Recovery of alkali and alumina from Bayer red mud by the calcification–carbonation method

Red mud produced in the Bayer process is a hazardous solid waste because of its high alkalinity; however, it is rich in valuable components such as titanium, iron, and aluminum. In this study, a novel calcification-carbonation method was developed to recover alkali and alumina from Bayer red mud under mild reaction conditions. Batch experiments were performed to evaluate the potential effects of im- portant parameters such as temperature, amount of CaO added, and CO2 partial pressure on the recovery of alkali and alumina. The results showed that 95.2% alkali and 75.0% alumina were recovered from red mud with decreases in the mass ratios of Na2O to Fe2O3 and of Al2O3 to Fe2O3 from 0.42 and 0.89 to 0.02 and 0.22, respectively. The processed red mud with less than 0.5wt% Na2O can potentially be used as a construction material.

拜耳法赤泥特性对水泥砂浆工作性能和力学性能的影响研究

为提高拜耳法赤泥的利用率和附加值,对比研究了不同物化特性的赤泥A和赤泥B对拜耳法赤泥-水泥复合砂浆流动度、力学强度及微结构的影响规律。研究结果表明:赤泥A的最佳掺量为10%,赤泥B的最佳掺量为20%,此时配制的拜耳法赤泥-水泥复合砂浆的力学性能可到达P·O 42.5级水泥标准要求。另外,与赤泥A相比,赤泥B的掺入可赋予复合砂浆具有更高的力学性能,这主要是因为一方面赤泥B的颗粒尺寸较为细小,有助于填充砂浆微孔,提高水泥石密实性,另一方面赤泥B含有更多的Na_(2)O、K_(2)O等游离碱,碱激发作用更为明显,可加快浆体中活性矿物的水化所导致的。

矿化微生物对赤泥基碱激发胶凝材料性能的增强研究

通过微生物矿化技术提升赤泥的碱激发反应,研究了矿化微生物用量、Ca(OH)_(2)用量和尿素浓度对赤泥基碱激发胶凝材料强度的影响;通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析了矿化微生物作用下碱激发胶凝材料的物相变化与微观形貌,并对矿化微生物改性赤泥基碱激发胶凝材料机理进行分析.结果表明:微生物矿化作用可以促进赤泥的碱激发反应,生成更多的胶凝物质,增加体系密实度,从而提高赤泥基碱激发胶凝材料的强度;赤泥基碱激发胶凝材料的强度随矿化微生物用量、尿素浓度及养护龄期的增加而增大;当加入1.5 mol/L尿素和75 mL矿化微生物时,赤泥强度增加最为显著,相较仅加入等量Ca(OH)_(2)的工况,提升幅度可达85.7%;与此同时,微生物矿化作用还显著加快了胶凝材料强度的增长速率,有利于胶凝材料早期强度的形成.

赤泥-矿渣-超细氧化钙复合制备地聚物及其力学性能分析

为提高赤泥、矿渣等固废资源的利用率,本研究以赤泥、矿渣和超细氧化钙为主要原料制备了地聚物胶凝材料(C-R-S地聚物);研究了氧化钙添加量、赤泥添加量、激发剂(水玻璃)模数、激发剂(水玻璃)添加量、水胶比及养护温度对C-R-S地聚物力学性能的影响;借助扫描电子显微镜(SEM)、三维CT、热活性微量热仪、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)等对其微观结构和聚合机理进行分析。结果表明:超细氧化钙的掺入增强了C-R-S地聚物的力学性能。当赤泥掺量为40%、超细氧化钙掺量为5%、激发剂模数1.25、激发剂用量20%、水胶比0.45时其力学性能最佳,抗压强度达到71.4 MPa,抗折强度达到9.2 MPa。高温养护能够提高地聚物力学性能。C-R-S地聚物微观形貌呈带有纳米小孔的片层状结构,三维CT下其孔洞和裂缝较小。热流演变分析表明,超细CaO的掺入能够使水化放热提前发生,加速了体系的聚合反应。XRD和FTIR分析表明,C-R-S地聚物中主要以方解石、索伦石、赤铁矿、钙霞石、C_(2)S、C_(3)S等形式存在,过程中形成了大量C-S-H地聚物水化产物。

