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铝业赤泥免烧砖中试生产及产业化 ＊ 杨家宽 1 侯 健 2 齐 波 2 刘 伟 2 郭怀胜 2 肖 波 1 1.华中科技大学环境科学与工程学院, 湖北 武汉 430074; 2.山东铝业股份有限公司, 山东 淄博 255100 摘要 利用铝厂赤泥、自备电厂粉煤灰、矿山石渣为主要原料在国内第一条赤泥砖生产线上进行了中试生产, 采用了 自然养护和蒸压养护两种生产工艺。 自然养护的赤泥免烧砖达到了非烧结普通粘土砖标准 JC T 422 -1991 1996 中 15 级要求, 蒸压养护的赤泥免烧砖达到了蒸压灰砂国家标准 GB 11945-1999 中优等品 MU15 级的要求。 通过成本核 算, 自然养护的赤泥免烧砖的生产成本能够控制在 0. 11 元 块以下, 蒸压养护的赤泥免烧砖的生产成本能够控制在 0. 14 元 块以下, 具有较好的经济性。 关键词 赤泥 免烧砖 新型建筑材料 ＊山东铝业股份有限公司企业博士后基金资助项目 0 前言 赤泥是用苛性钠碱液浸提生产 A12O3而排放的 工业废渣 。山东铝业股份有限公司 以下简称“山 铝” 自 1954年建厂投产以来 ,氧化铝生产共排出废 渣赤泥2 200万 t 以上, 如今堆场高度约72 m, 已达堆 积极 限 而 被 迫 停 用 [ 1] 。 2001 年 又 被 迫 花 费 约 7 000 万元修建第二赤泥堆场, 由于 A12O3产量的增 加,每年有 100 多万 t 赤泥外排到赤泥堆场, 预计第 二堆场最多还能使用2 a 。“山铝”必须耗巨资再寻找 第三赤泥堆场 。因此, 赤泥的资源化问题成为制约 “山铝”发展的重要课题。 国外一般采用排海来处置铝业赤泥 ,国内几家铝 厂都处在内陆省份, 海洋处置的费用太高。国内外也 有许多开展赤泥资源化的研究, 包括制备水泥 [ 2] , 生 产陶瓷 [ 3] , 塑料填料 [ 4] 等 。然而, 目前大部分技术要 么耗渣量太小, 要么生产成本高 、能耗太大 。利用赤 泥制备免烧砖新型建筑材料是一个被看好的新的发 展方向 [ 5,6] 。 1 试验部分 1. 1 生产原料 烧结法赤泥 中试生产中的赤泥全部取自“山 铝”的第一赤泥堆场。赤泥取用 2 种, 一种取自“山 铝”第一赤泥堆场东坝坝底, 为风化陈赤泥 , 多呈块 状,表面干燥, 存放时间为10 a以上, 简称“干赤泥” , 破碎后最大粒径控制在8 mm以下; 另一种取自排放 时间为1 a 以内的新鲜赤泥 ,简称“湿赤泥” 。 粉煤灰 粉煤灰为“山铝”自备电厂电除尘收集, 有干排灰和湿排灰两种。 石灰 取自氧化铝厂石灰窑收尘后的细粉,其活 性氧化钙有效成分 70 以上。 石膏 180 目的二水生石膏细粉, 石膏有效成分 在80以上 。 水泥 从“山铝”水泥厂购买的 425 普通硅酸 盐水泥。 骨料 骨料也选用了 2 种, 一种是石灰石矿剥离 后的碎石渣 ; 一种为市场购买的建筑用中砂 ,筛分后 最大粒径控制在8 mm以下。 主要原料含水率经过110 ℃烘干24 h测得, 检测 结果见表 1。 表 1 主要原料含水率的检测结果 原料种类干赤泥湿赤泥湿排粉煤灰 含水率384540 1. 2 免烧砖生产工艺流程 免烧砖生产的工艺流程见图 1,其中养护工艺分 为自然养护和蒸压养护。 图 1 赤泥免烧砖生产工艺流程图 1. 3 免烧砖中试线试生产工艺参数 混料时间 10～ 15 min; 混合料的含水率 12～ 15 压砖机喂料深度 75～ 80 mm ; 压砖机电流大小 25～ 30 A; 52 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 砖坯厚度 52. 5～ 53. 5 mm ; 砖坯质量 2. 45～ 2. 55 kg ; 砖坯密度 1. 675～ 1. 743 g cm 3 ; 砖坯原料陈化处理条件 在室温25 ℃下陈化养 护24 h; 砖坯自然养护条件 在室温25 ℃下淋水养护 28 d出厂 ; 砖坯蒸压养护条件 蒸汽压力为1. 2MPa下保压 4 h,蒸养后砖存放7 d出厂 。 1. 4 配方 根据前期实验室的小试结果 ,确定基准配方, 主 要调节干赤泥和湿赤泥含量的比例 ,制定自然养护赤 泥免烧砖试验方案见表 2。蒸压养护的赤泥砖的试 验方案见表3。 表 2 自然养护试验方案中赤泥免烧砖各原料的配比 质量分数 试验编号湿赤泥 干赤泥 干粉煤灰砂子石灰石膏水泥 1 16. 516. 524291031 2 26. 46. 624291031 3 21. 79. 324291051 421. 614. 42630530 表 3 蒸压养护的赤泥砖各原料配比质量分数 试验编号 湿赤泥 干赤泥粉煤灰砂子石灰 石膏水泥 523821 干灰321051 621826 湿灰291051 77028 湿灰 47 石硝1260 2 试验结果与讨论 2. 1 强度检测结果 第一组自然养护的赤泥免烧砖的强度检测结果见 表4。第二组蒸压养护的赤泥砖的检测结果见表 5。 表 4 自然养护的赤泥免烧砖强度检测结果 试验 编号 7 d强度 MPa28 d 强度 MPa 抗压强度抗折强度抗压强度抗折强度 达到 JC422-91 强度等级 17 . 71. 79. 12. 07. 5级 210 . 12. 012. 72. 310 级 3 13 . 62. 617. 52. 815 级 4 9 . 02. 510. 62. 710 级 从表 2 和表 4 试验结果可以看出, 通过控制合适 的干赤泥和湿赤泥的比例 ,自然养护的赤泥免烧砖的 性能能够达到非烧结普通粘土砖 JC422-91 15 级的 强度标准 。 