平果铝赤泥建材资源化研究

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1、桂林工学院硕士学位论文1．1前言第1章绪论铝元素是地壳中含量最丰富的元素之一，为地壳质量的7．45％，是地壳中铁含量的1．77倍，仅次于氧和硅，居第三位【I】。地壳中的含铝矿物约有250种，其中约40％是各种铝硅酸盐。含铝矿物中最重要的是铝土矿。铝土矿是目前氧化铝和电解铝生产的主要矿石来源。铝是一种性能优良的金属，是第二大类金属。氧化铝是一种应用非常广泛的工业原料，不仅用于冶炼金属，还被广泛应用于制造耐火材料、陶瓷、研磨介质、基板、工具，填料等。铝工业在国民经济中有着举足轻重的地位。铝土矿主要含铝矿物为

2、三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石。根据铝土矿中含铝矿物存在的形态不同将铝土矿分为三水铝石型、一水软铝石型、一水硬铝石型以及混合型四种类型。全世界铝土矿资源主要为三水铝石型铝土矿。其矿石特点是氧化铁和氧化硅含量低，氧化铝含量高，铝硅比通常大于10，适合适用拜耳法工艺提取氧化铝。我国铝土矿资源丰富，保有储量为22．88×lOat。但我国铝土矿以一水硬铝石型为主，按铝硅比划分，以中等品级居多，铝硅比大于10的储量仅占总储量的3．9％，铝硅比在7～10之间的储量占26．1％，铝硅比在4～7之间的储量占59．5％

3、，铝硅比小于4的储量占7．5％；其突出特点是高铝、高硅12】。我国的氧化铝生产主要采用烧结法和混联法工艺。铝土矿提取氧化铝以后的残渣被称为赤泥。赤泥是一种碱性废渣，污染环境。我国是世界第二大氧化铝生产大国，并且我国的铝土矿的品位不高，多采用烧结法和混联法工艺提取氧化铝，提取单位质量的氧化铝产出的赤泥废渣量更大。我国赤泥废渣的利用率又很低，导致大量的赤泥被堆存起来，使我国的赤泥问题更加严重。1．2赤泥的物理与化学性质1．2．1赤泥的物理性质赤泥是一种深红色的土状物，粒度比较细，其PH值一般都大于10，其熔

4、点一般在l200℃至1300℃。赤泥的物理性质指标主要包括比重、密度、孔隙比、含水量、界限含水量(塑限、液限、塑性指数和液性指数)、饱和桂林工学院硕士学位论文度等。赤泥的物理性质如表1．113】所示。表1．1赤泥的物理性质序号指标指标值评价1比重G，KN／m32．8(2．7～8．9)>一般土2天然密度r，KN／m314．5(14．2～15．1)<一般土3干密度rd，KN／m37．1(6．6～8．1)>一般土4孔隙比e2．53～2．95>>一般土5含水量W，％80(82．3～105．9)>>粘土6液限W。

5、，％70(7l～lOO)>粘土高塑性7界限含塑限Wr，％50(44．5～81)>>粘土8水量塑性指数Ir20(17～30)>粘土9液性指数It1．30(O．92～3．37)很大流塑10饱和度St，％91．1～96．6完全饱和1．2．2赤泥的化学成分表1．2赤泥化学组成成分分析赤泥的化学成分主要取决于铝土矿的化学成分、生产工艺和生产过程中加入的添加剂的成分。根据铝土矿中的二氧化硅含量的不同，我国氧化铝生产采用了烧结法，混联法和拜耳法三种方法生产。其中用拜耳法处理的铝土矿二氧化硅含量最低，石灰的添加量比烧结

6、法和联合法的少。铝土矿的成分也随产地变化而变化，各厂赤泥的成分都不同。表1．2【3～51是不同铝2桂林工学院硕士学位论文厂赤泥的化学成分。赤泥的化学成分还会随时间的推移而变化。赤泥在堆积过程中会与水、空气和自身的一些成分发生化学反应，使其含水率变大，一些成分被水溶解带走，使其成分发生变化。以山东铝业的赤泥为例，如表I．316J所示，随着时间的变化各成分的含量都发生了一定的变化。表1．3不同时间的山东铝业赤泥化学成分1．2．3赤泥的物相赤泥的物相主要是熟料高温反应形成的不溶性物和溶出过程水化、水解产生的衍

7、生物、水合物以及二次副反应形成的新生物相【71。其主要的物相一般有方解石、赤铁矿、针铁矿、硅酸二钙等以及原矿中没反应的物相。赤泥的物相也随产地和生产工艺的不同而变化。景英仁t3J等对山西赤泥研究表明，山西赤泥的主要矿物为文石和方解石；其次是蛋白石、二水铝石、针铁矿；还有少量的钛矿物、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和烧碱。杨世杰【8】等对平果赤泥的研究表明，平果赤泥中含有赤铁矿、针铁矿、水化石榴石、一水硬铝石、含水硅铝酸钠、钙钛矿、轻钙石、方解石等物相，其中赤铁矿和水化石榴石含量较高。王梅【7】对山东赤泥

8、的研究表明，山东赤泥中的主要矿物有：JB．硅酸二钙、霞石、方解石、口．型水化氧化铝、铝酸三钙、A1203·nH20、Si02·nH20、Ca(OH)2、FeS(或FeSx)等。1．3赤泥的利用现状在我国，每生产1吨氧化铝会产生l至2吨赤泥【7l。我国主要有六大铝业基地(山西、山东、贵州、郑州、中州和平果)，它们都源源不断的产出大量的赤泥。全国现已积累了超过5000万吨等待利用的赤泥，而且我国每年排放的赤泥还超过800万吨，并逐年增加。对于赤