外源碱含量对赤泥基碱激发胶凝材料孔结构与性能的影响

以NaOH为激发剂,借助压汞等测试手段,研究了外源Na_(2)O含量对赤泥基碱激发胶凝材料孔隙结构与性能的影响,并构建了Menger海绵模型。结果表明,Menger海绵模型可以较好地反映基体分形维数与孔结构特征之间的关系,随着外源Na_(2)O含量的增加,孔结构更加致密,孔隙分形维数从3.13338提升至3.27628。

碱—矿渣—赤泥水泥的研究

本文在实验室条件下合成了不同模数的固体水玻璃，并着重从凝结时间和抗压强度两个方面考察了不同条件下合成的固体水玻璃对矿渣—赤泥体系的激发效果。结果表明，就赤泥／矿渣重量比为３０∶７０的体系而言，当固体水玻璃的模数为１．２、水玻璃掺量以Ｎａ２Ｏ计为３％时激发效果最佳。此时，碱—矿渣—赤泥水泥的２８天净浆抗压强度可达６７ＭＰａ，并且与碱—矿渣水泥类似具有早强的特性。另外，Ｘ—射线衍射对水化３天试样和未水化试样的半定量分析结果表明，水化３天后试样已经发生了明显的反应，说明模数为１．

低温环境下赤泥地聚合物抗硫酸盐侵蚀机理研究

通过将内掺不同质量分数硫酸镁和硫酸钠的赤泥地聚合物和普通硅酸盐水泥试件在(5±1)℃的条件下长期浸泡,定期观测试件外观变化,并对长期浸泡后的试件取样进行XRD衍射和FT-IR光谱分析,研究了内掺不同种类和不同质量分数硫酸盐对赤泥地聚合物的侵蚀破坏过程与作用机理,并与同等条件下普通硅酸盐水泥抗硫酸盐侵蚀性能及机理进行了对比。结果表明:当试件内掺硫酸镁和硫酸钠时,赤泥地聚合物发生了石膏型硫酸盐膨胀破坏,而普通硅酸盐水泥则分别发生了TSA型硫酸盐侵蚀破坏和石膏型硫酸盐膨胀破坏。赤泥地聚合物内部孔隙液pH值高,水化产物中C-S-H凝胶钙硅比低和水化生成的铝硅酸盐类物质化学性质稳定是其在长期低温硫酸盐侵蚀环境下未发生TSA型硫酸盐侵蚀破坏的主要原因。

赤泥碱矿渣水泥及其制品的研究

本文研究了不同碱激发剂对碱矿渣水泥强度的影响 ,确定了以硅酸钠和石膏作为复合激发剂 ,且掺量分别为 3%和 5 %时碱矿渣水泥的强度最高 ,并分析了激发剂的作用机理。同时研究了赤泥对碱矿渣水泥强度的影响 ,并研究了利用赤泥

赤泥在胶凝材料中的应用研究进展

赤泥作为我国大宗固废来源之一,在当前经济技术条件下利用率仍较低,探索赤泥开发利用的新途径,对我国的环境保护和经济发展具有重要意义。对赤泥的种类和性能进行简要评述,指出将赤泥用于水泥和混凝土,能够在一定程度上缓解赤泥大量堆存所造成的环境问题。但是赤泥的碱含量高,难以实现其在传统建筑材料领域的大规模利用,必须进行脱碱预处理以降低其碱含量;高碱性赤泥在碱激发胶凝材料中表现出巨大的应用潜力,以活化赤泥为主要原料能够制备出性能优异的赤泥基胶凝材料,是实现赤泥综合利用的一条重要途径。

赤泥碱回收工艺研究

赤泥中通常含有大量的碱,不仅限制了其综合利用,同时也是一种资源浪费。本文主要研究赤泥中碱的回收方法。采用常压石灰法处理赤泥脱碱后的脱碱液并循环使用使脱碱液中的碱富集,然后通入二氧化碳气体使其转化成碳酸氢钠饱和盐溶液,并加入正丁醇萃取,从而回收赤泥中的碱。结果表明:赤泥脱碱液经过4次循环利用后,钠离子质量浓度达到25.6 mg/mL;正丁醇与饱和碳酸氢钠溶液的体积比为5∶1,反应温度为35℃时,碳酸氢钠的回收率最大,回收得到的碳酸氢钠晶体结晶形态良好。

