二次铝灰产品化方案及评价

综述了近年来以二次铝灰为原料制备氧化铝、净水剂、耐火材料、冰晶石、分子筛和陶瓷材料的现状,同时分析其产品及技术特点,对二次铝灰产品化利用给出评价和建议。

二次铝灰无害化处理和资源化利用研究进展

二次铝灰是铝熔渣经提取金属铝后得到的固体废弃物,含有氮化铝以及盐类精炼剂,二次铝灰具有污染和资源的双重属性,长期堆存会对环境构成威胁,而夹杂其中的铝化合物可用于二次回收利用,缓解环境危机。目前,二次铝灰的回收利用方法主要包括湿法冶金和火法冶金,湿法冶金主要是将二次铝灰进行溶解,提取里面的铝元素制备氧化铝、聚合氯化铝等;火法冶金主要是在高温条件下煅烧,制备微晶玻璃、耐火材料等。本文总结了二次铝灰的危害,概述了二次铝灰的无害化处理和资源化利用的现状,以期提高二次铝灰的资源化利用效率,降低二次铝灰对环境的污染。

碱烧结法回收二次铝灰中氧化铝

二次铝灰中蕴含大量的氧化铝、铝和氮化铝等,还有部分氟化物和氯化物盐类,属于危险废弃物。目前常用的铝回收技术有酸浸法和碱浸法,均存在工艺条件苛刻、回收率低、能耗高、物耗大和产品附加值较低等问题。本研究采用碱烧结法从二次铝灰中回收氧化铝,考察烧结温度对氮化铝转化率的影响,碱铝比、烧结时间和成型方式对氧化铝回收率的影响,得到以下主要结论:在烧结温度1423 K、烧结时间40 min、碱铝比1.1、干压成型的试验条件下,氧化铝溶出率最大为94.23%;通过对二次铝灰铝酸钠熟料浸出渣成分以及物相进行分析,得到二次铝灰经过碱烧结法焙烧后熟料主要成分为Al_(2)O_(3)和Na_(2)O,分别占到49.70%和28.06%,熟料标准浸出后残渣主要成分为CaO、Al_(2)O_(3)和MgO,含量分别为25.46%、20.27%和15.80%;二次铝灰中AlN分解率较高,可达到95%以上,最终浸出渣中氟离子浸出毒性在30 mg/L以下。综上所述,本文采用碱烧结法资源化利用二次铝灰,实现了二次铝灰脱氮固氟的无害化处置,具有环境友好、资源利用率高的优势,为后续大规模工业化推广奠定了理论基础。

冻结二灰固化碳酸盐渍土及损伤模型研究

在寒区工程中,盐-冻耦合效应往往会放大盐渍土体的强度损失。因此,考虑探究冻结作用下二灰固化碳酸盐渍土抗压性能的变化规律,以固化剂掺量、温度和加载速率作为影响因素,对二灰固化盐渍土进行了无侧限抗压试验,并提出一种考虑温度和加载速率的二灰固化盐渍土损伤本构模型。结果表明:石灰和粉煤灰能明显提高碳酸盐渍土的抗压强度,且使得改良土的应力-应变曲线由应变弱软化变为应变明显软化,当掺入3%石灰和12%粉煤灰时对碳酸盐渍土的固化效果最显著;温度和加载速率显著影响二灰固化土的抗压强度和弹性模量,三者之间关系可用非线性函数表达;二灰固化土抗压强度的影响因素按照重要性排序为温度>固化剂掺量>加载速率,且温度对改良土的影响远大于固化剂掺量和加载速率;所构建的二灰固化土损伤模型能较好地反映土体的应力应变关系和损伤变量的变化趋势。

二次铝灰湿法除氟工艺及氟化物的转化行为研究

为了研究湿法除氟因素(液固比、时间、温度、溶液种类、溶液浓度)对二次铝灰湿法处理过程中氟化物浸出效率及底渣氟化物浸出的影响规律,分别采用单因素实验测定湿法浸出前后底渣及其浸出液氟化物含量,同时对二次铝灰原样及湿法处理后的底渣进行XRD、SEM-EDS表征。结果表明,两种浸出介质条件下,以上5种因素均对氟化物浸出效率产生影响,常温湿法浸出条件下,NaOH溶液碱浸去除氟化物效果优于去离子水。去离子水浸出氟化物的最佳工艺参数:液固比(体积质量比,mL/g,下同)为30、水解时间为4 h、水解温度为90℃,此时氟化物浸出率为12.98%。常温条件下NaOH溶液浸出氟化物的最佳工艺参数:液固比为10、NaOH溶液浓度为1.5 mol/L、水解时间为30 min,此时氟化物浸出率为65.85%。XRD表征结果反映出湿法处理后二次铝灰中AlN含量有不同程度的减少,SEM-EDS表征结果反映出湿法处理后底渣中氟化物含量均相应减少,上述研究结果为二次铝灰湿法处理过程中氟化物去除提供科学依据。

