含铝矿物的成分、生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成 分，以及新生成的化合物的成分等其主要化学成分见表。表 1-1 赤泥的主要组成成分与含量成分SiO2Al2O3CaOFe2O3含量（%）20.8-23.562.56-8.2140.5-49.54.0-9.12Na2OK2OMgOTiO2其他0.76-2.10.5-1.00.89-1.381.34-2.910-13.21.1.3 矿物组成 采用偏光显微镜、扫描电镜、差热分析、X衍射、化学全分析、红外吸收光谱和穆斯堡尔谱法等七种
18、方法进行鉴定，结果表明赤泥的主要矿物为：文石和方解石含量为60-65%，其次是蛋白石、三水铝石、针镁矿，还有少量的钛矿物、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。在这些矿物中，文石、方解石和菱铁矿，既是骨架，又有一定的胶结作用；而针镁矿、三水铝石、蛋白石、水玻璃起胶结作用和填充作用。1.2 赤泥的脱碱1.2.1石灰法石灰法脱碱就是在水热条件下把赤泥中的的钠硅渣变成钙硅渣，使钠硅渣中的Na2O进入液体，达到脱碱的目的1。主要反应为:Na2O-Al2O3-nSiO2-mH2O+3Ca(OH)2+aq=3CaO-Al2O3-nSiO2-(6-2n)H2O+2NaOH+aq (1)2NaAlO2+3Ca
19、(OH)2+aq=3CaO-Al2O3-6H2O+2NaOH+aq (2) 由反应（1）可以看出钙的加入量至少满足CaO/Na2O分子比为3.0的要求，当钙加入量较少时，脱碱反应主要为（1）反应，但若加钙量大于上述范围，就会发生反应（2），即加入钙与溶液中铝氧、碱反应，造成氧化铝从溶液中消失，以铝酸钙的形式进入赤泥中，这就使脱碱赤泥的物相中较原赤泥多存在了铝酸钙物相。除此之外，赤泥中其他含碱成分如Na2CO3,NaSO4,Na2SiO3也可与Ca(OH)2反应生成不溶性物质进入赤泥，进一步降低赤泥中的碱含量。 另外，相同条件下，脱碱率随着温度的升高而提高，以往文章中的脱碱温度都很高，并需要加压
20、。但利用赤泥生产的本身温度，适当的延长加热时间可以在低温下达到同样的效果，与以往加热加压脱碱相比更节约了成本。 相关研究表明：低温拜耳赤泥脱碱的优化工艺条件为：温度70。C-90。C，钙钠比3.0左右，时间4-7小时，在此条件下的脱碱率可达到80%以上，赤泥脱碱渣中氧化钠含量低于1%。1.2.2常压悬浮碳化法2将烧结法赤泥在马弗炉中于600-700。C下焙烧5h,然后粉碎研磨过筛，置于脱碱反应器中，按一定的液固比定量加入去离子水，充分搅拌合成泥浆状，并在设定温度下，按一定的气体速率通入CO2进行气液固三相脱碱反应。结束后，将澄清液与固渣进行离心分离。 赤泥本身附带一定的结晶水，经600-700
21、。C 焙烧后，结晶水被完全去除3。在水热反应条件下，赤泥的附着碱溶解于反应溶液中，并在赤泥颗粒表面与水相溶液之间形成一种亚稳动态碱溶液平衡。当CO2进入反应体系中，与溶液中的碱发生反应后，这种平衡被打破，造成了液固界面与溶液中碱含量的浓度差，迫使赤泥的附着碱不断进入反应体系中进行脱碱反应，最终完成脱碱过程。 赤泥的悬浮碳化法脱碱工艺属于气、液、固三相反应，在整个脱碱过程中，CO2气体主要与溶液中的碱性化合物发生碳化反应，以达到脱碱的目的。1.2.3酸洗法该方法包括稀硫酸脱碱阶段和加压氧化钙脱碱阶段，即先将赤泥配制成料浆导入研磨机进行研磨，根据赤泥中碱的含量将所需稀硫酸缓慢加入料浆中进行研磨，研