逆流浸取法回收赤泥中的碱

赤泥脱碱现有的方法不足主要表现在:酸法或碱法脱碱会耗费大量的酸或碱,使脱碱成本偏高;简单水洗法脱碱时,副产品中碱浓度较低,不能实现赤泥与碱的综合利用。本文以阴离子型聚丙烯酰胺为絮凝剂,水为浸取剂,采用五级逆流浸取法对赤泥中碱的回收利用进行研究,考察了温度、液固比、浸取速度等因素对碱的浸出率及浓度的影响,得出碱的浸出率与浓度随温度、液固比、浸取速度等因素的变化规律,确定最佳浸取条件为:温度70℃,液固比3∶1,浸取速度15mL/min,在此条件下赤泥中碱的浸出率达89.18%,浓度达到20.38g/L。此方法不仅能将赤泥中的碱有效脱除,同时得到浓度较高的碱溶液,实现赤泥与碱的综合利用。

蒸汽养护对赤泥基碱激发胶凝材料性能及微观结构的影响

以烧结法赤泥为原料、水玻璃为激发剂制备碱激发胶凝材料,并对蒸汽养护(60℃)对赤泥基碱激发胶凝材料性能及产物、微观形貌的影响进行了研究。结果表明,蒸汽养护条件下,赤泥基碱激发胶凝材料的主要反应产物为C-S-H凝胶;蒸汽养护可促进赤泥基碱激发胶凝材料的水化反应,从而使基体结构更为致密,强度显著提高;经60℃蒸汽养护48 h的赤泥基碱激发砂浆,其3、28 d抗压强度可分别达到34.8、65.7 MPa。

赤泥中碱的分布特征与淋滤效果研究

赤泥中含有钠、钾等杂质,在堆存过程中不仅会造成环境污染,还会制约赤泥在水泥等建筑材料领域中的综合利用。利用电子探针、原位剥蚀等离子体质谱等微观分析手段分析研究了赤泥中钠、钾的分布特征。同时考察了不同p H的淋滤液对赤泥中钠、钾的淋滤效果。结果表明,p H为2、4、8这3种体系中,前10次取样共滤出拜耳法赤泥的钠分别大于17.6%、16.8%、19.6%;烧结法赤泥钠的滤出量分别为36.7%、53.1%、54.1%。p H为2、4、8的3种体系中,前10次取样共滤出拜耳法赤泥的钾分别为10.5%、10.1%、11.4%;烧结法赤泥钾的滤出量分别为40.0%、56.8%、57.5%。

铝矿赤泥碱回收的动力学及机理研究

悬浮碳化工艺是碱性赤泥常压下回收碱的新工艺。以该工艺为研究对象,用双膜理论揭示了在赤泥浆液中进行的气、液、固三相碳化反应的机理,并从化学反应动力学的角度对整个碳化反应过程进行了探讨和研究。阐述了工艺中不同碳化反应阶段的反应行为,给予了理论上的解释,同时对工艺的4个影响因素(反应时间、反应温度、液固比和二氧化碳通入量)进行了理论分析。研究表明,该回收过程的控制步骤是二氧化碳和碱的溶解与扩散传质,4个因素对回收工艺本身有较大影响。对于新工艺的反应行为和机理的分析为悬浮碳化法顺利实现工业化提供了重要的理论依据,并为同类工艺提供了可靠的理论研究方法。

用脱碱赤泥替代生料制备水泥熟料试验研究

以蒙古大唐高铝煤碳研发中心赤泥为原料,通过碳化脱钠法将赤泥中碱含量降至小于1%,部分替代生料制备水泥熟料,研究表明:赤泥掺量小于15%时,掺入后基本不改变生料的化学组成、矿物组成,可以使熟料中晶粒和液相微观结构更加均匀,烧成温度低。后期熟料的基本性能都符合要求,28 d抗压强度能达到525R水泥强度,符合要求。

