铝工业赤泥用于脱硫技术现状及展望

以铝工业赤泥作为原料制备工业脱硫剂,具有来源丰富、价格低廉、理论硫容高等优点,在低成本脱硫的同时,达到了“以废制废”的目的。本文总结了铝工业赤泥在脱硫方面的应用,全面综述了赤泥干法、湿法脱除SO_(2)和H_(2)S的技术现状,从活性组分利用效率、能量消耗、工艺复杂程度、后续环境问题等几个维度分析对比了几种研究方向各自的优劣,并展望了未来工业化应用可能遇到的问题和进一步研究方向。指出在湿法浆液脱除烟气中SO_(2)方面,仍需克服管道堵塞、低效率、高能耗、以及由此产生的大量稀盐处理等技术性难题,同时应对其含有的过渡金属的反应机理和活化手段进行研究;在干法脱除H_(2)S方面,需进一步从低成本活化氧化铁的途径、极端工况环境下的适用性、废脱硫剂的资源化、以及与其他工业固废的协同处理等方面展开研究。

高铁赤泥涡流熔融还原提铁中试扩大试验

高铁赤泥中氧化铁含量在30%以上,是重要的铁资源来源。为了规模化、资源化、无害化消纳高铁赤泥,作者所在课题组在实验室进行了高铁赤泥涡流熔融还原试验,并得到了最佳工艺参数。本文在实验室研究基础上进行了中试扩大试验,采用工业试剂替代了实验室分析纯试剂,取得了较好的效果。在试验温度1500℃、配碳比1.3、保温时间30 min、搅拌转速125 r/min、碱度1.0、氟化钙添加量为氧化钙添加量的10%的试验条件下,可回收赤泥中97.12%的铁;获得的生铁产品中磷和硫的含量低,成分满足炼钢用生铁国标L03的要求;还原渣中的主要物相为钙铝黄长石、钛酸钙和霞石,是生产水泥熟料的有效组分。该中试放大试验为工业大规模应用提供了相关数据参考,有利于实现高铁赤泥的规模化资源化利用。目前该生产采用间歇式生产模式,未来可通过设计连续式反应装置实现连续加料、连续出渣和出铁。

赤泥提铁研究进展

我国赤泥堆存量已超过10亿t,主要类型为拜耳法赤泥,该赤泥中含铁量高达30%以上,是经济价值较高的铁资源。目前回收赤泥中铁资源的方法主要是高温还原焙烧-磁选,还原剂以固态碳基还原剂和气基还原剂为主,需大量能耗和成本。我国是农业大国,主要农作物秸秆年产量在7亿t以上,这些生物质具有碳中性、反应活性高、灰分含量低、储量高、可再生等优点,而且热解温度远远低于固态碳质还原剂,其还原三价铁的温度仅为300~800℃,属于低温热解,采用生物质还原焙烧赤泥可大幅降低能耗和成本。本文重点对固态碳质还原剂、气基还原剂和生物质还原剂还原三价铁的参数进行对比,并详细阐述了生物质热解过程及还原赤泥中Fe_(2)O_(3)的机理,认为生物质还原焙烧-磁选技术可以实现赤泥和农业秸秆等固体废弃物的减量化和高值化利用,具有极高的经济价值和环境效益。最后对未来研究赤泥中铁资源回收提出以下建议:加强探究技术耦合实现赤泥产业化处置;回收利用生物质热解产气及热量;探究尾渣综合利用途径;增强对铁铝矿物的分离研究,以实现铁精矿的连续动态化生产。

水泥-石灰-磷石膏固化赤泥的路用基层性能

基于磷石膏硫激发作用水泥-石灰固化赤泥,开展了固化赤泥无侧限抗压强度、抗劈裂、抗回弹力学性能和干湿、冻融耐久性能等路用性能的室内试验,探究了该固化赤泥应用道路基层的可行性。试验结果表明:采用固化剂配比m水泥∶m石灰∶m磷石膏=8∶2∶2的固化赤泥路用基层性能最佳,7 d无侧限抗压强度为4.18 MPa,满足基层强度要求;28 d劈裂强度和回弹模量分别为0.256、1020 MPa;五级干湿和冻融循环后,质量变化率<2%,强度损失指标BDR均在80%以上。压汞试验从微观揭示了磷石膏反应产生的钙矾石,通过填充孔隙(0.1~1μm),增强固化赤泥强度;过量钙矾石使得固化赤泥体积膨胀,产生微裂缝孔隙(1~10μm),强度性能劣化。综合固化赤泥性能试验结果,使用m赤泥∶m水泥∶m石灰∶m磷石膏=100∶8∶2∶2配合比制备的固化赤泥替代传统路面基层材料是可行的,拓宽了赤泥综合利用的途径。