22、磨后将其过滤、洗涤得到滤饼，分析其中碱的含量；根据分析所得滤饼中碱的含量加入所需氧化钙，混合均匀，然后导入高压反应釜加热反应，反应后冷却、过滤、洗涤，将得到的滤饼干燥，最后分析干燥后滤饼中碱的含量。1.2.4 水洗法纯水脱碱法即采用不同温度的水对赤泥进行多次洗涤脱碱,但不同的温度下纯水脱碱洗涤效果存在相似性，差异性不大，因此冷水洗涤条件下回收的碱质量最多，平均质量浓度最高。1.3 赤泥的综合利用1.3.1生产水泥 国内外实践表明，赤泥可生产出多种型号水泥4-5任冬梅等6综合评述了利用赤泥生产水泥的研究进展俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥，生料中赤泥配比可达14日本三井氧化铝公司与水泥厂合
23、作，以赤泥为铁质原料配入水泥生料，水泥熟料可利用赤泥5-20 kgt俄罗斯沃尔霍夫、阿钦和卡列夫氧化铝厂以霞石为原料，利用产生的赤泥生产水泥，进行石灰石、赤泥两组分配料试验，可利用赤泥629795 kgt水泥，为烧结法赤泥的综合利用开辟了有效途径我国山东铝厂早在建厂初期就对赤泥综合利用进行了研究，在上世纪60年代初建成了综合利用赤泥的大型水泥厂，利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥，水泥生料中赤泥配比年平均为20.0%-385，水泥的赤泥利用量为210.0-420kgt，产出赤泥的综合利用率30-55 由于赤泥含碱量高，赤泥配比受水泥含碱指标制约为更加有效地利用赤泥生产水泥，山东铝业公司已完成 国
24、家“八五”科技攻关项目“常压氧化钙脱碱与低碱赤泥生产高标号水泥的研究”和“低浓度碱液膜法分离回收 碱技术”，使以烧结法、联合法赤泥为原料生产水泥的技术向前迈进了一大步，提高了赤泥配比，使赤泥配料提高到45，并提高了水泥质量，由以生产425。普通水泥为主，提高到以生产5254水泥为主7。1.3.2 利用赤泥生产砖和陶粒 利用赤泥为主要原料可以生产多种砖, 如免蒸烧砖、粉煤灰砖、黑色颗粒料装饰砖、陶瓷釉面砖等对于利用赤泥作原料生产免烧砖，则较有前途，目前已经取得了良好的实验数据，由于颜色接近烧结砖，市场接受要好于灰黑色的免烧制品。邢国8等、杨爱萍9、张培新10、Nevin11等分别报道了利用赤泥生
25、产免蒸烧砖、粉煤灰砖、黑色颗粒料装饰砖和陶瓷釉面砖以烧结法赤泥制备釉面砖为例,其主要工艺过程为：原料预加工配料料浆制备(加稀释剂)喷雾干燥压型干燥施釉煅烧成品。该法生产的陶瓷釉面砖，以赤泥为主要原料，取代了传统的陶瓷原料，不但可以降低原材料费用，而且具有极大的环保意义。利用赤泥烧结陶粒也是十分好的选择，赤泥由于粒度细、质软、有较强的塑性及其物理性质与粘土相似，可替代粘土用于烧结陶粒生产，赤泥具有良好的成型性能。同时，由于其碱性氧化物含量高，融点较低，在高温时其微粒表面形成部分熔融状态，互相粘连并促成各矿物成分的反应，使新的矿物与生成物迅速结晶长大，在坯体内形成网络结构，从而具有较高的产品强度。
26、根据赤泥的成份与物理性质，可以断定：赤泥既有成型塑性，又有良好的高温烧结性，能与粉煤灰配料（粉煤灰：赤泥=70:30），生产出质量优良的烧结陶粒。1.3.3 利用赤泥生产加气混凝土砌块当前，加气混凝土砌块多为利用钙质材料和硅质材料加水磨成料浆，并在高温高压的水热条件下进行化学反应，生成硅酸盐托贝莫来石等胶结材料与集料结合起来和发气剂反应，形成具有均匀气孔分布的轻质整体12，它是一种具有多孔结构的建筑墙体材料，孔隙率高达 70-80具有容重小、强度高等特点，其抗压强度为1.57.0 MPa，是一种有利于生态环境的墙体结构材料利用赤泥为原料生产多孔硅酸盐制品生产加气混凝土砌块，其容重、抗压强度均符