用赤泥捕集二氧化碳

以拜耳法生产氧化铝产生的赤泥为捕集剂,对CO2进行捕集,考察了液固比、反应温度、搅拌速率、CO2流量对单位CO2捕集量(以每克赤泥捕集的CO2质量计)和赤泥脱碱率(以钠去除率计)的影响。实验结果表明:在液固比为7∶1、反应温度为30℃、搅拌转速为500 r/min、CO2流量为200 mL/min的最佳实验条件下,最大单位CO2捕集量为0.026 3 g/g,赤泥的脱碱率可达到42.43%。赤泥具有较强的捕集CO2的能力,因此,利用固体废弃物赤泥吸收工业废气中的CO2可以达到以废治废的目的。

利用拜耳法赤泥激发锰渣活性的研究

以拜耳法赤泥、水泥熟料为激发剂,研究拜耳法赤泥的引入量对锰渣活性的影响,借助XRD、SEM分析水化产物和微观结构。结果表明,拜耳法赤泥中的碱能加速锰渣中玻璃体的溶解,促进锰渣的早期水化,提高早期强度和后期的抗折强度。后期抗折强度的提高是由于水化产物呈长片状和层状,而抗压强度的降低则是由于结构疏松,空隙较多造成。综合考虑各项工作性能和力学性能,拜耳法赤泥的掺量不宜超过6%。

养护温度对赤泥-矿渣碱激发胶凝材料强度和水化产物的影响

以赤泥、矿渣为主要原料,通过掺入激发剂制备得到赤泥-矿渣胶凝材料,研究了不同养护温度对该胶凝材料强度的影响,并通过XRD、FTIR、SEM分析了养护温度对其水化产物组成及微观结构的影响。结果表明:在20~60℃内,提高养护温度,赤泥-矿渣胶凝材料的早期强度大幅度提高,经40℃和60℃养护的试样3 d抗压强度较20℃养护的分别提高54.9%和100.2%;养护温度对反应产物种类没有影响,仍为非晶态凝胶。

固态碱-矿渣-赤泥胶凝材料的研究

在实验室条件下研究了碱性激发剂的种类、掺量对碱矿渣赤泥体系性能的影响。结果表明，采用适当的固体激发剂代替传统的液体水玻璃可以克服急凝现象，使体系正常凝结，同时保持体系原有的快硬早强特性。另外，采用有些固体碱激发剂时，体系会发生严重慢凝，但加入适量烧石膏可使凝结恢复正常。Ｘ射线对硬化体的组成分析表明，与未水化试样相比，常温水化试样的物相组成变化不大，但８０℃蒸养试样中形成了一种分子式为ＣａＡｌ２Ｓｉ４Ｏ１２·４Ｈ２Ｏ的含水铝硅酸盐矿物。

赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料性质的研究

以赤泥、粉煤灰、矿渣等工业废渣为主要原料制备碱激发胶凝材料,通过正交实验找出了赤泥、矿渣和粉煤灰的最佳配比。当赤泥与粉煤灰比例为3∶1、矿渣的掺量为40%、12%硅酸钠促硬剂为0.12A、减水剂为0.7%时,所制备的碱激发胶凝材料力学性能较好。用蒸压养护制度可得出性能最优的碱激发胶凝材料。赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料具有一定的耐酸碱盐腐蚀性、耐高温性能和良好的抗冻性能;吸水率由高到低依次为:水泥、净浆试体、胶砂试体Ⅰ(灰砂比为2∶1)、胶砂试体Ⅱ(灰砂比为1∶1)。X-射线衍射分析表明:在碱激发胶凝材料中生成了大量的铝硅酸盐和钙硅酸盐的复合反应产物,如:莫来石(K2O.Na2O.H2O、Al6Si2O13)、托勃莫来石和C-S-H、C2-S-H凝胶产物等。该类材料不仅具有类似有机聚合物的完整岛状结构及链状结构,还能与矿物颗粒表面的[SiO4]4-和[AlO4]4-四面体通过脱烃基作用形成化学键;来源于原料中Ca(OH)2的C-S-H凝胶多生成于水泥水化的C-S-H凝胶孔隙之中,从而大大提高了结构密实度,是其获得高强度的直接原因。