材料科学论文 精品.docx

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本科生毕业论文

题目：

赤泥的资源化利用研究

专业代码：

作者姓名：

杜文强

学号：

2008204073

单位：

材料科学与工程学院

指导教师：

陶绪泉

2012年6月1日

目录

摘要II

AbstractII

1.前言1

1.1.赤泥资源化利用背景2

1.1.1.赤泥的国外利用背景2

1.1.2.赤泥的国内利用背景2

1.2.赤泥利用的三种方法和展望3

1.2.1.在建材市场中的应用3

1.2.2.从赤泥中回收金属4

1.2.3.工业催化剂的制备4

1.2.4赤泥新型利用的研究探索—聚硅酸铁的制备5

2.实验过程6

2.1.实验试剂6

2.2.实验仪器7

2.3.实验过程8

2.3.1.硫酸铁溶液的制备8

2.3.2.活化硅酸的制备8

2.3.3.聚硅酸铁絮凝性能的测试8

3.结果与讨论10

3.1.聚硅酸铁工艺条件的探索10

3.2.赤泥利用存在的问题10

结束语12

参考文献13

致谢14

摘要

本论文主要论述了赤泥的资源化循环利用的国内外背景，以及赤泥利用的几种方法。

而且试图寻找到赤泥的合理循环利用工业方案，在实验过程中主要探索了用赤泥合成水处理剂聚硅酸铁的可能性，以及在不同条件下（温度、酸碱度和配方）所合成样品的不同性能比较。

关键词：

赤泥聚硅酸铁资源化利用水处理剂

Abstract

Thispapermainlydiscussestheredmudresourcescirculationuseofbackgroundathomeandabroad,aswellasfromredmudbyuseofseveralmethods.Andtrytofindthereasonablerecyclingredmudindustrialplan,duringtheexperimentmainlyexploredusingredmudcompositewatertreatmentagentofpolysilicicferricpossibilities,aswellasidifferentconditions（temperature,pHandformula）aresyntheticsamplesofdifferentperformancecomparison.

Keywords:

redmudpolysilicateironresourceutilizationwatertreatmentagent

赤泥的资源化利用研究1.前言

当今世界，资源与环境的压力愈来愈重。

无论是可再生资源的质量问题，还是不可再生资源的储量问题，越来越受到社会的关注。

而且在资源开发利用过程中产生的垃圾、废料等等，不仅仅造成了环境的恶化，而且也使得这些本可以得到回收利用的垃圾和废料推积成山,造成资源的浪费，其中赤泥就是典型的代表

赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物，每生产1吨氧化铝，大约要排放赤泥1到2吨。

随着铝工业的发展和铝土矿品位的逐渐降低，生产氧化铝排出的赤泥量日益增多。

目前国内外氧化铝厂都将赤泥输送堆场，筑坝堆场，造成很大的环境污染和安全隐患。

我国是氧化铝生产大国，2009年生产氧化铝2378万吨，约占世界总产量的30%，赤泥矿渣的年堆积量已成为世界之最，达到3000万吨。

赤泥堆存不但要占用大量的土地，污染环境，还使赤泥中的许多有用成分得不到合理利用，造成资源浪费。

因此对赤泥的综合利用非常重要，是解决赤泥污染，实现循环经济的根本途径。

赤泥中含有很多可以利用的物质和元素，如赤泥中可以回收二氧化钛，可以回收铁，另外以烧结法生产氧化铝产出的赤泥，由于碱含量较拜耳法低，且含有大量的硅酸二钙，和水泥物相组成相同，可用来生产高标号水泥和其它建筑材料。

赤泥也可以在陶瓷工业发挥很大的作用。

利用拜耳法和烧结法，赤泥配合一定比例的粉煤灰，选择多种烧结助剂，采用湿法成型。

经过高温工艺的处理，制得的陶瓷体外观规整，表面连续均匀。

自然降温冷却后，收缩率较为一致，即得到无裂纹气孔及鳞片状翘起物，颜色为黄绿色，断面晶体微细、均匀。

但是，赤泥的资源化利用还没用完全开发，研究完善。

从工业角度考虑，赤泥的研究将会带来更多的产业的诞生。

西班牙多名科学家连续多年从事赤泥的研究工作，尤其是赤泥工业催化剂的研究很有成果。

在他们早期的研究中考虑到拜耳法赤泥含有较大量的氧化铁，将赤泥直接硫化活化后，即可作为氢化催化剂。

稍后的研究中，他们选择了一种极为特殊的活化方法，将赤泥溶解于盐酸和磷酸的混合溶液中，之后将该混合溶液煮沸，用氨水调节PH值至6，然后将所得沉淀经过滤、洗涤、干燥、锻烧之后，再经过硫化作用即可得到相应的催化剂。