27、合国家标准，最佳配比为：水泥15、石灰12-15、赤泥35、硅砂33-35赤泥加气混凝土的生产工艺与其他加气混凝土基本相同，且赤泥不需再次煅烧，也不需再烘干,因此,其生产成本经济，生产工艺可行.赤泥加气混凝土是加气混凝土的新品种,已成为综合利用赤泥的新途径13。1.3.4 赤泥路面基层材料利用堆存的烧结法赤泥开发高等级的路面基层材料是一项被看好的大规模消耗赤泥的综合利用技术基于齐建召14对赤泥道路材料的试验研究工作基础上，淄博市淄川区修建了一条宽约15 111、长约4 km的赤泥路面基层材料公路经过淄博市交通局现场钻芯取样，表明赤泥路面基层达到了石灰工业废渣稳定土的一级和高速路的强度要求15,
28、16为赤泥综合利用技术推广创造了良好的示范效应1.3.5 制备新型功能性材料赤泥既是对PVC(聚氯乙烯)具有补强作用填充剂，又是PVC的高效、廉价的热稳定剂，使填充后的PVC的制品具有优良的抗老化性能，制品比普通的PVC制 品寿命长23倍同时，因为赤泥的流动性要好于其它填料，这就使塑料具有良好的加工性能且赤泥聚氯乙烯复合塑料具有阻燃性，可制作赤泥塑料太阳能热水器和塑料建筑型材 以赤泥为主要原料，在不外加晶核剂的情况下，可制得抗折、抗压强度高，化学稳定性好的微晶玻璃，它不仅是建筑装饰材料，还可用作化工、冶金工业中的耐磨耐蚀材料17。赤泥废物生产微孔硅酸钙绝热制品是一种新型环保节能材料.它具有容重
29、轻，导热系数低，抗压和抗折强度高，使用温度高，施工方便，损耗率低，可重复再利用等优良性能,又具有可锯、可刨、可钉等易加工优点,已广泛应用于工业设备和管道的保温.以赤泥作为主要原料，添加赤泥用料在30以上，加入石灰、膨润土外加剂等材料，采用动态法生产工艺可研制开发赤泥微孔硅酸钙保温材料，所制得的 保温材料制品符合GB/T10699-1988，各项指标均达到 国标要求，主要指标优于国家标准，具有显著经济效应和环境效益18。此外，由赤泥还可制备人工轻骨料混凝土、红色颜料、水煤气催化剂、橡胶填料、赤泥陶粒、流态自硬砂硬化剂、防渗材料和杀虫剂载体等新型材料1.3.6 利用赤泥生产硅钙复合肥赤泥中除含有较
30、高的Si,Ca,P等成分外，还含有数十种农作物必需的微量元素赤泥脱水后,在120-300烘干活化、并磨细至粒径为90150 um，即可配制硅钙农用肥.它可使植物形成硅化细胞，增强作 物生理效能和抗逆性能，有效提高作物产量、改善粮食品质，同时降低土壤酸性、作为基肥改良土裂26119山东铝厂生产的硅钙肥在济宁等地的缺硅土壤中的实验表明，该肥对水稻、玉米、地瓜、花生等农作物均有增产效果，一般为810但目前对这一技术很少使用，其原因是长期使用，容易引起渗漏，造成地下水污染20。1.3.7 铁的回收赤泥中 Fe2O3 的含量在 7 %29.4 %，是赤泥的主要组成部分。目前铁的主要回收主要采用还原焙烧+
31、磁选的工艺，主要处理的对象是含铁量较高的拜尔法赤泥。 孙永锋等21采用磁化焙烧+磁选工艺从拜尔法赤泥中回收铁精矿。先将赤泥过筛筛出杂物，然后用煤粉作还原剂，与赤泥混匀(煤粉比例为 6 %)放在电炉内在 750的温度下焙烧20min ，此时赤泥中的Fe2O3 转变成了磁性更强的 Fe3O4,最后磨矿提高精品矿的品位后磁选得到品位为 62.36 %的铁精矿，铁的回收率为49.60 %。姜平国等22用用 20%N235+30%仲辛醇+50% 煤萃取体系，相比O/A=2/1，振荡混合时间15min，然后用0.1mol/L的稀盐酸反萃有机相提取铁,在相比 O/A=2/1的条件下，经单级反萃，反萃后液含铁