Cu/Ce负载对赤泥脱除中低温烟气中NO的促进作用

本研究对酸洗赤泥催化剂进行Cu、Ce、Cu/Ce浸渍负载,并研究了金属改性赤泥对烟气中NOx的催化转化性能。研究结果表明,Cu负载催化剂中的Cu+与Cu^(2+),有效促进了赤泥对低温烟气(200–300℃)中的NO转化率,Cu的负载量达到6%时,赤泥的最高NO转化率达到了90.7%;而Ce负载催化剂中的Ce^(3+)与Ce^(4+),有效促进了赤泥对中温烟气(200–400℃)中的NO转化率,Ce的负载量达到8%时,赤泥的最高NO转化率达到了94.0%;Cu/Ce负载催化剂表现出比单金属负载催化剂更好的低温NO转化率,最佳的负载Cu:Ce比例为1∶1,双金属负载催化剂表现出比Cu负载催化剂更好的中温(300–400℃)中的NO转化率,最高达到了95.5%。其原因是,在Cu/Ce协同作用下,Cu+以及Cu^(2+)的还原过程分别从229、302℃降至201以及247℃,同时使发生Fe2O3→FeO的还原过程的温度降低,促使ACRM-Cu1Ce1具有更强的低温氧化还原能力,同时,双金属负载使催化剂具有更高的弱酸性峰,也使催化剂的强、弱酸性峰都向低温偏移,并使负载后的赤泥具有了较高的Fe离子平均氧化态以及较高的Cu+含量,促进了赤泥催化剂对低温NO的转化率。

镁改性赤泥强化去除雨水径流氮磷污染物效果

传统生物滞留系统存在填料层组成单一,氮、磷去除效果不稳定的问题,为评估赤泥作为生物滞留系统填料层改良剂的可行性,以拜耳法赤泥为原料制备载镁改性赤泥,通过改性试验、等温吸附试验和材料表征,探究镁改性赤泥对雨水径流氮、磷的去除效果与吸附机理。结果表明,利用MgCl_(2)溶液制备改性赤泥的优选浓度为0.5 mol/L;改性赤泥(RM_(0.5))对NH_(4)^(+)-N和PO_(4)^(3-)-P的平均去除率分别可达41.83%、97.24%,相对于原状赤泥(RM)分别提高了17.15%、5.74%;RM和RM_(0.5)对NH_(4)^(+)-N的吸附符合Langmuir模型,RM_(0.5)对NH_(4)^(+)-N的理论饱和吸附量为1.383 mg/g,是RM的1.83倍,而RM和RM_(0.5)对PO_(4)^(3-)-P的吸附更适合用Freundlich模型描述;改性后赤泥表面更为粗糙,且表面生成了镁氧化物覆盖层,可进一步实现对氮、磷的去除。RM_(0.5)略优于RM对PO_(4)^(3-)-P的去除效果,而在对NH_(4)^(+)-N的去除上,RM_(0.5)明显优于RM,因此在处理高浓度含氮雨水径流时,更倾向于选择RM_(0.5)作为填料改良剂。

赤泥基路用材料中主要金属的浸出行为及其路用固化效果

赤泥高碱高氟和多金属含量等污染特性会影响其资源化利用。针对赤泥路用存在潜在环境风险的主要金属,重点研究赤泥基路用材料制备过程对主要金属污染物的浸出环境行为与固化效果的影响。结果表明,不同赤泥基路用材料金属总量大小与浸出含量水平受铝土矿产地、氧化铝生产工艺以及制备过程添加的材料等的影响,赤泥基路用材料的制备过程对Al、As、V、Se、Mo有显著固化效果,使其浸出含量分别降低了10.97%~75.77%、97.84%~99.90%、98.16%~100.00%、90.62%~99.34%、61.60%~87.66%,但对Na、Fe、K、Ba、Cr的固化效果不明显反而会使其浸出含量增加,应注重材料制备过程的质量控制。在实际道路应用过程中长期风险评估应重点关注但不限于赤泥基路用材料中Na、总Cr、Cr^(6+)、V、Se、Mo的迁移转化等环境行为。

