一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法与流程

1.本发明属于轻金属冶金领域，特别涉及一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法。


背景技术：

2.赤泥，是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物，因其为赤红色泥浆状而得名。随 着铝土业的不断发展，我国的赤泥排放量每年为1500万吨以上，且随着新投产和老设备增 产改造，赤泥总质量有上升的趋势。世界各国大多数氧化铝厂是将赤泥堆积或倾入深海， 赤泥的存放不仅占用大量土地和农田、耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥 中的剩余碱液能向地下渗透，造成地下水污染。此外，堆场的赤泥形成的粉尘到处飞扬， 破环生态环境，造成严重污染。在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当今社会，赤 泥的综合治理己成为人们所关注的焦点之一。赤泥是氧化铝生产过程中产生的最大废弃物， 也是氧化铝生产的最大污染源。由于生产方法和铝土矿品位的不同，每生产一吨的氧化铝 大约要产生0.5
‑
2.5吨的赤泥，每吨赤泥还附带有3
‑
4m3的含碱废液。
3.赤泥依氧化铝生产方法的不同，可分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥三种，由于铝土 矿的含量丰度不同，国内外氧化铝生产所采取的方法也不同。除我国外，其他各国大多采 用拜耳法生产，拜耳法产量约占世界总产量的90％以上。拜耳法生产采用的是，强碱naoh 溶出高铝、高铁铝土矿，产生的赤泥中氧化铝、氧化铁、碱含量高；处理的是一水软铝石型 和三水铝石型铝土矿。烧结法和联合法处理的是难溶的高硅、低铁、一水硬铝石型、高岭 石型铝土矿，产生的赤泥ca0含量高，碱和铁含量较低。我国主要是以一水硬铝石型铝土 矿生产氧化铝的烧结法、联合法赤泥，其主要成分为硅酸二钙及其水合物:国外则以拜耳法 为主，拜耳法赤泥的主要成分为赤铁矿、铝硅酸钠水合物、钙霞石等。
4.在赤泥中金属铁的回收方面，各国做了大量的研究，虽然国外研究的时间都相对较早， 多为60
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80年代，但现在仍未有大量的实际应用。在我国，平果铝土矿含有多种有价金属， 平果铝业公司和广西冶金研究院联合做了以平果铝土矿拜耳法赤泥为原料，以煤为还原剂， 进行直接还原炼铁的试验研究，其工艺流程是将赤泥和煤混合、制团、干燥、然后进行还 原焙烧，最后磁选制取海绵铁。
5.现在赣州有色研究所等公司采用高梯度、高强度磁选机回收赤泥中的铁，并未取得石 英，同时投资运行费用高，回收率低。
6.赤泥应用技术开发很大程度上受制于赤泥碱的问题、水分问题，一直得不到很好的利 用。
7.赤泥黏度很大，而且含水率高，具有触变性能，很难干燥，而且时间长，利用难度很 大。
8.在目前来看，能对赤泥进行整体加以利用，且在利用的过程中不产生二次污染技术， 可能的途径是将赤泥作为主体原料或添加料用于建筑材料(如砖、瓦、水泥等)、陶瓷制品 (如微晶玻璃、耐火材料、陶器等)、路基与路面材料、复合材料填充料等方面(liu et al., 2009b；kehagia,2009)。
9.由于赤泥在粒径、矿物组成等方面和粘土有相似之处，利用赤泥代替一部分粘土作为 建筑材料的主体材料是可行，在材料制备方面，已有一些研究成果：如添加3～5％的拜耳法 赤泥作为水泥生料，烧结制作出的普通水泥综合强度高于标准试样要求(tsakiridis et al., 2004)；利用赤泥和粉煤灰两种工业废渣制备微晶玻璃材料，赤泥的掺量控制在50％以上， 通过控制化学成分、晶相的比例以及核化温度等参数，可以得到结构致密的微晶玻璃材料 (杨家宽等，2005)；针对部分赤泥含铁量高的特点，先用碳还原法回收铁，将所剩余的硅 铝酸盐残渣用于制作墙砖，其综合强度峰值达到了24兆帕(liu et al.,2009b)。
10.虽然国内外在对赤泥综合利用研究上取得了很多重要进展，但总体上现有的综合利用 技术存在着成本高、工艺复杂、经济效益较差，特别是及对赤泥处理量小，与其排放量不 成比例等缺陷，导致到目前为止在世界范围内还没有实现赤泥的大规模利用，其综合利用 与资源化问题仍然是世界性难题。