32、 10.18 g/L，铁的反萃率为75 %。采用石灰中和，渣中含铁达 56 %,是富铁矿产品。国外有将赤泥与石灰石粉、焦粉烧结成块，然后在高炉中直接还原炼铁的工艺也被证明是可行的；还有用天然气还原赤泥中的铁的研究。 1.3.8 钠、铝的回收赤泥中的含有30%左右的铝和10 %左右的钠，其主要物相为铝硅酸钠，所以主要应用湿法从赤泥中脱钠脱铝。韩亚美等采用湿法从赤泥中回收钠铝：首先在赤泥中加入石灰，在一定温度和常压下，铝硅酸钠与氧化钙反应生成水合铝硅酸钠钙,水合铝硅酸钠钙再与Ca(OH)2反应分解生成硅饱和度高的水化石榴石，同时钠以NaOH的形式脱离出来。然后将脱钠渣在溶于碳酸溶液中脱铝。此外氧化
33、铝还可以通过酸溶的方法回收，马淑花等认为其过程为：将赤泥溶解在盐酸或硫酸中，首先分离出其中不溶的二氧化硅，然后水解让二氧化钛以沉淀的形式分离，调节pH到1113左右，分离沉淀中的氢氧化铁，最后过滤得铝酸钠，然后再调pH ，析出氢氧化铝。1.3.9 钪、钛的回收 赤泥中Cr2O3的含量约占0.02%,TiO2的量约占7.5 %。钪资源中有70%80%伴生于铝土矿中,在氧化铝的生的过程中,又有98 %以上的钪富集在赤泥中；钛是稀有金属，钛铁矿、金红石、钙钛矿是主要的钛资源，但随着资源的不断减少，把赤泥作为替代资源回收其中的钪、钛就显得十分的重要。钪、钛主要的回收方法是酸浸法。孙道兴23采用两段酸浸
34、工艺从赤泥中提取钪、钛：将赤泥在105下烘干，取一定量放于烧杯中，加入一定量的盐酸，恒温加热一段时间，过滤、洗涤。滤液用P507萃取其中的钪，完后用6mol/L的盐酸洗两次，用蒸馏水洗两次，用氢氧化钠反萃取钪，然后过滤、洗涤出钪的的沉淀物。滤渣中加放一定量的硫酸，回流一段时间后，趁热过滤，滤液用水浸出钛，然后过滤，洗涤得钛的沉淀物。该法对钪的提取率达90%以上，对钛的提取率达95%。1.4 赤泥回收利用工艺1.4.1 赤泥还原炼铁炉渣浸出工艺 匈牙利铝托拉斯工程和发展中心24及土耳其的E. Ercagt25等进行过电弧熔炼赤泥和炉渣湿法冶炼试验研究,其工艺过程包括赤泥焙烧预处理、电弧炉熔炼得炼
35、钢生铁和炉渣 ,其中匈牙利产出的生铁平均成分为(%)Si0.30.6;Ti 0.20.7;Mn0.35.0;V030.4;C 4.25.0;P03;S001 ,是一种介于铸造生铁和制钢生铁之间的特种生铁 ,可用于生产合金钢和冷硬铸件。炉渣经水淬后用 6080g/L的Na2CO3进行浸出,由于炉渣中的CaO 具有使溶液中的碱进一步苛化作用,赤泥中的碱和铝更利于进入溶液,溶液返回氧化铝生产系统,使碱和铝得到较大回收,溶渣中的碱可降到03%04% ,可用于水泥生产。该工艺主要缺点是未对其它的有价金属进行综合回收。前南斯拉夫24对赤泥中各元素综合回收方面进行了系统研究,所提出的综合回收工艺流程包括赤泥
36、造块:干燥后的赤泥经烧结、压团后,在混料机内再与焦炭和石灰石混合或者原料混合后再造块;还原熔炼:在电弧沪或高频炉中进行,为降低反应熔点,在还原过程中加入白云石或石灰石以获得适当粘度的炉渣,赤泥中的 Al2O3、TiO3、ZrO2、ThO2进入炉渣,Ni、Mo、Nb、V和Cr则大部分被还原进入生铁,少量的TiO2也被还原。所得炉渣成分大致为(%):FeO 1.573.47、TiO2 8.0710.30、Al2O3 31.234.7、SiO2 8.516.77、CaO 31.2740.10、MgO 7.9411.19,生铁杂质含量则与匈牙利方法相当;炉渣浸出:炉渣经粉碎后在液固比为1:6、温度为8