二灰稳定建筑固废碎石路面基层路用性能分析

本文对不同建筑固废掺量的二灰稳定纯碎石混合料的路用性能进行了分析。结果显示,在所有建筑固废掺量中,二灰稳定纯碎石混合料的各项性能指标均表现最优,明显优于其他掺量的混合料。随着养生龄期的增加,混合料的抗压强度呈上升趋势。同时,混合料的抗压回弹模量与抗压强度呈现出相同的变化趋势。随着建筑固废掺量的增加,混合料的劈裂强度逐渐提高,但抗冻性能却随着建筑固废掺量的增加而降低。适量的建筑固废掺量可以提高混合料的抗冻性能。总体来看,二灰稳定建筑固废碎石路面基层具有较好的路用性能和应用前景。

水解去除二次铝灰中的氮化铝及其机制研究

氮化铝的去除是二次铝灰无害化处理的关键工序之一。研究了在氧化钙-葡萄糖水解体系中去除二次铝灰中的氮化铝,考察了氧化钙添加量、葡萄糖添加量、水解温度、水解时间、液固体积质量比对氮化铝去除率的影响,并探究了添加剂促进氮化铝水解去除的机制。结果表明:在水解温度90℃、水解时间2 h、液固体积质量比10 mL/1 g、氧化钙添加量10%、葡萄糖添加量0.75%最佳试验条件下,氮化铝去除率达95.42%。通过分析表征确定,在氧化钙-葡萄糖水解体系中,葡萄糖起缓凝剂作用,可抑制氮化铝颗粒表面铝酸钙包覆层的形成,使氮化铝水解反应彻底进行,从而提高其去除率。

基于离散元的废旧二灰碎石与土混合料承载比细观力学特性研究

建筑垃圾应用于路基过程中,其材料承载力对道路服役性能具有重要影响。为评价建筑垃圾用于路基填料时的细观力学特性,该文利用离散元软件对不同含石率的废旧二灰碎石与土混合料进行承载比试验,并利用离散元法揭示强度形成机理。结果表明:混合料的承载比随含石率增大不断增加,含石率为80%时达到最大值。在离散元模拟承载比试验中,空隙率随着二灰碎石土的含石量的增大先降低后增大,当含石率为80%时混合料的空隙率最小,此时能达到最佳的承载效果。随着含石率的逐渐增大,废旧二灰碎石之间的颗粒相互嵌挤,形成骨架结构,因此能够有效承担来自贯入杆的荷载。

混掺垃圾飞灰和二次铝灰活性粉末混凝土性能研究

将二次铝灰(SAD)与焚烧垃圾飞灰(WFA)混掺制备成活性粉末混凝土(RPC),研究二次铝灰在两种混合料中的掺量对RPC流变性能参数(扩展度和塑性黏度)、抗折强度、抗压强度以及干燥收缩率的影响,并测定RPC在水中的重金属元素(Cr和Zn)渗出量;观察RPC的微观形貌,揭示RPC性能的机理。结果表明:当二次铝灰的掺量为60%时,RPC的扩展度、抗折强度与抗压强度以及干燥收缩率达到最高,此时RPC的塑性黏度值最小;RPC中Cr与Zn的渗出量与其渗出时间成正相关,与RPC中二次铝灰的掺量成反相关;当二次铝灰掺入60%时,RPC的微观结构最密实。