赤泥脱碱活化及在胶凝材料中的应用

总结了目前赤泥在脱碱、活化方面的研究现状,分析对比了各方法的优势以及存在的问题,综述了国内外赤泥在胶凝材料中的应用研究,在赤泥资源化应用方面具有积极引导意义。

赤泥基吸附剂的应用研究进展

赤泥是氧化铝生产过程中所排放的一种强碱性固体废弃物,每年排放量巨大且利用率低,造成了严重的资源浪费和环境污染,如何有效资源化回收利用赤泥是亟须解决的问题。从赤泥的危害、理化性质和综合利用现状出发,对赤泥基吸附剂的应用研究进展进行了详细综述。赤泥粒度细、比表面积和孔隙率较高,含有多种活性成分,适合制备吸附剂以处理含污废水。然而,赤泥若直接应用于污水处理,处理能力有限,并且高碱性的赤泥若直接用于处理污水,会使溶液p H值升高。为此,常采用一系列的活化工艺对赤泥进行活化,制备赤泥基吸附剂。活化工艺不仅可以提高赤泥基吸附剂的吸附性能,还在一定程度上可以预防赤泥造成二次污染。目前常用的赤泥活化工艺主要有酸活化工艺、热活化工艺以及中和活化工艺。酸活化工艺可明显提升赤泥对阴离子的吸附效果;热活化工艺可减少传质阻力、高温造孔并使矿物转化,但成本较高;中和活化赤泥常用于处理金属阳离子。联合活化技术能综合利用单一活化技术的优点,使活化后的赤泥有更好的吸附性能,但联合活化技术操作较为复杂,成本也更高,导致现有的联合活化技术在工业上很难被大规模应用。目前,赤泥基吸附剂已被研究用于处理污水中的非金属阴离子、金属阳离子和有机污染物。列举了赤泥基吸附剂去除废水中的阴离子和重金属阳离子的实例,阐述了其去除机理:赤泥基吸附剂对一些废水中特定的污染物,如PO_(4)^(3-)、F^(-)、AsO_(4)^(3-)等表现出良好的吸附性能,其主要通过表面络合、离子交换和沉淀作用去除废水中的阴离子污染物;经过活化改性后的赤泥能有效去除水中如铅、铜、铬等重金属阳离子,针对不同的目标阳离子,去除机理也有所不同,主要包括离子交换、共沉淀、静电吸引、“阳离子-π”相互作用、络合作用和物理吸附等。但目前对赤泥基吸附剂对各种污染物的去除机理尚未完全明确,且对多种污染物同时存在下的竞争吸附体系研究较少。综上分析指出,在未来赤泥基吸附剂的研究中,寻找便捷、廉价的活化工艺方法制备新型、高效、环保的吸附剂,提高赤泥基吸附剂的吸附性能是一个重要的研究方向。同时,在赤泥基吸附剂的制备和处理废弃物的研究中,应加强制备机理和吸附机理的研究,为赤泥基吸附剂的生产和工业应用提供理论指导。

铁尾矿—硅锰渣—赤泥协同制备超高性能混凝土力学性能研究

选用铁尾矿粉、硅锰渣粉和赤泥作为矿物掺合料代替部分普通硅酸盐水泥,协同制备了2种不同水胶比的超高性能混凝土,研究了掺入铁尾矿—硅锰渣—赤泥的超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)的力学性能,探究了铁尾矿粉掺量对UHPC的抗弯强度、劈裂抗拉强度和抗压强度的影响。结果表明:①水胶比较低的超高性能混凝土中,铁尾矿粉对混凝土抗弯强度影响较大,对劈裂抗拉强度影响较小;②水胶比较高的超高性能混凝土中,铁尾矿粉对混凝土抗弯强度的影响与对劈裂抗拉强度的影响基本一致;③随着铁尾矿粉掺量增加,水胶比为0.20和0.25的超高性能混凝土抗压强度降低,硅锰渣—赤泥组超高性能混凝土28 d抗压强度最大降低幅度分别为19.2%和22.9%。上述分析进一步反映出:①铁尾矿粉在超高性能混凝土中的掺量不宜超过矿物掺合料总量的40%;②铁尾矿粉的掺加不利于超高性能混凝土的早期抗压强度提升,但适量掺加铁尾矿粉(20%)有利于超高性能混凝土后期抗压强度增长;③三参数模型系数相对于铁尾矿—硅锰渣—赤泥超高性能混凝土的抗压强度和养护龄期关系相对集中,拟合相关系数较高。