从表3和表5试验结果可以看出 , 通过控制合适 表 5 蒸压养护的赤泥免烧砖强度检测结果 试验编号 抗压强度 MPa 抗折强度 MPa 达到 JB11945 -1999 强度等级 5 11. 63. 2MU10 级 6 15. 63. 3MU15 级 7 25. 74. 8MU20 级 的工艺条件,蒸压养护的赤泥免烧砖的性能能够达到 蒸压灰砂砖 GB11945 -1999 优等品MU15的强度标准。 2. 2 赤泥堆存时间对赤泥砖性能的影响 “山铝”第一赤泥堆场主要是烧结法赤泥 ,刚排放 的新鲜赤泥含水量高, 碱含量也偏高, 并且含有大量 的活性物质 β -2CaOSiO2。随着堆存时间的延长, 赤 泥会发生一系列物理化学变化 ,其化学组成和矿物组 成也会发生变化 ,分别见表6 和图 2。 表 6 存放不同年份的赤泥化学组成质量分数 赤泥堆存 时间 a SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOTiO2Na2OK2OLOIST 1016 . 117 . 388. 30 33 . 20 0 . 432 . 002 . 920 . 84 26 . 500. 36 从表 6 可以看出来, 随着赤泥堆存年限的不同, 各元素化学组成有些变化 ,主要是由于不同年份生产 过程中铝土矿等原料来源不同以及生产工艺变化造 成的 。赤泥的化学组成中主要是CaO 和SiO2,它们的 总量大约占 50以上 。从表 6 中还可以看出 , 各元 素的化学组成随年份变化不大, 然而灼烧减量 LOI 随着堆存时间的增加而明显增加。造成 LOI 值明显 增加的主要原因是赤泥堆存中 CaO 逐渐风化成方解 石,这可以从灼烧过程中 CO2排放量得到验证。从 图2不同年份的赤泥的XRD图谱中可以明显看出 ,随 着赤泥堆存时间的增加 , 具有胶凝活性的 β -2CaO SiO2逐渐减少,方解石 05 -0586 逐渐增加 ,并成为主 晶相 。 在中试生产中一般将1 a内的湿赤泥和10 a以上 的干赤泥搭配使用。主要有以下好处 1 湿赤泥和干赤泥搭配可以调节混合料合适的 含水率,一般不需要外加水; 2 1 a 内的湿赤泥活性物质 β-2CaOSiO2含量 高,有利于增加砖的强度 ; 然而湿赤泥加入量过高 ,游 离碱的含量高, 容易导致赤泥砖表面泛霜 。 从1 至 4配方试验结果可以看出湿赤泥 干赤 53 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 图2 不同年限的赤泥 XRD 衍射图谱 泥的干质量比例在 2 ～ 4 ∶ 1 的范围内 ,自然养护的 赤泥免烧砖的强度较高。 2. 3 赤泥砖生产中几点值得注意的事项 1 生石灰作为固化剂一方面可以利用石灰与原 料中的活性SiO2和活性 Al2O3发生水化胶凝反应 ,另 一方面生石灰强烈吸水放热反应能够破坏赤泥表面 的惰性保护层, 激发赤泥中的物质进一步发生水化胶 凝反应。生石灰对于赤泥砖的强度形成具有重要作 用。在生石灰的陈化工艺中, 一方面要注意混合料含 水量的控制。含水量偏高 ,容易导致陈化过程中物料 结块, 这就是通常所说的陈化仓中物料“结仓”的现 象,严重影响下一步的正常生产, 并可能导致赤泥砖 终强度的降低。如果陈化过程中混合料含水量偏低, 或陈化温度太低 ,陈化时间不够, 生石灰没有获得充 分消解就压制成型 ,这样在自然养护的一周内 ,或蒸 压养护过程中会在砖的内部产生大量的微细裂纹 ,导 致砖的强度下降 ,抗冻性明显降低 。 2 在山东、山西等北方地区冬季生产赤泥免烧 砖,要注意在陈化过程以及初期自然养护过程中加强 保温措施, 可以采用太阳房消化仓和太阳房自然养护 室等方式, 既节能又环保 。 3 在免烧砖的生产过程中, 物料的级配对赤泥 免烧砖压制成型过程中排气和赤泥砖的成型能力具 有重要影响 。一般要求砂子或石硝等骨料的含量 ≮ 30。 2. 4 赤泥砖综合性能测试结果 对于蒸压养护的赤泥砖由相关单位进行了全套 性能测试, 测试结果见表 7。可以看出蒸压养护的赤 泥免烧砖的性能能够达到蒸压灰砂砖 GB11945- 1999 优等品MU15 的强度标准。 表 7 赤泥蒸压养护砖综合性能测试结果 检测项目 性能要求 参照GB11945-1999 测试结果 尺寸偏差D≤5 时尺寸偏差合格0 外观质量d ≤5 时尺寸偏差合格1 冻后质量损失单块值≤2 . 0 10 块受检样品 最大损失 0. 4 冻后强度 优等品MU15 冻后强度 ≥12. 0MPa 23. 8MPa 干燥收缩率 mmm- 1≤0 . 750. 68 碳化系数Kc≥0. 800. 86 放射性比活度限制式≤ 1内照射指数 0. 26 放射性比活度限制式≤ 1外照射指数 0. 56 2. 5 赤泥免烧砖工程经济性分析 规模为年产 300万块赤泥标砖的生产线采用自然 养护和蒸压养护两种工艺 ,工程经济性比较见表 8。 表 8 赤泥砖工程经济性比较表 项目 自然养 护工艺 蒸压养 护工艺 备 注 设备投资 万元160240蒸压工艺中不包括锅炉的费用 工程投资 万元200300 建筑工程占 25, 设备投资占 70, 安装工程占5, 不包括征 地费用 项目总投资 万元240360流动资金占工程投资的 20 占地面积 m28 0006 000 单砖成本 元块- 1 0 . 110. 14 销售价格 元块- 1 0 . 150. 2 年销售收入 万元450600 年利润 万元120180 赤泥砖根据国家政策可以享受 免税待遇 静态投资回收期 a22 3 结论 1 利用赤泥 、 粉煤灰、矿山石渣等铝工业废渣在 国内第一条赤泥砖生产线上制备出自然养护的赤泥 免烧砖 ,蒸压养护的赤泥砖 ,分别可以达到非烧结普 通粘土砖标准 JC T422- 1991 1996 15 级和蒸压灰砂 54 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 国家标准 GB 11945- 1999 中优等品MU15级的要求。 