37、090、反应时间为3060min 条件用硫酸浸出,Al2O3、TiO2、ZrO2 、ThO2以及部分稀土被溶解进入溶液;萃取分离:浸出液用 5%的二2-乙基已基磷酸萃取分离,100%Zr、99.5%T及100%Th、Sc和稀土进入有机相与其它元素分离,再通过用10%Na2CO3反萃,反萃液经水解分离出氢氧化钛灼烧得TiO2,水解后溶液经蒸发干燥可获得富锆稀有金矿,其成分如下(%):Zr 85.5、Hf 105、U 0.925、Sc 0.0015、Th 0.078、Y 0.295、Ce 0.175。该工艺比匈牙利方法更进一步,在有价金属回收方面做了进一步工作,但对钪和稀土等贵重稀散金属未作进一步
38、提取回收。近几年 ,Mishra,B.Staley,A.26,27 等对赤泥还原炼铁炉渣浸出工艺作了进一步研究,赤泥中的铁采用碳热还原,铁的金属化率超过94%,进一步熔化可制得生铁,TiO2在熔化炉渣中得到有效富集,经酸浸出后可从溶液中回收,已计划工业规模生产回收TiO2。虽然赤泥还原炼铁炉渣浸出工艺有效地回收了铁等,但其要求赤泥中铁含量高,即只能处理拜尔法赤泥,烧结法赤泥难以用上述工艺还原回收得到生铁。1.4.2 焙烧还原-磁选-浸出工艺 美国矿物局28研究了将赤泥、石灰石、碳酸钠与煤混合,磨碎后在 8001000条件下进行还原性烧结,烧结块粉碎后用水溶出,铝有89%被溶出,过滤后滤液返回拜
39、耳法系统回收铝 ,溶渣进行高强度磁选机分选,磁性部分在1480进行还原熔炼产出生铁,非磁性部分用硫酸溶解其中的钛,过滤后的钛氧硫酸盐经水解、煅烧制得TiO2,该工艺经试验室小试、半工业试验,可制得含Fe 9394%、C 44.5%的生铁,按磁性部分铁含量计算,铁回收率达到95%,所生成的TiO2纯度为87%89%,钛在非磁性部分中的回收率为73%79% ,该工艺存在的主要问题是铁的磁选效率低。 我国湘潭工学院的罗道成29等近来研究了类似美国还原磁选工艺,但通过在还原过程中加入添加剂使铁的金属化率达到92.12% ,铁精矿品位为92.58%,磁选后铁回收率高达94.7%。 Xiang Qinfa
40、ng , Schiesinger Mark E.等也报道了一种从赤泥中低温还原磁选分离铁工艺,研究认为:在还原过程中,用煤、炭、锯本屑、干蔗渣作固相还原介质,还原温度可降低到 350,还原后的赤泥经磁选同样较好地回收了铁。 李朝祥30报道了从我国平果铝赤泥中回收铁半工业性试验取得成功,工艺不经还原直接采用SLON型脉动高梯度磁选机作选别设备,采用一粗一精全磁选流程,采用开路流程时,赤泥中含铁18.88%可磁选出含铁为54.16 %的铁精矿,铁回收率为30.3%;采用闭路流程时,赤泥中含铁为 17%19%可磁选出含铁为 54%58%的铁精矿,铁回收率为 16%36%,闭路流程 72h 连续运转,
41、赤泥中含铁为 18.99%可磁选出含铁为54.65%的铁精矿,铁回收率35.25% ,其中铁精矿中杂质元素含量分别为 S 0.1%、P0.018%、SiO2 0.46%、Al2O3 5.42% 。1.4.3 赤泥直接浸出提取工艺 印度报道了用酸处理回收铝铁和钛工艺，印度赤泥含TiO2量高,达到24%,首先将赤泥用盐酸浸出,由于盐酸可溶解Al、Fe等而不溶解钛,使Al、Fe等进入溶液,经蒸发焙烧得Al2O3、Fe2O3混合物,焙烧气体HCl返回盐酸浸出循环利用;TiO2则富集于浸出渣中,其含量可31%提高到58%,浸出渣用硫酸在270下溶出,使TiO2生成钛氧硫酸盐 ,经水解、焙烧制得96 %T