氧化钙掺加对赤泥导电性能的影响及机理

电阻率是胶凝材料固化的重要表征方法,为研究CaO掺入对赤泥电学性能的影响,对不同CaO掺量的赤泥进行了电阻率测试,利用低场核磁共振、X射线衍射和电镜扫描等手段,揭示样品电阻率变化的机理。结果表明:随着养护龄期的增加,试样的电阻率逐渐增大,不同龄期电阻率峰值对应的CaO掺量不同;随着CaO掺量和养护龄期的增加,试样的孔隙率增加、孔径增大,孔隙水连通性降低,导致其导电通路减少,电阻率升高,与此同时试样的孔隙水导电性却逐渐增强,说明孔隙水连通性对电阻率的影响高于孔隙水离子浓度;研究结果可为相关结构物的无损检测提供理论依据。

赤泥质多孔陶瓷及水处理应用

赤泥是从铝土矿中提取氧化铝后产生的工业残渣。随着铝工业的迅速发展,赤泥数量日渐增多,堆存量也越来越大,亟需资源化利用。笔者介绍了我国赤泥的基本概况,给出了赤泥的化学成分、矿物组成和物理性能,重点介绍了利用赤泥研制多孔轻质保温砖、轻质陶粒、多孔吸附过滤料、墙体材料等在水处理领域的应用,为赤泥的资源化利用提供了新的用途。

赤泥对磷石膏生物胶结的充填性能影响研究

为了解决充填骨料磷石膏强酸性劣化生物胶结充填体材料性能的问题,提出引入碱性固废赤泥的方法,探究添加不同质量分数的赤泥对磷石膏生物胶结充填料浆和充填体力学性能的影响。结果显示:在微生物诱导碳酸盐沉淀(Microbially Induced Calcite Precipitation, MICP)作用下,充填骨料中赤泥质量分数从0提高至80%时,充填料浆的泌水率由17%增至44%,表观黏度由585 mPa·s降至121 mPa·s,初、终凝时间分别增加了139%和135%。赤泥质量分数影响磷石膏生物胶结充填体的单轴抗压强度(Uniaxial Compressive Strength, UCS)。当赤泥占骨料总质量的20%时,充填体强度最高,为2 070 kPa,而过高的赤泥添加质量分数会导致UCS降低。强度的变化与赤泥的高碱性和干缩性有关。研究为碱性固废赤泥在磷石膏生物胶结充填中的应用提供理论基础和技术支撑,实现了固废资源化利用。

赤泥用于酸性含锰废水中锰的净化研究

采用还原焙烧-磁选预处理赤泥,得到非磁性物;非磁性物经煅烧、盐酸溶出后加入饱和偏铝酸钠聚合剂聚合后过滤、熟化制备聚合氯化铝(PAC)基液;使用该PAC基液,在沉降时间5 h、PAC基液与废水体积比1∶120、搅拌转速140 r/min、pH值8、反应温度30℃、聚丙烯酰胺(PAM)投加量20 mg/L条件下处理含锰酸性废水,处理后液中锰质量浓度由325.3 mg/L降至1.5 mg/L,锰去除率达99.5%,净化后液中锰质量浓度达到国家一级排放标准。

秸秆-磷石膏联用对赤泥的腐殖质组分和微生物群落的影响

腐殖化过程是赤泥土壤化及堆场生态修复的重要环节。本研究采用腐殖质分级和高通量测序技术,探究了秸秆和磷石膏联用对赤泥腐殖质组分和微生物群落的影响。结果表明,秸秆-磷石膏联用显著增加赤泥胡敏酸和富里酸含量,提高微生物群落多样性和丰富度,促进赤泥腐殖化过程。施用秸秆后,赤泥中葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、多酚氧化酶和过氧化物酶分别升高7.15~8.76倍、5.64~7.12倍、2.69~4.57倍和2.59~4.24倍,显著增加Devosiaceae、Rhizobiaceae、Flavobacteriaceae、Caulobacteraceae和Cellvibrionaceae等具有纤维素降解和固氮功能微生物类群相对丰度,提高微生物群落稳定性。研究结果为外源生物质促进腐殖质累积、驱动赤泥成土进程提供科学依据。

改性赤泥建造道路的关键技术与应用实践

针对制约我国赤泥堆放和综合利用重大需求,分析影响赤泥道路利用的主要因素,提出赤泥规模化、减量化处理的技术路径,通过铺筑改性赤泥复合材料道路示范工程,给出道路用赤泥设计方案,并结合工程实践介绍赤泥复合道路建造技术,对推动我国赤泥快速减量化、无害化、规模化处理有重要的借鉴意义。