11.赤泥路基材料的研究由来已久，中铝山东有限公司先后进行了几次工业试验，山东海 逸先后进行了几次工业试验，但普遍存在成本高，经济效益差的问题。


技术实现要素：

12.为了解决赤泥路基材料成本高、经济效益差的技术问题，本发明提供了一种拜尔法赤 泥路基材料的制备方法，该方法以拜耳法压滤赤泥为原料制备路基材料，能够有效降低赤 泥路基材料成本，提升经济效益。
13.本发明通过以下技术方案实现：
14.本发明提供一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，包括：
15.将拜耳法压滤赤泥、吸水助剂和稳定助剂进行混合搅拌，获得赤泥改性土；
16.将所述赤泥改性土、促进助剂和调整助剂进行混合搅拌，获得拜耳法赤泥路基材料；
17.其中，所述吸水助剂、所述稳定助剂、所述促进助剂和所述调整助剂的质量与所述拜 耳法压滤赤泥的固含量之比为(1～30)：(1～400)：(1～20)：(0.01～0.5)：(100)。
18.优选地，所述吸水助剂、所述稳定助剂、所述促进助剂和所述调整助剂的质量与所述 拜耳法压滤赤泥的固含量之比为(10～20)：(1～300)：(2～8)：(0.01～0.4)：(100)。
19.可选的，所述拜耳法压滤赤泥的含水率为23～41％。
20.优选的，所述拜耳法压滤赤泥的含水率为32
‑
38％。
21.可选的，所述吸水助剂的含水率为1～20％，粒度d50为10～2000um，所述吸水助剂包 括烧结法赤泥、粉煤灰、炉渣、电石渣和熟石灰中的至少一种。
22.可选的，所述稳定助剂的含水率为1
‑
20％，粒度d50为10～2000um，所述稳定助剂包 括砂性土、粘性土、页岩和地基土中的至少一种。
23.可选的，所述促进助剂的含水率为1～20％，粒度d50为20～3000μm，所述促进助剂 包括钛石膏、矿渣粉、熟料和水泥中的至少一种。
24.可选的，所述调整助剂包括丙烯酸、聚丙烯酸钠和聚丙烯酸铵中的至少一种。
25.可选的，所述将拜耳法压滤赤泥、吸水助剂和稳定助剂进行混合搅拌，获得赤泥改性 土，具体包括：
个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之 间存在任何这种实际的关系或者顺序。
39.本发明提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
40.目前，针对赤泥路基材料的研究普遍存在成本高，经济效益差的问题，导致到目前为 止在世界范围内还没有实现赤泥的大规模利用，其综合利用与资源化问题仍然是世界性难 题。申请人发现，在赤泥路基材料的制造中，成本高的原因主要在于：
41.(1)现有工艺的赤泥通常从赤泥坝上获取，增加了压滤赤泥以后产生的赤泥运输费、 筑坝费、维护费和开采费。
42.(2)坝上拜耳法赤泥的特点和压滤机赤泥特点不一样，具体体现在坝上赤泥经过堆存， 二次开采后，不但费用增加，而且作为路基材料发生如下变化：颗粒均匀度差，严重影响 路基材料性能；化学组分和物理水分也存在一致性差的问题，严重影响路基材料性能的一 致性；上述两项会导致整个路基的均匀性差，进一步导致路基寿命受到影响。因此对其改 性所需的改性剂的用量大、成本高。并且所需改性剂的种类也不同，主要体现在改性材料 的组合、种类差异很大，坝上赤泥首先需要解决水分、粒度不均匀的问题,然后再加入进一 步改善不均匀的强化改性助剂才能达到路基材料的性能要求，是综合成本高的原因。
43.本发明采用料口赤泥(即压滤机赤泥)直接创造性的通过吸水助剂、稳定助剂的加入 不但充分利用了赤泥原始均匀特性，而且在路基材料性能方面采用促进助剂和调整助剂结 合的方式，就足以达到路基材料性能要求。
44.(3)由于坝上拜耳法赤泥存在水分不一致、粒度不一致，物理性质均一性很差的缺陷， 导致赤泥和改性助剂混合过程的能耗大，指标差、效果差，进一步导致现有赤泥路基材料 的制作成本提高。
45.根据本发明一种典型的实施方式，提供一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，如图1所示，包括：
46.s1.将拜耳法压滤赤泥、吸水助剂和稳定助剂进行混合搅拌，获得赤泥改性土；
47.具体的：
48.将拜耳法赤泥、吸水助剂和稳定助剂进行混合搅拌3～8min，获得含水率为16
‑
29％的 赤泥改性土。
49.本发明中，将拜耳法赤泥、吸水助剂和稳定助剂进行混合搅拌3～8min的好处是，相 比采用坝上拜耳法赤泥而言，搅拌时间缩短了10～100min，降低了能耗。
