氧化铝赤泥在陶瓷工业中的应用研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：郭淑敏（1983），女，汉族，山东德州人，本科，工程师，研究方向为环境保护和固废综合利用。-42-氧化铝赤泥在陶瓷工业中的应用研究 郭淑敏 中铝山东有限公司，山东 淄博 255000 摘要：摘要：氧化铝赤泥是铝土矿生产会氧化铝期间所产生的强碱性固体废渣，含有大量的氧化铁成分，外观呈红色。我国作为当前氧化铝原料生产大国，对氧化铝赤泥的排放规模巨大，但由于缺乏大规模综合利用氧化铝赤泥的有效技术方案，导致氧化铝赤泥累积堆存量达到 10 亿吨以上。2022 年年度加快推动工业资源综合利用实施方案中对氧化铝赤泥的综合利用提出了严格要求，对氧化铝赤泥的大规模综合利用成为当前工作人员迫切需要解决的一项课题。文章即尝试以陶瓷工业领域为切入点，对氧化铝赤泥在陶瓷工业领域中的应用要点与实现方案展开分析，希望能够引起相关人员的关注与重视。关键词：关键词：陶瓷工业；氧化铝赤泥；应用 中图分类号：中图分类号：TQ174 0 引言 氧化铝赤泥作为铝土矿生产氧化铝期间所产生的尾渣成分，按照当前工艺技术应用条件以及铝矿土组成情况，每吨标准单位氧化铝生产需要排放的氧化铝赤泥达到 0.81.76 吨左右。既往报道中显示，氧化铝生产期间所排放氧化铝赤泥规模巨大，不但需要占用大量耕地资料，同时长期堆放会导致部分碱性溶液深处，污染周边土地以及地下水资源。更为关键的一点是，在氧化铝赤泥长期堆放过程中所形成氧化铝赤泥边坡也潜在大量的地质灾害隐患。尤其是对于当今社会而言，对环境保护的重视度不断提升，氧化铝赤泥回收利用以及综合治理成为至关重要的课题之一。陶瓷作为以各类天然矿物为主要原料所制备材料，考虑氧化铝赤泥的基本成分以及性能优势（热导率低、耐化学腐蚀性高），使氧化铝赤泥具备制备生产陶瓷材料的基本条件。如何将氧化铝赤泥与陶瓷工业相结合，成为工业生产领域控制氧化铝赤泥污染，加强环境保护的关键所在。1 氧化铝赤泥应用危害 我国作为氧化铝生产大国，氧化铝赤泥排放量巨大，但现阶段对氧化铝赤泥原料的综合利用率严重偏低。尤其随着我国氧化铝产量的逐年上升，以及铝土矿品味持续下降，氧化铝赤泥年产生量仍然呈现出持续上升趋势。基于我国现阶段对氧化铝赤泥综合利用现状以及对氧化铝生产行业可持续性发展所产生的严重影响，我国于 2010 年出台有关氧化铝赤泥综合利用指导意见，对促进氧化铝赤泥综合利用率提升以及综合利用技术水平提升起到了积极帮助。现阶段对氧化铝赤泥的处理以排海倾倒以及筑坝堆存为主。考虑到氧化铝赤泥具有强碱性以及含重金属等一系列有害物质的问题，会对海洋造成严重的生态环境的破坏。对于我国而言，常见氧化铝赤泥堆存方式包括两种类型，第一是湿式堆存，将泥浆状的赤泥利用管道输送到堆存场地，沉降后的上清液到氧化铝厂回用；另一种是干式堆存，将赤泥洗涤、过滤后添加增塑剂，降低赤泥浆液的黏度后进行堆存处理。截止目前，我国赤泥的堆存量约为 10 亿吨，裸露赤泥形成的粉尘逸散至大气环境中，会对人体健康和生态环境造成严重的危害，赤泥中的有害组分主要为强碱性、重金属和放射性，危害主要体现在以下几个方面：首先，氧化铝赤泥具有强碱性特点，且潜在重金属危害。对于我国而言，随着铝土矿生产工艺的持续发展与完善，氧化铝赤泥产量也呈现出扩大趋势，在对氧化铝赤泥进行处置的过程当中，堆存处理会导致大量土地资源被占用，且需要对堆存场地进行运行维护，导致铝土矿生产领域经济效益面临较大损失。并且，氧化铝赤泥中含有较高水平的碱性物质以及重金属离子，在降水过程中渗入土壤环境，造成土地盐碱化同时也存在地下污染问题，严重影响堆存现场的土壤环中国科技期刊数据库 工业 A-43-境条件。