42、iO2用作颜料或生产TiCl4; Pankj Kasliwa等近来报道了盐酸浸出渣用焙烧的方法进一步富集钛:浸出渣与Na2CO3焙烧后,渣中的SiO2生成可溶性的Na2OSiO2,经盐酸二次浸出, TiO可进一步富集富集程度可由原浸出渣的36%增加到76%;此外还有将盐酸浸出渣与铝粉、CaO、CaF2、NaNO3合,进行铝热还原生产近似于工业合金成分的钛铁合金的报道 31。 Luige Piga等报道了用盐酸处理制取冰晶石并回收铝、铁、钛工艺:赤泥用盐酸在6080条件下浸出,经过滤,在滤液中加入氢氟酸使硅以硅酸沉淀,过滤出硅酸,向滤液中加入NaCl,NaCl的加入量以生成冰晶石所需钠量为准,经
43、蒸发后结晶生成冰晶石,结晶母液为含硅氟酸和盐酸溶液,将此蒸发母液与预先分离的硅酸一同加入到前面盐酸浸出渣中,使 Fe、Al进一步溶解,以回收溶液中的铁、铝,不溶的富钛渣进行氯化回收钛。此外,Akash deep等研究了用硫代亚磷酸从盐酸浸出液萃取分离钛,.Cengloglu Y.等研究赤泥经盐酸溶解后用离子交换膜回收和富集铝、钛、铁等。文献【24】报道了用热的浓硫酸直接处理赤泥生成硫酸盐,经水溶出得硫酸盐溶液,也可用不同分压的硫酸蒸汽处理使之选择性地生成硫酸盐,硫酸盐溶液经水解沉淀钛后焙烧成TiO2。硫酸处理工艺的缺点是物料凝固、使搅拌不能进行,硫酸不能回收耗量大。1.5 本课题研究目的和内容
44、 本课题主要有两个研究目的：一是研究不同脱碱工艺对赤泥成分影响分析；二是：赤泥的掺量对混凝土力学性能的影响；三是通过总结分析拜耳法赤泥的添加对混凝土力学性能的影响，进而提出拜耳法赤泥应用的一些具有建设性的想法和建议。 根据本课题的研究目的和对以往相关资料的研究分析，确定本课题的主要研究内容如下：（1） 不同处理方法不同因素对赤泥脱碱影响；（2） 不同赤泥的添加量对混凝土抗压、抗折强度的影响；（3） 赤泥水泥混凝土物相结构；（4） 赤泥水泥混凝土微观结构分析。 本课题结合对上述几个问题的研究，在实验过程中选用合适配合比。期望试验结果对赤泥在我国的广泛应用具有一定的参考价值。 第2章 混凝土试件的
45、制备与试验方法2.1 混凝土试件的制备2.1.1 基本原材料为研究内掺赤泥混凝土的各项性能指标，实验采用普通混凝土。所有骨料原材料均来自青岛本地，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥。性能检测指标见表2-1；砂为当地产河砂，最大粒径为5mm，详细指标见2-2；碎石采用最大粒径为25mm，筛分结果见表2-3；水为自来水；减水剂为聚羧酸高效减水剂。实验所用赤泥为山东省荏平县铝业有限公司拜耳法赤泥，原料赤泥为粉末状，吸水后板结，外观呈红褐色。由于炼铝厂大量堆积的是陈赤泥，为研究问题的广泛性，试验中全部选用陈赤泥。原赤泥和700高温处理过赤泥化学组成见表2-4。表 2-1 水泥的化学成分化学成分(%)SiO
46、2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3K2ONa2OTiO2P2O5P.O 42.521.913.105.3560.464.071.520.470.990.350.05表 2-2 砂指标种类规格实验结果细度模数含泥量（%）级配河砂中砂2.7清洗符合要求表 2-3 碎石指标岩石种类规格（mm）实验结果压碎值（%）针片状颗粒含量（%）含泥量（%）级配花岗岩5-253.84.8清洗符合要求表 2-4 赤泥化学组成成分Fe2O3Al2O3SiO2Na2OTiO2MgOCaOSO3ZrO2其它机械活化28.6822.0621.5212.746.980.163.140.360.34.06此实验数据为对水洗法赤泥进行荧光衍射实验获得。2.1.2 混凝土配合比本试验采用水灰比为0.4的混凝土，所设计混凝土的配合比见表 2-6，其中未处理为空白样基础配比，其他为不同赤泥掺