2 由于赤泥堆存的年限不同, 物理化学性质存 在差别,在生产中控制湿赤泥和干赤泥合适的比例, 干重量比例在 2 ～ 4 ∶ 1 的范围内 , 自然养护的赤泥 免烧砖的强度较高。 3 在生产中, 生石灰的陈化工艺对赤泥砖的性 能影响较大 ,要控制好混合料的含水率 、陈化温度和 陈化时间 ,防止混合料陈化“结仓” , 或者微裂纹的缺 陷出现。 4 规模为3 000万块赤泥标砖的生产线投资在 200～ 300 万元左右 ,静态投资回收期约2 a, 是一项经 济效益很好的投资项目, 同时具有重要的环境效益和 社会效益 。 参考文献 [ 1] 焦占忠. 利用工业废渣生产新型墙材工艺研究. 世界有色金属, 1999 10 9 -11. [ 2] Maneesh Singh, S. N . Upadhayay and P. M . prasad. Preparation of special cements from red mud. Waste Management, 1996, 8 665-670. [ 3] Vincenzo M. Sglavo, Renzo Campostrini , Stefano Maurina , Giovanni Carturan,Marzio Monagheddu,Gerolamo Budroni ,Giorgio Cocco. Bauxite red mud in the ceramic industry . Part Ⅰ thermal behaviour. J. Eur. Ceram. Soc . ,2000, 20 235 -244. [4] 任冬梅, 毛亚南. 赤泥的综合利用. 有色金属工业, 2002 5 57 -58. [ 5] 王梅, 杨家宽,齐建召. 用工业废渣生产免烧免蒸砖. 新型建筑 材料, 2004 12 18 -21. [ 6] 王梅, 杨家宽, 侯健. 生产赤泥粉煤灰免烧免蒸砖原料的研究. 矿产综合利用,2005 4 30 -34. 作者通讯处 杨家宽 430074 湖北省武汉市武昌喻家山 华中科 技大学环境学院 2005- 09-29 收稿 上接第 51页 [ 10] “Design aspectsofConfinedDisposalfacilities” ,inIsolation Techniques of a CDF , Bouwdienst Rijkswaterstaat, 1998. [ 11] Winkels, H. J. ,van Diem, A. , and Driebergen, J.Extent and degree of pollution of the sediment in Lake Ketelmeer. In D. G. Price , ed. , Proc. of 6thInt. Congress, Int. Assoc . of Engineering Geology , Amsterdam, Aug. 6 -10, 1990 183-188 . 作者通讯处 李涛 100044 北京市海淀区上园村 3 号 北京交通大 学 土建学院 隧道与岩土工程研究所 2005- 11-23 收稿 简讯 由国家环保总局主办 ,中国环境文化促进会承办的“国家环境友好工程”评选活动于 2006 年 6 月 9 日在京 隆重举行颁奖仪式, 环保总局局长周生贤出席仪式并讲话。他指出, 要在加大环境执法力度的同时辅之以激励 措施 ,大力表彰宣传先进典型 ,认真落实环评七项承诺 ,动员全社会关心环保、 重视环保、支持环保 ,为建设环境 友好型社会而奋斗。 周生贤说, 建设单位环境保护责任的履行情况 ,直接关系到企业的形象 ,关系到企业的竞争力。企业家应 该以增强企业绿色竞争力的战略眼光, 以担负起社会责任的强烈使命感 ,采取切实有效的措施 ,努力争当遵守 环境保护法律法规的模范 。同时, 要将环境保护融入到企业的发展理念、 工程建设、工程管理中,主动承担起更 大的环境保护责任, 为我国环保大厦添砖加瓦 。 国家环保总局副局长潘岳主持颁奖仪式 。本次 10 个“国家环境友好工程”经过包括 3 位院士在内的 15 位 评审专家严格的初评 、 复评 、 现场核查和公示等程序, 从全国 163 个参选项目中脱颖而出 。评选过程中聘请了 100位环保志愿者作为义务监督员,全过程进行监督 ,确保公正性。获奖项目严格履行环境影响评价、 “三同时”等 环保制度,环保表现在同类项目中最为出色,总投资额超过1 000亿元人民币,具有很强的示范性和代表性。 获奖的10 个建设工程项目是 中国石油西气东输管道工程 ,雅砻江二滩水电站工程 ,苏州河环境综合整治 一期工程 ,大连大有恬园住宅小区一期工程, 华阳电业有限公司漳州后石电厂一期工程、神府东胜煤田朔州至 黄骅港铁路工程 、 京珠国道主干线湖南临湘至长沙高速公路、华润电力登封有限公司一期工程 、 广州市地铁二 号线首期工程、中国石油新疆油田分公司石西油田开发建设工程 。这是我国建设项目环境保护的最高奖项。 