50.本发明中，拜耳法压滤赤泥为拜耳法赤泥直接用压滤机压制成目标含水率的赤泥滤饼。
51.作为一种可选的实施方式，所述拜耳法压滤赤泥的含水率为23～41％。
52.本发明中，拜耳法压滤赤泥的含水率控制在23～41％的目的是为了适用于更广泛的赤泥 种类。
53.作为一种优选的实施方式，所述拜耳法压滤赤泥的含水率为32
‑
38％。
54.作为一种可选的实施方式，所述吸水助剂的含水率为1～20％，粒度d50为10～2000um， 所述吸水助剂包括烧结法赤泥、粉煤灰、炉渣、电石渣和熟石灰中的至少一种。
55.本发明中，吸水助剂所起作用是物理吸附赤泥附着水分、化学吸附附着碱，吸水助剂 的含水率为1～20％的好处是确保能够物理吸附对应的赤泥附着水分和化学吸附附着
碱，低 于或高于该范围值则会影响吸附效果，粒度控制在10～2000um的目的是进一步提高吸附效 果。低于或高于该范围值则同样会影响吸附效果。
56.作为一种可选的实施方式，所述稳定助剂的含水率为1
‑
20％，粒度d50为10～2000um， 所述稳定助剂包括砂性土、粘性土、页岩和地基土中的至少一种。
57.本发明中，稳定助剂所起作用是调整初级复合材料的路基性能，稳定助剂的含水率为 1～20％则不会对赤泥的物化性质产生影响，低于或高于该范围值则影响赤泥的基本物化性 质，粒度控制在10～2000um的好处在于能够与赤泥的粒度分布互补，低于或高于该范围值 则会影响路基材料性能。
58.s2.将所述赤泥改性土、促进助剂和调整助剂进行混合搅拌，获得拜耳法赤泥路基材料；
59.具体的：
60.将所述赤泥改性土、促进助剂和调整助剂进行混合搅拌3～8min，获得拜耳法赤泥路基 材料。
61.其中，所述吸水助剂、所述稳定助剂、所述促进助剂和所述调整助剂的质量与所述拜 耳法压滤赤泥的固含量之比为(1～30)：(1～400)：(1～20)：(0.01～0.5)：(100)。
62.本发明中，以拜耳法压滤赤泥为原料，相比坝上拜耳法赤泥而言，降低了赤泥运输费、 筑坝费、维护费和开采费，对改性剂的需求量更小，吸水助剂、稳定助剂、促进助剂和调 整助剂的质量与拜耳法压滤赤泥的固含量之比达到(1～30)：(1～400)：(1～20)：(0.01～ 0.5)：(100)即可，节约了原料成本，并且，拜耳法压滤赤泥的均一性好，混料生产过程 时间短、能耗低，制得的拜耳法路基材料粒度均匀、分散性好，施工性能优异，可实现拜 耳法赤泥的大规模利用，解决了赤泥综合利用与资源化的问题。
63.吸水助剂、稳定助剂、促进助剂和调整助剂的质量与拜耳法压滤赤泥的固含量之比为 (1～30)：(1～400)：(1～20)：(0.01～0.5)：(100)的好处是更适用于不同矿石的赤泥 种类，更有利于路基材料的均一化，低成本的实现拜尔法赤泥的无害化，同时达到路基材 料的性能要求，各个助剂用量低于或高于上述范围值带来得不利影响是成本变高或者无害 化处理、路基性能均不能很好的达到要求。
64.作为一种优选地实施方式，所述吸水助剂、所述稳定助剂、所述促进助剂和所述调整 助剂的质量与所述拜耳法压滤赤泥的固含量之比为(10～20)：(1～300)：(2～8)：(0.01～ 0.4)：(100)。
65.本发明中，吸水助剂、稳定助剂、促进助剂和调整助剂的质量与拜耳法压滤赤泥的固 含量之比采用上述优选值，能够带来的好处是加工成本更低，路基材料性能更加均匀，一 致性更好，更加稳定。
66.作为一种可选的实施方式，所述促进助剂的含水率为1～20％，粒度d50为20～3000μ m，所述促进助剂包括钛石膏、矿渣粉、熟料和水泥中的至少一种。
67.本发明中，促进助剂所起作用是提高赤泥路基材料的强度和压实度，消除赤泥游离碱 的危害，促进助剂的含水率为1～20％的好处是不改变初级复合材料的物化性能，同时起到 很好的技术效果，低于或高于该范围值则有可能改变初级复合材料的物化性能或者起不到 很好的技术效果，粒度控制在20～3000μm的好处是得到的路基材料粒度分布均匀，性能 稳定。低于或高于该范围值则易使路基性能不均匀。
68.作为一种可选的实施方式，所述调整助剂包括丙烯酸、聚丙烯酸钠和聚丙烯酸铵中的 至少一种。
69.下面将结合实施例、对比例及实验数据对本技术一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法 进行详细说明。
70.实施例1
71.本实施例一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，包括：