但是我们也要看到，由于赤泥结合的化学碱难以脱除，而且含量大，又含有氟、铝及其他多种杂质等原因，对于赤泥的无害化利用一直难以进行。

多年来世界各国专家对赤泥的综合利用进行了大量的科学研究，但此类研究进展不大因此，赤泥废渣的处理和综合利用成为一个世界性的大难题。

而且目前对赤泥的销纳主要采用的是海底或陆地堆放处置方法，但随着现代化的环境与资源要求，有效利用才是更好的解决方法。

另外，从近几十年的矿物能源开发、利用情况来看，石油、铁矿、煤矿等不可再生资源不仅面临储量岌岌可危的地步，而且利用效率也亟待提高，在这样的背景下，赤泥的资源化利用意义重大。

1.1赤泥资源化利用背景

1.1.1赤泥的国外利用背景

目前，随着世界范围内赤泥废弃物不断增长，赤泥引起了越来越多的技术经济和环境问题。

而且社会对环境保护工作的重视，迫切要求氧化铝工业实现无害排放或者零排放。

现阶段，国外对于赤泥的开发已经摆脱了原有的低价值的重复利用，对赤泥的某种用途有无开发价值，能否产生较好的经济利益投入了更多的关注，进行了深入研究。

因此，目前在国外的研究已经开始探索附加值的产品，使赤泥的应用逐步走向深入。

1.1.2赤泥的国内利用背景

我国是世界上最大的氧化铝生产国，现国内主要有六大氧化铝生产厂，分别位于山东、山西、河南、贵州、广西。

目前氧化铝年生产能力已达700多万吨，每年新产生的赤泥量达一千多万吨。

和国外相比，我国铝土矿资源类型特殊，高铝、高硅、低铁、水硬铝石，溶出性能较差，我国拜耳法赤泥的特点是铁及氧化铝含量高（但仍较国外拜耳法赤泥含量低）;联合法赤泥特点是铁、碱含量低，氧化钙含量高。

针对两种不同特点的赤泥，我国在赤泥利用方面取得了很多成果。

但是我们也要看到，国内赤泥利用效果不明显。

赤泥大量堆存，即占用土地，浪费资源，又容易造成环境污染和安全隐患。

赤泥综合利用是解决环境污染和安全隐患的治本之策，也是我国铝工业持续发展的必由之路。

1.2赤泥利用的三种方法和展望

尽管赤泥的综合利用有很多的困难，但是国内外在赤泥利用这方面的研究还是如火如荼的进行着，而且也取得了相当大的成果：

如在建材市场中的应用，从赤泥中回收金属，工业催化剂的制备等等。

1.2.1在建材市场中的应用

以烧结法生产氧化铝产生的赤泥，由于碱含量较拜耳法低，且含有大量的硅酸二钙，和水泥相组成物相同，可用来生产高标号水泥和混凝土等其它建筑材料

在水泥方面，山东铝业公司水泥厂开始投产，但由于赤泥含碱量高，赤泥配比受到含碱指标制约，赤泥利用水平仅达到5%--20%。

赤泥脱碱后更有利于利用赤泥制造水泥，该厂采用的“常压氧化钙脱碱与低碱赤泥生产高标号水泥的研究”和“低浓度碱液模法分离回收碱技术”，降低了氧化铝生产的碱消耗，但是该方法生产工艺复杂，经济价值高，不利于工业化的大规模生产。

贵阳铝镁设计研究院的刘子高等人将拜耳法赤泥与适量的石灰混合，经过石灰消化，水热处理，煅烧处理和碱液溶出，可从赤泥回收大量的氧化钠，但是因为脱碱的方法效率不高，工业化还需要进一步的研究和实践。

另外宏大赤泥含铁量在15%--20%,利用赤泥与含铁量较高的硫酸厂的硫铁渣配制成符合水泥生产需要的铁质校正料，已有某大型水泥厂使用了2000余吨，掺赤泥750余吨，赤泥掺量35%左右，利用效果明显。