环编整理 55 环 境 工 程 2006年 8 月第24 卷第4 期 APPLICATION OF ATOMIZER IN DESULFURIZATION TOWER BY WET SPRAYING Chen Minggong Fu Yongqiang Yuan Xining 40 Abstract Atomizer is the key part of desulfurization by wet spraying. The plane layout of atomizer and the designof space in desulfurization tower are demonstrated, and some familiar problems are discussed by combining practical engineering instance. In order to assure stable efficiency of desulfurization, the combined parts of atomizer should be designed rightly and the model andmaterial of atomizer should be selected reasonably, while the erection and maint enance ways should be correct. Keywords atomizer, flue gas from boiler andwet desulfurization THE OPTIMIZATIONOF THE THROAT OF VENTURI SCRUBBER ZhangYanfang Li Yuping 42 Abstract The relationship between pressure drop and the length of throat is gained with the ula from the literature. At the same time, the variation of the efficiency and the ratio of efficiency to pressure drop with the length of the throat and gas velocity are calculated with the William Licht ula. From these results, for a given efficiency, an optimal combination of the length and diameter of throat isgained, under which the pressure drop is the lowest one. The results are meaningfulfor optimizing the design of the throat construction and reducing operating cost of a venturi scrubber. Keywords venturi scrubber, pressure drop, throat and efficiency PRELIMINARY STUDY ON PROCESSING OIL-BASED CALCIUM CARBONATE MUD OBCCM INTO RUBBER FILLERSKuang Shaoping Nie Yongfeng 45 Abstract Based on the theories of macromolecule and rubber engineering , the feasibility that the mud can be processed into rubber fillers is demonstrated. As an example in Zhongyuan Oil Field, SINOPEC, the OBCCM was carefully ground into the powder less than 320 mesh. By the rubber processing and the subsequent product tests, it is suggested that there shouldbe no relations between the quality of the rubber products and the salty contents of the powdery mud, and the heterogeneous ingredients of the powder do not also influence the quality of rubber products seriously. As compared with the rubber fillers of the common and nanometer calcium carbonates, the filling effects of the powder can not be distinguished from processing features and mechanical characters. Moreover, the dispersing trend of the powder in rubber ingerdients, the crosslinking properties of rubber molecules, the anti -abrasion and the rebound are slightly superior to the countparts of the common and nanometer calcium carbonate fillers. Keywords oil-based mud, calcium carbonate, rubber filler and resources utilization THE COURSE