72.(1)取固含量100g的拜耳法压滤赤泥，加入吸水助剂10g，稳定助剂50g，混拌得到 赤泥改性土的含水率20％；
73.(2)施工前再加入促进助剂20g，调整助剂0.02g，得到拜尔法赤泥路基材料163g。
74.其中：
75.拜耳法压滤赤泥的含水率32％；
76.吸水助剂由质量比为3:1的烧结法赤泥和粉煤灰组成，含水率13％，粒度为d50:100um。
77.稳定助剂由质量比为2:5的砂性土和粘性土组成，含水率控制在3％，粒度为d50:450um。
78.促进助剂主要成分为钛石膏、矿渣粉组成，钛石膏、矿渣粉在促进助剂中所占比例＞68％， 钛石膏和矿渣粉质量比为5:2，含水率18％，粒度d50:100um。
79.调整助剂主要是聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵组成，聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵质量比为1:2， 聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵在调整助剂中所占比例＞75％。
80.本实施例拜尔法赤泥路基材料的成本统计：赤泥：0元；4种助剂总成本：31元/吨路 基材料；加工成本12元/吨路基材料，合计：43元/吨路基材料。
81.实施例2
82.本实施例一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，包括：
83.(1)取固含量100g的拜耳法压滤赤泥，加入吸水助剂20g，稳定助剂300g，混拌得到 赤泥改性土的含水率26％；
84.(2)施工前再加入促进助剂2g，调整助剂0.01g。得到拜尔法赤泥路基材料389g。
85.其中：
86.拜耳法压滤赤泥的含水率38％；
87.吸水助剂由质量比为1:2:4的粉煤灰、炉渣、电石渣和熟石灰组成，含水率13％，粒度 为d50:1mm。
88.稳定助剂由质量比为3:4:1的粘性土、页岩和地基土组成，含水率控制在8％，粒度为 d50:1mm。
89.促进助剂主要由质量比为2:3:1的矿渣粉、熟料和水泥组成，矿渣粉、熟料和水泥在促 进助剂中所占比例＞75％，含水率2％，粒度d50:400um。
90.调整助剂主要成分是丙烯酸，调整助剂中丙烯酸质量分数为85％。
91.本实施例拜尔法赤泥路基材料的成本统计：赤泥：0元；4种助剂总成本：28元/吨路 基材料；加工成本12元/吨路基材料，合计：40元/吨路基材料。
92.实施例3
93.本实施例一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，包括：
94.(1)取固含量100g的拜耳法压滤赤泥，加入吸水助剂30g，稳定助剂1g，混拌得到 赤泥改性土的含水率24％；
95.(2)施工前再加入促进助剂8g，调整助剂0.06g。得到拜尔法赤泥路基材料126g。
96.其中：
97.拜耳法压滤赤泥的含水率35％；
98.吸水助剂由质量比为12:2:1的烧结法赤泥、粉煤灰和电石渣组成，含水率17％，粒度 为d50:0.6mm。
99.稳定助剂由质量比为12:7:3的砂性土、粘性土和页岩组成。含水率控制在15％，粒度 为d50:0.7mm。
100.促进助剂主要由质量比为1:3:4:6的磷石膏、钛石膏和矿渣粉和熟料组成，磷石膏、钛 石膏、矿渣粉和熟料在促进助剂中所占比例＞80％，含水率4％，粒度d50:120um。
101.调整助剂主要由质量比为4:3的丙烯酸和聚丙烯酸钠组成，丙烯酸和聚丙烯酸钠在调整 助剂中所占比例＞70％。
102.本实施例拜尔法赤泥路基材料的成本统计：赤泥：0元；4种助剂总成本：36元/吨路 基材料；加工成本12元/吨路基材料，合计：48元/吨路基材料。
103.对比例1：
104.本对比例为早期的工业试验，具体方法如下：
105.取坝上拜耳法赤泥1吨，坝上拜耳法赤泥呈块状、水分波动范围18
‑
30％；加入改性助 剂0.1吨，所述改性剂由孰料、磷石膏组成，拌合30min后得到改性赤泥路基材料1.1吨。
106.本对比例改性赤泥路基材料的成本统计：赤泥：13.5元/吨路基材料；4种助剂总成本： 80元/吨路基材料；加工成本20元/吨路基材料，合计：113.5元/吨路基材料。
107.对比例2
108.本对比例一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，包括：
109.(1)取固含量100g的拜耳法压滤赤泥，加入吸水助剂12g，混拌得到赤泥改性土的含 水率16％；
