氧化铝厂赤泥制备免烧砖的研究现状及发展趋势

晁钰鸿 冯有利

(河南理工大学资源与环境工程学院，河南 焦作 454003)

1.引言

赤泥是生产氧化铝过程中产生的碱性高、比表面积大的工业废渣浆液，因生产方法和铝土矿品位不同，每生产 1t氧化铝大约要产生 1.0t～2.0t的赤泥。2007年全球赤泥堆放量已达27亿吨，以大约每年120Mt的速度增加，预计到2015年将达到 40亿吨[1]。大量赤泥不能充分有效地利用，只能依靠大面积的堆场堆放，既占用了大量土地，又对土壤、水源、大气等造成污染。赤泥的资源化利用问题已经成为制约铝工业可持续发展的重要因素。如果能将产生的赤泥用于制备新型墙体材料免烧砖，既能减轻环境压力，又能实现废物的综合利用，以废治废，变废为宝，是一个非常有市场前景的研究课题。

2.利用赤泥制备免烧砖的主要研究进展

2.1 赤泥制备免烧砖的基本原理

赤泥的物质组成主要是一些碱性金属氧化物，主要成分(固液相)是 Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等碱性物质，矿物组成主要是赤铁矿(α－Fe203)和针铁矿(FeOOH)、一水硬铝石(A12O3·H2O)、含水硅铝酸(Na2O·A12O3·xSiO2·nH2O)、方解石(CaCO3)等物相，其粒度达到了微米级别并具有潜在的胶凝活性，用其制得的免烧砖本身就具有一定的强度。如果同时添加一些辅料和化学激发剂，可以激发其活性，混合料通过一系列的水化反应生成新物质，并且在这个过程中，不同矿物颗粒之间结合得更加紧密，可以使制成品的相关指标符合国家非烧结砖相关标准要求。

2.2 赤泥制备免烧砖的主要研究进展

许光辉等[2]利用中州铝厂赤泥和粉煤灰制备了一批免烧砖样品，在物料上选择以赤泥为主，粉煤灰为辅，同时添加了一些骨料和外加剂，通过正交实验，获得了18组不同配比的样砖，对其进行性能测试以判断不同配比对样品砖性能的影响程度。研究发现，赤泥的粒径小，有利于原料间的相互混合，制得的成品可塑性高，外观漂亮。赤泥含量在50%左右时，样品的抗压和抗折强度最高。各物料最佳配比为:赤泥50%，粉煤灰18%，骨料22%，混合材料9%，外加剂1%，此时样品的指标性能达到了非烧结砖标准JC/T422—1996中15级的要求。

邢国等[3]对利用赤泥和粉煤灰制备免烧砖的工艺配方进行了研究，试验中，制备了不同配比的20组试验样品砖，通过对其抗压强度趋势变化确定了最佳物料配比，各原料的最佳配比为:赤泥含量在25% ～40%之间，粉煤灰18% ～28%，骨料30% ～35%，石灰 8% ～10%，石膏2% ～3%，水泥1%为宜，其中赤泥可采用新鲜赤泥或者陈年赤泥和1年期赤泥各半混合。原料中加入一定的石棉对于提高免烧砖的性能也能起到一定作用。自然养护28d的免烧砖其抗压强度达到了非烧结普通粘土砖标准中15级的要求。

彭建军[4]等对利用拜耳法赤泥制备免烧路面砖进行了研究，以赤泥和粉煤灰为主，同时添加了水泥和改性剂来提高制成品的性能。经试验研究发现，制得的路面砖抗压强度、耐磨性、吸水率和抗冻性均能达到路面砖性能要求，同时还阐述了拜耳法赤泥路面砖活性的激发机理，并针对路面砖存在的泛霜现象提出了行之有效的解决办法。

王梅等[5]对利用赤泥和粉煤灰制备免烧砖的原料选择和制备工艺参数等方面进行了实验研究，性能指标主要以样砖的抗压强度为判断依据。结果表明，选用一年期或者新鲜赤泥和三年期赤泥混合料作为主料，骨料选用建筑用中粗砂，以生石灰和生石膏作为胶结剂和激发剂，同时添加适量的外加剂和水泥以改善成品的性能，所得的样品砖不同日龄的抗压强度均达到了国家非烧结黏土砖的性能标准。

3.赤泥制备免烧砖存在的主要问题及研究发展趋势

3.1 赤泥制备免烧砖存在的主要问题

虽然利用赤泥制备免烧砖的工艺性能研究已经有了很多年的历史，但是一直没有实现大规模工业化生产，究其原因主要有以下几点。首先，由于不同的铝土矿生产工艺或者因为铝土矿自身品位的不同，赤泥成分和物化性质存在差异，所以不能将其用一种工艺进行工业化生产。其次，制成品的性能存在不稳定性，许多研究成果还只是停留在实验室阶段，其性能的可靠度还值得商榷，市场认可度还比较低，对其抗压、抗剪强度以及吸水率等性能存在疑虑，这就使这种新型墙体材料的应用受到限制。第三，由于赤泥具有一定的放射性，以往的研究总是关注于其物理性能的提高，而放射性危害的消除少有研究，而国家对建筑用材料的放射性限量有着严格的要求，这也极大地限制了赤泥免烧砖的应用范围。

3.2 赤泥制备免烧砖的研究发展趋势

以往使用的普通烧结粘土砖在我国砖瓦业中占有主要地位，但是其生产过程不仅毁坏大量耕地，同时还要消耗一定的能源，在烧结过程中容易产生一些污染性气体，国家住建部早在1999年就明确要求全国170多个重点城市新建工程中禁止使用烧结粘土砖。寻找普通粘土砖的替代品、加大新型墙体材料的研究已经迫在眉睫。目前，免烧砖的研究方向主要是在改善各项指标性能上，具体包括其抗压强度、抗剪强度、外观、放射性以及泛霜现象的消除。只有不断地改善免烧砖的各项性能，提高产品的市场竞争力和认可度，才有可能实现赤泥的大规模资源化利用。由于制备的免烧砖工艺条件复杂，技术要求较高，所以其成本也较普通砖高，直接导致了市场需求的萎缩，所以开发出工艺条件简单、添加剂廉价的高性价比的技术路线也十分必要。

4.结语

不断累积的铝厂固体废弃物赤泥的资源化利用问题已经成为制约铝工业发展的重要因素，同时它所带来的环境污染也日益严重。不断提高赤泥的综合利用水平，是解决上述问题的唯一途径，同时也是可持续发展道路的必然要求。赤泥制备免烧砖具有消耗赤泥量大、工艺简单、产品附加值高等优点，应该不断加大研究力度，尽早实现免烧砖的产业化、工业化。

[1]M.GraäSfe，G.Power，C.Klauber.Bauxite residue issues:III.Alkalinity and associated chemistry[J].Hydrometallurgy，2011，(108):60－79.

[2]许光辉，马小娥.赤泥、粉煤灰免烧砖的性能研究[J].粉煤灰综合利用，2007，(6):38－39.

[3]邢国，杨家宽.赤泥粉煤灰免烧砖工艺配方研究[J].轻金属，2006，(3):24－27.

[4]彭建军，刘恒波.利用拜耳法赤泥制备免烧路面砖及其性能研究[J].新型建筑材料，2011，(1):21－23.

[5]王梅，杨家宽.赤泥粉煤灰免烧免蒸砖的原料与制备[J].矿产综合利用，2005，(4):30－34.