王路明徐子芳

(1.安徽理工大学材料科学与工程学院 安徽 淮南 232001)(2.盐城工学院材料工程学院 江苏 盐城 224051)

一、赤泥概述

(一)赤泥的种类

在氧化铝在生产过程中会产生大量碱性极强的固体废料，这些废料中含有较多的氧化铁从而表现为红色，因而被称为赤泥，也称红泥。氧化铝的生产工艺可以分为拜耳法、烧结法和联合法这三种生产工艺，其产生的赤泥也分别为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥[1]

1.拜耳法赤泥：在高温反应釜中，氢氧化钠溶液与铝土矿进行反应，逐渐形成铝酸钠溶液，在搅拌、过滤、分离、降温后加入晶种氢氧化铝溶液,搅拌后铝酸钠会分解析出氢氧化铝,氢氧化铝会经过焙烧后会得到成品氧化铝，其中所剩的残渣包括方钠石、赤铁矿等就是拜耳法赤泥。

2.烧结法赤泥：将铝土矿进行烧结，其中的氧化铝会逐渐转变成易溶低碱的铝酸钠，溶解后会生成偏铝酸钠，其中的钙，硅，铁以及钛等杂质则形成烧结法赤泥。

3.联合法赤泥：联合法将拜耳法与烧结法联合起来使用，主要利用拜耳法，用烧结法当做辅助,利用这种生产方法排放而出的残渣被称为联合法赤泥，这种赤泥兼具拜耳法赤泥和烧结法赤泥的特性。

(二)赤泥的组成

赤泥中的主要元素组成为铁、铝、钙、硅、钠、钛等，其主要矿物组成为赤铁矿(α-Fe2O3)、针铁矿(α-FeOOH)、一水硬铝石(Al2O3·H2O)、水化石榴石 (Ca3AlFe(SiO2)(OH))、含水硅铝酸钠 (Na2O·Al2O3·1.68SiO2·1.73H2O)、钙钛矿 (CaTiO3)、羟钙石Ca(OH)2)、方解石(CaCO3) 等，当中以赤铁矿与水化石榴石含量高[2]。不同种类的赤泥也有着不同的成分，如拜耳法赤泥的铁含量就远高于其它两种赤泥。见下表1。

表1 不同种类赤泥的成分

(三)赤泥的主要利用方式

由于当前人们对铝和铝合金的需求量不断增大，氧化铝的产量也不断提高，赤泥也就大量出现，然而赤泥的利用率却极低，导致了赤泥的大量堆积，总累积量已经达到了数亿吨[3]。目前主要三种利用赤泥的方式：

1.用于制备建材。一可用于制备水泥，烧结法赤泥经过了1200℃高温煅烧，其中含有大量的β-C2S，而β-C2S是水泥物相之一，有利于水泥的煅烧[4]；二可于生产砖块，如王晓峰等人以拜尔法赤泥和煤矸石为主要原料制备出抗压强度为10～15MPa并且满足GB5101-2003要求的赤泥烧结砖。

2.回收有价金属。赤泥中不仅含有大量的铁、铝等元素，还富含稀有金属与稀土元素。赤泥一可用于回收铁，拜耳法赤泥中Fe2O3的含量极高，陈志友等对拜耳法赤泥进行磁选处理，铁精矿品位基本稳定在48.00%以上，最高可提高到52.00%[5]；二可用于提取稀有金属，其工艺主要是是利用算酸侵出的方法，其中包括硝酸浸出、盐酸浸出等。

二、蒸压加气混凝土概述

(一)蒸压加气混凝土特点

蒸压加气混凝土作为一种新型的轻质建材被广泛的应用于生化中。它是以粉煤灰，硅尾矿等为主要硅质原料，石灰，水泥，钢渣等为主要改制原料，石膏等作为掺和料，以铝粉为主要发泡剂，并配稳泡剂与促泡剂，经搅拌后浇注，硬化后切割而后在蒸压釜中高温高压养护而制成的一种多孔混凝土制品。其最大特点是质量轻，其容重在500～900kg/m3，孔隙率在70%～85%左右，与普通混凝土相比，质量仅为其的五分之一，较大程度上降低了建筑物的成本；其次是其保温隔热性能良好，由于其内部拥有大量的气孔，其保温隔热效果极佳；由于其内部拥有大量空隙，也拥有着较好的吸音能力。