电解锰渣-赤泥-粉煤灰路面砖的力学性能及浸出毒性研究

针对大宗工业固废回收利用难的问题,实现多种固废减量化、无害化、资源化的目标,通过利用取自中国西南地区企业的石膏类、碱性及硅铝质三类典型大宗固废中的电解锰渣、赤泥、粉煤灰协同处理的无害化渣制备环保型透水混凝土路面砖(permeable concrete paving bricks,PCB),研究了水洗、掺渣量对所制备PCB的力学性能与浸出毒性的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对最佳性能PCB的物相组成与微观形貌结构进行分析.结果表明:①随着无害化渣与水洗无害化渣掺入量的提升,路面砖的劈裂抗拉强度、线性破坏荷载发生明显变化,总体呈下降趋势.当无害化渣掺入量为6%、水洗无害化渣掺入量为14%时,经28 d养护,所制备砖体的劈裂抗拉强度分别为4.09和3.46 MPa,达到了《透水路面砖和透水路面板》(GB/T 25993-2010)中规定的f_(ts)4.0与f_(ts)3.0等级.②路面砖的重金属与NH_(4)^(+)-N的浸出毒性均低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760-2014)的要求.路面砖的主要物相中方解石、石英与钙矾石是主要支撑性物质.研究显示,电解锰渣、赤泥、粉煤灰协同处理的无害化渣可替代部分原材料制备透水混凝土路面砖,满足力学性能与浸出毒性相关标准,能有效促进固体废弃物的减量化与资源化,建议进一步开展砖体在实际应用场景中的环境风险试验,以期为电解锰渣、赤泥、粉煤灰的综合利用技术发展提供更明确的支撑.

碱激发矿渣-赤泥新型低碳透水混凝土性能研究

以粒化高炉矿渣与拜耳法赤泥两种工业固废作为胶凝材料,硅酸钠溶液作为碱激发剂,石灰岩碎石作为粗骨料,制备透水混凝土,研究了设计孔隙率、水胶比与骨料粒径对透水混凝土强度与透水性能的影响。结果表明:随设计孔隙率增大,试样的强度逐渐减小,但透水性能逐渐增强。最优水胶比受设计孔隙率和骨料粒径的影响,当透水混凝土设计孔隙率为15%、骨料粒径为4.75~9.50 mm时,最优水胶比为0.36,其强度较高且具有良好的透水性能。碱矿渣-赤泥透水混凝土的力学与透水性能均优于水泥透水混凝土,符合低碳绿色的发展理念。

碳中和背景下的赤泥综合利用现状

作为氧化铝工业过程伴生的固体废弃物,赤泥的规模化消纳与高值化利用一直以来是能源、化工领域的研究热点。在“碳中和”目标的引领下,有必要对赤泥的无害化处置及综合利用技术进行重新归纳与审视。首先从赤泥的基本理化性质出发,面向不同CO_(2)浓度的应用场合,分析了赤泥直接在CO_(2)捕集中的利用现状,对捕集装置、技术及赤泥组分的转化进行了综述。其次,基于赤泥自身丰富的多孔结构与碱金属类的化学组分,论述了以赤泥为原料的高值固体多孔材料(如沸石分子筛)合成与应用的相关研究,涉及材料制备工艺、CO_(2)捕集效果等。最后,从赤泥基固体催化剂的角度,论述了其在CO_(2)加氢、化学链燃烧等领域的催化效果。为赤泥在CO_(2)捕集转化领域的应用现状提供了全面的认识。

赤泥-聚丙烯酸-羧甲基纤维素水凝胶对水中Pb^(2+)吸附研究

为解决环境中重金属铅的污染问题,并对氧化铝冶炼中产生的工业固体废弃物赤泥进行妥当处置,本文以赤泥为原材料,通过聚合交联反应引入羧甲基纤维素钠(CMC)和丙烯酸(AA),制备得到吸附性能好、稳定性强和回收利用率高的赤泥-聚丙烯酸-羧甲基纤维素(RMAAC)复合水凝胶材料,将其作为吸附剂应用于水中Pb2+的吸附去除。结果表明,RMAAC对Pb2+的吸附主要归因于单分子层化学吸附,同时存在物理吸附,涉及的吸附机理有离子交换、官能团络合、阳离子-π和配位螯合作用。Langmuir模型计算得到的最大吸附量为730.16 mg/g,在pH为3~6时均具有较好的吸附性能。在多元重金属离子污染中,RMAAC展现出对Pb2+较高的选择性吸附能力。