二次铝灰部分替代矾土制备铝酸盐水泥

针对铝酸盐水泥原料矾土资源稀缺、价格昂贵的问题,本文探究了二次铝灰部分替代矾土作为原料制备铝酸盐水泥的可行性。煅烧实验结果表明,Al_(2)O_(3)含量60%、煅烧温度1350℃、保温时间1 h为较优的制备条件,掺入标准砂进行自然养护,对水化3 d和28 d的铝酸盐水泥进行SEM和EDS表征,在此条件下获得的铝酸盐水泥熟料矿物相为二铝酸钙、钙铝黄长石及少量铝酸一钙。水化28 d的铝酸盐水泥抗压强度达到85.5 MPa,抗折强度达到11.5 MPa,表明二次铝灰可部分替代矾土用于制备铝酸盐水泥。

二次铝灰脱氮制备铝酸钙的实验研究

铝及铝材熔铸过程产生的铝灰中含有大量氧化铝,是重要的二次含铝资源。作为铝工业的危险固体废弃物,铝灰可以转化为价值较高的铝酸钙、氢氧化铝等产品。本文以二次铝灰为原料、碳酸钙为药剂制备铝酸钙,探讨了钙铝比、保温时间及焙烧温度对铝酸钙制备工艺的影响,结果表明:在钙铝比1.1~1.2,保温时间1.25~1.5 h,焙烧温度1150~1200℃的条件下,产物中C_(12)A_7的质量分数较高。各因素影响的次序是:钙铝比的影响显著,保温时间次之,焙烧温度最弱。在钙铝比1.2、保温时间1.5 h、焙烧温度1150℃的条件下制备了铝酸钙,产品中C_(12)A_7的质量分数为75.1%,含少量镁铝尖晶石和硅酸盐。初步探讨了二次铝灰中氧化铝和碳酸钙的固-固反应机理。

市政道路二灰稳定砂砾双层连铺施工要点分析

“降本增效”是施工企业经营发展过程中的关键举措。在市政道路工程建设过程中,道路基层是非常关键的工序,通过优化改进施工工艺,可节约经济成本,缩短施工周期,从而相应赢取了时间成本,而且施工质量也能得到保证。路面结构层基层双层连铺,是一项创新的施工工艺,在实际施工过程中,一些作业人员由于没有掌握施工要点,甚至违背施工作业规律,盲目施工,这都会给施工企业造成不可估量的损失,得不偿失。本文就这一施工工艺要点进行分析阐述,以供参考。

二灰碎石旧料水泥稳定就地冷再生配比试验及稳定性分析

应用二灰碎石旧料稳定就地冷再生技术能够提高工程环保效果,优化路面结构,提升公路工程稳定性。基于此,文中结合某道路工程项目施工实践,对二灰碎石旧料水泥稳定就地冷再生配比试验及稳定性进行分析。结果表明,二灰碎石旧料级配确定时,材料7 d无侧限抗压强度随水泥含量增加而提升;使用4.5%掺量的水泥在不大幅增加施工成本的基础上,避免反射裂缝,保证了强度和稳定性。

预处理二次铝灰制备炼钢用铝酸钙

二次铝灰是铝工业产生的危险废物,同时也是一种富铝资源。以二次铝灰湿法预处理高铝料和石灰石为原料,通过混合、球磨、成型、烧结工艺制备炼钢用铝酸钙。优选了铝酸钙的最佳制备工艺条件为:高铝料与石灰石质量比0.50、烧结温度1350℃、成型压力10 MPa,制备的铝酸钙样品Al_(2)O_(3)和CaO含量符合《炼钢用预熔型铝酸钙》(YB/T 4265—2011)CA-40牌号成分要求,主要物相为12CaO·7Al_(2)O_(3),同时具有低硅、低镁、低氧化铁、低磷、低硫、低氟和低碳的性能,熔点为1378℃,符合炼钢用预熔型铝酸钙产品质量标准要求。

二灰碎石路面基层施工技术研究

为保证道路工程建设中二灰碎石基层的施工质量,结合某道路工程路段实际情况,从材料要求入手,对二灰碎石基层施工工艺进行分析,提出了具体的施工工艺方法,涉及下承层准备、拌和、运输、摊铺整形、碾压、养生与质量检验等环节,以期为同类施工提供参考。

公路二灰碎石基层施工关键技术分析

以某公路工程为例,分析二灰碎石基层施工关键技术的应用,在调查已建成二灰碎石基层路段病害的基础上,提出基层施工改进技术,采用除浆拉毛施工技术、透层施工技术和下封层技术增强基层与面层的黏结力,以解决传统二灰碎石基层施工后的早期病害问题。

