赤泥脱碱新工艺研究及其综合利用

摘要

赤泥是氧化铝冶炼过程中排出的固体废渣,其大量堆存不仅占用土地资源,污染环境,也造成资源浪费。赤泥中含有生产水泥所必须的矿物质,可用于水泥生产。然而赤泥中的碱组分限制了其作为生产水泥原料的大规模应用。因此,开展赤泥脱碱研究,使脱碱赤泥用于水泥生产,不仅可以减少氧化铝行业赤泥排放量,而且拓展了水泥原材料资源,对于长城铝业公司的发展以及水泥行业的发展将产生十分积极的影响。
　　采用化学分析方法、TG-DTA、XRD、IR等测试方法对长城铝业公司河南分公司赤泥特征的分析表明,赤泥中结晶态物质主要为碳酸钙(以方解石为主,少量文石)和钙钛矿,还有部分无定形铝硅酸盐物质。在室温~900℃的加热处理过程中,赤泥中吸附水和结晶水的脱除于600℃之前基本完成,620℃~760℃发生碳酸钙的分解,加热处理温度达到700℃时β-C2S开始形成,800℃时大量形成,钙钛矿在整个加热处理过程中表现为惰性。赤泥的化学组成和热处理特性表明赤泥可用于生产硅酸盐水泥。
　　赤泥可磨性研究表明,研磨赤泥可以脱除赤泥中的部分吸附碱;减小赤泥粒径;并且选取适合赤泥研磨的设备对研磨赤泥脱碱有极大促进作用。快速研磨机加硫酸研磨赤泥脱碱正交试验表明,该法将赤泥中Na2O和K2O含量降底至1.98％和0.61％;研磨时间和硫酸加入量对赤泥脱碱效果有显著影响。赤泥高温加压氧化钙水化法正交试验研究表明,该法脱碱可将赤泥中Na2O、K2O含量降底至1.41％、0.44％;反应时间和反应温度对Na2O和K2O脱除效果影响显著。加硫酸研磨脱碱和高温加压氧化钙水化法脱碱串联正交试验研究表明,两种脱碱方法串联可以将赤泥中碱含量降低至1％以下;赤泥研磨时间、硫酸加入量、反应温度对赤泥脱碱效果影响显著;最佳脱碱条件为:研磨时间40min、硫酸加入量0.0160mol/100g赤泥、反应时间14min、反应温度=120℃,该条件下可将赤泥中碱含量从5.63％降低至0.86％,达到研究目标。该脱碱赤泥可用于生产标号为52.5＃酸盐水泥。根据试验室试验数据提出赤泥脱碱新工艺,该工艺可在一小时以内将赤泥中的碱含量由5.63％降低至1％以下,具有能耗低、连续性、污水零排放等优点,其综合效益估算表明,每吨赤泥综合利用收益可达80.6元,具有良好工业应用价值,对我国氧化铝行业以及水泥行业的发展有极大促进作用。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题的来源及研究的意义

1.1.1 课题的来源

1.1.2 课题研究的意义

1.2 赤泥的形成及其化学成分和物相组成

1.3 赤泥的综合利用现状

1.3.1 赤泥制作优质砖和转型砖

1.3.2 赤泥用作塑料填料

1.3.3 赤泥治理工业废水

1.3.4 赤泥治理工业废气

1.3.5 赤泥中提取有价金属

1.3.6 赤泥制作微晶玻璃

1.3.7 利用赤泥生产水泥及水泥混合材

1.4 赤泥利用需要解决的问题

1.5 本课题研究目标

第二章 赤泥的化学组成及其状态特征

2.1 赤泥的化学组成、含碱特征及矿物组成

2.1.1 赤泥的化学组成

2.1.2 赤泥的含碱特征

2.1.3 赤泥的矿物组成

2.2 不同锻烧温度赤泥的XRD分析

2.3 赤泥的综合热分析

2.4 赤泥的红外光谱分析

2.5 赤泥的电子显微镜观察

2.6 赤泥的比表面积分析

2.7 小结

第三章 赤泥可磨性及加硫酸研磨脱碱研究

3.1 试验原料及试验设备

3.2 快速研磨机研磨试验

3.2.1 试验条件

3.2.2 试验步骤

3.2.3 结果讨论

3.3 轻型QGM卧式罐磨机研磨试验

3.3.1 试验条件

3.3.2 试验步骤

3.4 轻型QGM卧式罐磨机加硫酸研磨试验

3.4.1 试验条件

3.4.2 试验步骤

3.4.3 结果讨论

3.5 赤泥加硫酸研磨脱碱正交试验

3.5.1 正交试验因素与水平

3.5.2 正交试验操作步骤

3.5.3 结果讨论

3.6 小结

第四章 赤泥高温加压氧化钙水化法脱碱试验研究

4.1 氧化钙水化法赤泥脱碱机理

4.2 高温加压氧化钙水化法赤泥脱碱正交试验

4.2.1 试验原料及试验设备

4.2.2 正交试验因素与水平

4.2.3 试验步骤

4.2.4 结果结论

4.3 小结

第五章 赤泥脱碱方法串联试验研究

5.1 赤泥脱碱方法串联正交试验

5.1.1 正交试验的因素与水平

5.1.2 试验步骤

5.1.3 结果讨论

5.2 脱碱赤泥用于水泥生产性能检测

5.3 小结

第六章 赤泥脱碱新工艺及综合效益分析

6.1 赤泥脱碱新工艺

6.2 赤泥脱碱成本估算及综合效益估算

6.3 小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录1 硕士研究生期间发表论文

附录2 火焰原子吸收光谱法测定氧化钾、氧化钠量