AND PRACTICE OF TREATING DREDGING POLLUTED SEDIMENTS BY LANDFILL IN NETHERLANDSLi Tao Zhang Zhihong Tang Baorong 48 Abstract The lakes and rives in Netherlandswere badly polluted due to high industrialization, developed navigation and special geographical conditions. In order to treat thoroughly these polluted watersheds, itis imperative to drege the sediments containing many pollutants. It is introduced first the policies and laws of treating the dredging polluted sediments in Netherlands, research on disposal technology of sediments by landfill, and the guiding principles of building closed landfill sites. Finally a history case by such landfill technology is also given. Keywords environmental dredging, polluted sediment and closed landfill site PILOT -SCALE PRODUCTION AND INDUSTRIALIZATION OF THE NO-FIRED BRICKS FROM RED MUD IN ALUMINIUM INDUSTRYYang Jiakuan Hou Jian Qi Bo et al 52 Abstract A first pilot line for no -firedbrick, made from redmud, fly ash, and small particlesfrom crashedCaCO3ores, has been developed. The red mud brickswere produced by two curing processes. The redmud bricks curing at ambient conditions, reach the standard of grade 15 high quality products JC T 422-1991 1996 ; and the redmud bricks curing at high pressure water vapor curing process, reach the standard of MU15 high quality products GB11945-1999 . According to the cost-benefit analysis, the cost of the brick can be controlled under 0. 11 block, in the curing process at ambient conditions; and the cost of the brick can be controlled under 0. 14 block, in the high pressure water vapor curing process. The results show that the no -fired bricks from red mud have good economic benefits. Keywords redmud, non-fired bricks and new building materials QUICK DETERMINATION OF ANIONIC SURFACTANT IN SURFACE WATER Feng Jinmei Zhang Hairong 56 Abstract It was explored the feasibility of using malachite green reagent to determine anionic surfactant in surface water, through the contrast experiments. Experiment s result indicated that the accuracy and precision of this were suitable for present inspection criterion. As compared withthe methylene blue spectrophotometry, this had the advantages of easy operation, non-extraction and less analysis time. It was suitable for the monitoring of surface water. Keywords anionic surfactant, malachite green reagent and initial exploration 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 4, Aug . , 2006