110.(2)施工前再加入调整助剂0.14g，得到改性赤泥路基材料112g。
111.其中：
112.拜耳法压滤赤泥的含水率20％；吸水助剂由粉煤灰组成，含水率6％，粒度为d50:70um。
113.调整助剂主要是聚丙烯酸钠组成。
114.本对比例改性赤泥路基材料的成本统计：赤泥：0元；助剂总成本：66元/吨路基材料； 加工成本12元/吨路基材料，合计：88元/吨路基材料。
115.将实施例1
‑
3和对比例1、2路基材料的制备成本进行统计，结果如表1所示。
116.表1赤泥路基材料的制备成本统计表
[0117] 赤泥成本(元/吨)助剂总成本(元/吨)加工成本(元/吨)成本总计(元/吨)实施例10311243实施例20281240实施例30361248对比例113.58020113.5
对比例20661288
[0118]
对实施例1
‑
3和对比例1、2路基材料分别取4个样品进行压实度均匀性测试，测试方 法参照《公路路基施工技术规范》(jtg f10
‑
2006)，结果如表2所示：
[0119]
表2路基材料性能压实度均匀性测试
[0120] 样品1样品2样品3样品4实施例196969696实施例297979797实施例396969696对比例198969796对比例297979797
[0121]
表1中，赤泥成本包括赤泥运输成本、堆存成本、维护成本，实施例1
‑
3和对比例2 采用的是拜耳法压滤赤泥，相比对比例1采用坝上拜耳法赤泥而言，赤泥运输费、堆存费、 维护费为0，降低了赤泥成本；实施例1
‑
3的助剂总成本远低于对比例1，远低于对比例1， 这是由于采用压滤机赤泥均匀，可以大幅降低助剂用量来降低成本。成本明显低于对比例2， 这是由于根据采用不同类复合助剂的办法，大幅度降低调整助剂的用量，同时加工成本降 低，从而降低助剂成本。因此，综合来看，实施例1
‑
3的路基材料制造成本远低于对比例1、 2。
[0122]
由表2可知，实施例1
‑
3和对比例2都是采用压滤机赤泥，相比对比例1的加工成本 低明显偏低，同时压实度均匀度明显好。质地均一，利于加工。但是对比例2的成本明显 高于实施例1
‑
3。
[0123]
本发明中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
[0124]
(1)本发明一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，以拜耳法压滤赤泥为原料，相比坝 上拜耳法赤泥而言，降低了赤泥运输费、筑坝费、维护费和开采费，对改性剂的需求量更 小，吸水助剂、稳定助剂、促进助剂和调整助剂的质量与拜耳法压滤赤泥的固含量之比达 到(1～30)：(1～400)：(1～20)：(0.01～0.5)：(100)即可，节约了原料成本，并且， 拜耳法压滤赤泥的均一性好，混料生产过程时间短、能耗低，制得的拜耳法路基材料粒度 均匀、分散性好，施工性能优异，可实现拜耳法赤泥的大规模利用，解决了赤泥综合利用 与资源化的问题。
[0125]
(2)本发明一种拜尔法赤泥路基材料的制备方法，吸水助剂、稳定助剂、促进助剂和 调整助剂的质量与拜耳法压滤赤泥的固含量之比为(1～30)：(1～400)：(1～20)：(0.01～ 0.5)：(100)的好处是路基材料性能均一、施工方便、成本低，各个助剂用量低于或高于 上述范围值带来得不利影响是路材料性能不均匀或者成本过高。
[0126]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他 性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而 且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固 有的要素。
[0127]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概 念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选 实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0128]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和 范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。