利用低压电瓷废料和二次铝灰制备莫来石陶瓷基多孔骨料

为找到一种有效且低成本的多孔骨料制备新工艺,同时缓解工业固废对社会、环境和经济产生的压力,以低压电瓷废料和二次铝灰为主要原料,活性炭粉为造孔剂,采用低温烧结法制备了莫来石陶瓷基多孔骨料,研究了二次铝灰加入量(加入质量分数为5%~40%)对试样性能的影响。结果表明:1)随着二次铝灰加入量的增加,试样的容重逐渐降低,而显气孔率逐渐增加,最终两者均趋于稳定,线收缩率先略微增加后降低,室温压缩强度逐渐降低。2)二次铝灰的加入一方面促进了莫来石晶核的形成,并降低了铝硅液相的黏度,从而使内部气体更容易通过液相扩散到材料表面,形成较大的孔隙;另一方面莫来石晶体线生长速率增加伴随的体积膨胀进一步抑制了液相的烧结收缩。室温压缩强度下降与液相黏度降低有关,冷却到室温后骨料表面形成一层铝硅玻璃相涂层,微孔数目降低,大孔隙数目增加,导致孔隙周围应力集中增加。3)当二次铝灰加入量为25%(w)时,试样的综合性能最优。

二次铝灰基多孔莫来石陶瓷制备研究

二次铝灰富含大量的铝元素,可在制备莫来石陶瓷材料中作为铝源。为综合利用二次铝灰,将水洗焙烧后的二次铝灰、活性硅粉、玉米淀粉和聚乙烯醇(PVA)结合剂采用固相烧结法制备多孔莫来石陶瓷,探讨Al_(2)O_(3)与SiO_(2)摩尔比、烧成温度、保温时间对试样性能的影响,并进行X射线衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)分析。结果表明,在Al_(2)O_(3)与SiO_(2)摩尔比为1.8,温度为1200℃,保温时间为4 h的条件下,制备的多孔莫来石陶瓷体积密度为1.83 g/cm^(3),吸水率为18.05%,显气孔率为32.94%,抗压强度为18.46 MPa,且有柱状莫来石晶体生成,试样综合性能较优。

陶粒窑协同利用二次铝灰过程的氟化物转化规律研究

陶粒窑以重金属类污泥原料,协同利用铝灰,通过高温烧结制备高性能陶粒,这是实现二次铝灰无害化与资源化的重要途径。二次铝灰中的氟具有毒性,因此有必要深入研究氟化物的转化规律。试验借助离子色谱、X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)和X射线荧光(X-Ray Fluorescence,XRF),研究陶粒窑重金属类污泥协同利用铝灰制备高性能陶粒时氟的转化规律。研究发现,提高焙烧时间、含重金属污泥与二次铝灰配比及焙烧温度,可以使二次铝灰中的氟更多地转移到尾气中;延长浸出时间,提高浸出温度,增大液固比,有助于减少陶粒的氟含量。最优烧结条件为物料配比20%、烧结温度1100℃、烧结时间20 min,最优浸出条件为烧结成品陶粒液固比5∶1、浸出温度35℃、浸出时间60 min。在最优条件下烧结及浸出后,二次铝灰中,43.94%的氟转化为气态,23.69%的氟转移至浸出液,32.37%的氟则残留在浸出渣中。因此,适当调控焙烧参数和浸出条件可以影响高温下氟的迁移和转化行为,这对于提高二次铝灰处理效率和降低氟元素对环境的影响具有重要意义。

水解处理后二次铝灰对混凝土基础性能的影响

本文以二次铝灰的无害化处理及其在水泥基材料中的资源化利用为目的展开了系列试验探究,通过测试胶凝材料的水化热,混凝土工作性能、力学性能和体积稳定性,系统地评价了水解后二次铝灰对混凝土性能的影响。结果表明:水解处理8 h的二次铝灰对铝灰-水泥复合胶凝材料的早期水化放热具有抑制作用,使诱导期后的放热峰后移,降低了混凝土36 h以内的温升;水解后二次铝灰对混凝土抗压强度有一定程度的不利影响,一方面,当掺量超过10%时,混凝土的56 d抗压强度会下降约8.2%;另一方面,水解后二次铝灰的加入会产生早期微膨胀,对混凝土早期干燥收缩具有一定的补偿作用,当掺量达到10%时,混凝土的7 d干燥收缩降低约38%,对混凝土的体积稳定性具有积极作用。