铝厂赤泥脱碱固硫制备烧结砖研究

摘要

赤泥是炼铝工业的废料。生活中对铝制品的需求极大地刺激了炼铝行业的发展，赤泥的排放量日益增多。赤泥由于炼铝工艺中大量使用NaOH而显强碱性，由于铝土矿成分复杂，提炼Al2O3后的赤泥成分同样复杂，并随产地的不同而成分、含量不同，导致赤泥尚无统一高效的处理方式。目前，全球范围内一般将赤泥堆积存放，日积月累后筑磊成坝，存在巨大的安全隐患。一旦坝体破损坍塌，强碱性赤泥倾泻而出，污染生态环境。
　　本论文测定了赤泥的的含水率、pH、密度等物化性质。通过单因素试验、正交试验以及多次洗脱试验研究赤泥的脱碱性能。同时，对赤泥进行固硫研究，考虑烧结温度、烧结时间和空气流量对赤泥中硫的释放的影响，而后添加固硫剂，以及金属添加剂，探讨固硫剂以及金属添加剂对赤泥中硫的固定的影响。往原赤泥和脱碱后赤泥中添加一定量的页岩，将其制备为烧结砖，对砖体抗拆性能、冻融性能、泛霜情况等进行测定。试验结论如下：
　　赤泥脱碱试验：
　　(1)赤泥中Na、K总量分别为4.65％、0.32%。试验使用CaO作为脱碱剂，其对Na+、K+的溶出率分别为55.35%、35.44%。
　　(2)单因素试验结果表明：赤泥脱碱的最佳条件为：赤泥粒径0.075-0.15mm、液固比为5、温度为100℃、洗脱时间2h、CaO添加量为16%。此时，Na+、K+的溶出率分别为73.29%、52.35%。
　　(3)经扫描电镜观测脱碱前后赤泥形貌可知，脱碱后的赤泥较脱碱前表面光滑、边缘清晰。经 XRD分析，赤泥的主要成分为石榴石、方解石等。脱碱前后，赤泥中透长石(KNa)(Si3Al)O8的衍射峰减弱，并出现了钙霞石Na6Ca2Al6Si6O24(CO3)2?2H2O、珍珠云母CaAl2(Si2Al2)O10(OH)2的衍射峰。
　　(4)正交试验表明，对Na+的溶出度而言，影响脱碱率的因素主次为：脱碱温度>脱碱剂掺量>粒径>脱碱时间>液固比。其最佳方案为：温度为90℃、脱碱剂掺量为12%、粒径为0.6mm以上、时间为3h、液固比为4。此条件下Na+、K+溶出率分别为75.83%，56.54%。
　　对K+的溶出度而言，影响脱碱率的因素主次为：脱碱剂掺量>脱碱温度>脱碱时间>粒径>液固比。其最佳方案为：脱碱剂掺量为12%、温度为90℃、时间为3h、液固比为4、粒径为0.075-0.15mm。该最佳试验方案Na+、K+溶出率分别为76.84%、57.38%。
　　(5)多次洗脱试验表明，将同一份赤泥进行多次洗脱可以增大脱碱率。通过三次洗脱，Na+、K+溶出率可达90.32%、39.28%。
　　赤泥固硫试验：
　　(1)赤泥的全硫量为0.14%，碘酸钾对赤泥的滴定度为0.05665 m g/m L。
　　(2)在温度600℃、烧结时间60 min、空气流量0.4 m3/h的条件下，释硫率可达95.27%。
　　(3)固硫率随着CaO添加量的增大而增大，在600℃时，空白样、0.1%CaO、0.2%CaO、0.3%CaO、0.4%CaO、0.5%CaO的固硫率最大可达78.31%，比空
　　白值高54.38%。在添加相同量CaO的情况下，固硫率随着温度的升高而降低。
　　(4)金属添加剂对CaO固硫效果的促进作用不尽相同。其中以SiO2和Ba(NO3)2的综合效果较好。1000℃下，添加SiO2、Ba(NO3)2的固硫率分别为53.22%、55.73%，远大于空白值38.17%。
　　(5)添加CaO的赤泥灼烧后XRD分析生成了Ca3Al2(SiO4)(OH)8、Al0.5Si0.75O2.25等Al-Si-O化合物，阻止了CaSO4的分解，增大固硫率。赤泥制备烧结砖试验：
　　赤泥烧结砖的抗拆强度随着页岩添加量的增加而增大，添加20%的页岩，赤泥砖抗拆强度为5.69Mpa。经冻融后，赤泥烧结砖的质量损失最大为1.27%，冻融性能合格。石灰爆裂后赤泥砖没有增加新的裂纹。脱碱处理后赤泥烧结砖的泛霜情况优于未脱碱赤泥烧结砖。
　　赤泥中含有大量的可利用资源，对赤泥减量化、无害化、资源化的研究可以从根本上解决赤泥堆积占用大量土地、潜在危害大的问题，有着深远的意义。本文尝试使用脱碱和固硫的手段对赤泥进行预处理，初步探索了赤泥制备烧结砖的可行性。

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英文摘要

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1 引言

1.1选题背景

1.2赤泥的形成

1.3赤泥的处理与处置

1.4赤泥脱碱研究

1.5赤泥固硫研究

1.6赤泥制备烧结砖研究

1.7研究内容和意义

2赤泥理化性质表征

2.1赤泥样品制备

2.2试验药品和仪器

2.3赤泥的性能表征

2.4结果与讨论

2.5本章小结

3赤泥脱碱技术的研究

3.1试验药品和仪器

3.2试验方法

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4赤泥固硫技术的研究

4.1试验药品与仪器

4.2试验方法

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5赤泥制备烧结砖的研究

5.1试验药品及仪器

5.2试验方法

5.3结果与讨论

5.4本章小结

6结论

6.1赤泥物化性质

6.2赤泥脱碱试验

6.3赤泥固硫试验

6.4赤泥制备烧结砖试验

致谢

参考文献

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