(二)蒸压加气混凝土的近期研究进展

加气混凝土的研究一般是以粉煤灰为主要硅质原料，石灰与水泥为主要钙质原料制备而成的，而在近期的研究中，专家学者们开始以各种固体废料来代替粉煤灰。王长龙、乔春雨等利用煤矸石与铁尾矿为主要原料，再配以水泥、石膏、石灰为辅料，利用铝粉为发泡剂制备蒸压加气混凝土，制备出的试块绝干密度为608 kg/m3、抗压强度为3.64 MPa[8]。王青、许珂等利用石墨尾矿为主要硅质原料，并辅以水泥、生石灰、磷石膏、铝粉等，制备得A5.0，B07级蒸压加气混凝土，并发现最适合生成托勃莫来石的钙硅比为0.6[9]。彭军芝对加气混凝土的气孔结构也进行了深入的研究，认为铝粉颗粒细度在60μm～75μm、石灰宜采用细度8%～15%间、浇筑温度在40℃～45℃时能够节约能源和提升制品孔壁强度[10]。

三、赤泥在加气混凝土中的应用

烧结法赤泥与联合法赤泥中钙硅含量极高，而钙硅正是托贝莫来石生成的必备条件，所以这两种赤泥应用于生产蒸压加气混凝土是可行的。吴波、张德成等人通过对赤泥进行成分分析并进行实验，最后成功制备出符合国家标准的赤泥加气混凝土砌块，其最佳配比为赤泥：水泥：石灰：硅砂为15:14:37:34[11]。王瑞燕通过对赤泥-粉煤灰加气混凝土进行研究，认为赤泥的高碱性有利于铝粉发泡形成氢气，以及形成赤泥加气混凝土孔壁的主要物质是C-S-H凝胶和钙矾石AFt[3]。贾韶辉，刘恒波等利用烧结法赤泥，再通过添加粉煤灰、生石灰、水泥等物料并用铝粉发泡，制备出容重为592kg/m3，抗压强度为4.4MPa的赤泥蒸压加气砖[12]。窦广陵通过对赤泥加气混凝土进行研究，发现通过蒸压养护后强度有所提升，但在28d后强度发生了大幅度的降低，他认为钙矾石受环境温度影响较大，当环境温度降低时，钙矾石会发生分解，期内部网状结构被破坏，强度降低[13]。郭晖、马小娥等利用赤泥、粉煤灰、砂、水泥、生石灰为主要原料并用铝粉发泡，利用蒸压养护制备出容重、抗压强度符合05级国标的加气混凝土[14]。

赤泥：水泥：石灰：硅砂为15:14:37:34

四、结论

烧结法与联合法赤泥中的β-C2S矿物使得赤泥具有一定的胶凝性，并且其中的钙硅含量较高能够有效的替代粉煤灰和生石灰充当硅源和钙源，因此，烧结法赤泥与联合法赤泥可以作为蒸压加气混凝土的主要原料。近年来蒸压加气混凝土已经成为社会上大力推广的新型墙体材料，而赤泥的大量堆积缺无法解决，如果将赤泥应用于加气混凝土的生产中不仅降低了成本，同时也缓解了环境的压力，为铝行业的可持续发展做出了贡献，社会价值极高，因此研究赤泥作为主要原料生产加气混凝土对赤泥的合理处理和节能减排有着重大的社会价值。唯一的不足之处是是拜耳法赤泥中的钙硅成分极少，铁铝含量极高，这就限制了其在建筑领域的应用，也限制了赤泥的充分利用。