由于赤泥中还含有钛化物等物质，在熟料烧成过程中起到了矿化作用，加之硅酸二钙的晶种作用，使得熟料的烧成温度降低。

这种利用赤泥生产的普通硅酸盐水泥具有抗折强度高、早期抗压强度高和增进率低及抗硫酸盐侵蚀性能好等特点。

在混凝土方面，五十年代以来，国内外已经相继开展了把赤泥用于混凝土的综合开发利用。

日本和美国用赤泥制造人工轻骨料混凝土，比天然卵石混凝土强度还高；前东德用赤泥生产混凝土轻型构件;西德掺赤泥于沥青混凝土中，改善了沥青混凝土路面使用性能;前苏联把赤泥用作道路基层材料。

颜祖兴等人对于水泥赤泥混凝土开发应用进行了研究。

结果表明，赤泥代替水泥用量少于X13时，水泥赤泥混凝土的强度特别是抗折强度与普通水泥混凝土强度相当。

1.2.2从赤泥中回收金属

我们知道，赤泥中含有很多可以利用的物质和元素，尤其是含有的金属元素，如赤泥中可以回收二氧化钛，可以回收铁，所以金属的回收对赤泥的利用意义重大。

。

印度有家铝业公司的科学家利用本公司的拜耳法赤泥，进行成分分析，其中赤泥含有15%---18%的二氧化钛。

他们采取如下措施对二氧化钛进行了回收试验。

把定量的赤泥于两倍的自来水混合搅拌，借助絮凝剂进行沉降，之后将洗涤过的赤泥与盐酸缓慢反应，直至泥浆中和，在90到115℃时调整pH值为4，再用絮凝剂沉降，千燥沉降的赤泥，继续在加热的条件下用浓盐酸处理，经反应泥浆变为灰色，洗涤使泥浆与溶液分离，热的浓硫酸使得二氧化钛转化为它的硫酸盐，之后将所得含有硫酸钦的硫酸溶液进行水解，得到白色的Ti02?

H2O沉淀。

使用此法可以容易的回收二氧化钛，并且回收过程中所用的酸可以全部再循环，其后得到的废渣亦可用于海绵铁的生产。

另外，从赤泥中回收铁的研究也很有所进展。

在金属铁的回收方面，前苏联、日本、美国、德国等均做了大量的研究，虽然国外研究的时间都相对较早，多为七八十年代，但现在仍然在大量的实际应用。

而我国在赤泥中铁回收的研究情况主要是平果铝业公司和广西冶金研究院联合作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。

铁以海绵铁的形态产出，铁的回收率为87，海绵铁含Fe为84，金属化率为91.5，可代替废钢作为炼钢的原料。

中南工业大学提出一条合理利用高铁赤泥的新途径。

即由高铁赤泥直接生产制备海绵铁。

此外，赣州有色冶金研究所的管建红采用脉动高梯度磁选机对于平果铝厂的赤泥中铁进行了回收试验。

1.2.3工业催化剂的制备

西班牙的FernandoVDiez等人连续多年从事赤泥利用的研究工作，在工业催化剂的开发方面进行了两方面的研究。

一、赤泥氢化催化剂

在早期的研究中，考虑到拜耳法赤泥含有较大量的氧化铁和氧化钦，将赤泥直接硫化活化后，即可作为氢化催化剂。

稍后的研究中，他们选择了一种极为特殊的活化方法，将赤泥溶解于盐酸和磷酸的混合溶液中，之后将该混合溶液煮沸，用氨水调节PH值至6，然后将所得沉淀经过滤、洗涤、干燥、锻烧之后，再经过硫化作用即可得到相应的催化剂。

在测定该催化剂的试验中，测试了其对于葱油的氢化作用，并且与同类催化剂进行比较，其结果表明该氢化催化剂有明显较高的活化性能和较长的活化周期。

二、赤泥作为四氯乙烯氢化脱氯作用的催化剂

从工业角度考虑，利用赤泥作为氢化脱氯作用的催化剂具有比普通商业催化剂更为明显的经济效益.。

氢化脱氯反应是在连续床固定反应器中进行的，其中温度、压强、氢气流速、催化剂是否硫化和是否存在液相均被考虑在内。

硫化赤泥作为一种氢化脱氯作用的