既往报道中显示，氧化铝赤泥在经过脱水风化处理后，会在空气流通条件下面向大气环境进行迁移，导致严重粉尘污染问题；其次，氧化铝铝土矿生产期间地层放射性物质会对氧化铝赤泥产生影响，导致排放氧化铝赤泥废渣呈现出一定的放射性特点。导致氧化铝赤泥在资源化处置期间面临放射性风险，对建筑材料应用产生限制，需要引起高度重视。2 氧化铝赤泥陶瓷工业应用现状（1）多孔陶瓷滤球。有研究人员尝试将氧化铝烧结法产生赤泥作为主要原料，对多孔陶瓷滤球进行制备，并对样品烧成温度、压碎强度、显微结构以及耐酸碱性受氧化铝赤泥添加剂量、烧成温度的影响问题进行研究。结果显示：对于多孔陶瓷滤球而言，其结果以及性能参数会直接受到氧化铝赤泥添加量以及烧成温度的影响。为确保氧化铝赤泥制备多孔陶瓷滤球达到质量性能最优状态，赤泥添加量建议按照 50wt进行控制，同时将烧成温度控制在 1120，与之相对应的多孔陶瓷滤球压碎强度达到 24.54MPa，耐酸性达到84.01，耐碱性达到 98.98，且所制备多孔陶瓷滤球气孔分布呈现出均匀状态，可以满足污水处理领域介质过滤需求。在烧结法作业期间，氧化铝赤泥主要化学成分包括二氧化硫以及氧化钙这两大类，在工艺处理期间具有较高的烧失量，且存在较多高温状态下易于分解的碳酸盐矿物以及水合矿物，通过释放水分与气体的方式，导致多孔结构产生，以满足氧化铝赤泥资源化应用的要求。后续有研究人员尝试以氧化铝赤泥为主要原料，进一步对多孔陶瓷滤料制备工艺与方法进行研究，实验数据显示，在氧化铝赤泥添加剂量达到 60的状态下，多孔陶瓷滤球样品显气孔率达到 31.78，吸水率达到 15.34，压碎强度达到 26.74MPa，可确保所测制备多孔陶瓷滤球达到高强度以及高气孔率状态。在此基础之上，有研究人员尝试进一步利用溶胶-凝胶法对氧化铝赤泥原料所制备多孔陶瓷滤球表面进行 TiO2 薄膜处理，配合对现代检测技术的应用，对多孔陶瓷滤球微观结构、样品成分进行测试分析，通过测试对甲醛、丙酮分解率展开研究，并评估其光催化性能。实验结果显示，对于氧化铝赤泥所制备多孔陶瓷滤球而言，经 500.0条件处理 60min 后氧化铝赤泥多孔陶瓷滤球光催化性能达到最理想状态，且氧化铝赤泥多孔陶瓷滤球基体与膜有良好的结合关系，可满足水处理过滤介质的实际需求。除此以外，还有研究中尝试将 0.01g/ml 质量浓度的壳聚糖负载在烧成温度为 1080.0烧结法所制备氧化铝赤泥多孔陶瓷滤球材料上，结果显示其对铜离子溶液的去除效果良好，当溶液浓度在15mg/L的情况下，对应有效去除率可达到 96的满意状态。（2）陶瓷砖。有研究人员尝试选择固体废弃物烧结法氧化铝赤泥以及拜耳法氧化铝赤泥为主要原料，添加改善坏体成形性能以及促进样品烧成的添加剂，他借助于应用一次、二次烧成法的方式，对高性能氧化铝赤泥原料陶瓷内墙砖进行制备。在此基础之上基于国标法对样品性能进行测定。结果显示：经氧化铝赤泥所制备陶瓷内墙砖气孔率在 35左右，吸水率达到 22，抗析强度达到 35MPa，在氧化铝赤泥制备期间，内墙砖主晶相晶体呈板条状交织排列，这对内墙砖强度的提升有积极意义。类似研究中，选择页岩以及氧化铝赤泥等工业固体废物作为原料，将一系列改善样品烧结性能以及陶瓷胚体制备性能的添加剂引入其中，优化工业固体废物制备陶瓷砖的生产性能，结果显示基于氧化铝赤泥原料所制备陶瓷砖表面色彩鲜明，有良好的结合性能，在住宅、建筑墙体材料制备领域有确切的应用价值。还有研究人员尝试选择具有丰富钙质废弃物的氧化铝赤泥作为主要原料，在添加剂辅助下借助于对压制成型技术的应用，制备富氧化铝赤泥陶瓷清水砖，以促进氧化铝赤泥利用效率的提升。在此期间基于检测手段测定陶瓷砖微观结果性能以及理化性能，结果显示基于氧化铝赤泥所制备陶瓷砖吸水率达到40左右，气孔率在4070范围内。结果显示，经合理烧成的氧化铝赤泥陶瓷砖最终物相为石英、假硅灰、刚玉。为进一步提高陶瓷砖制备期间氧化铝赤泥的利用率，有研究中尝试在无特殊添加剂条件下，通过压制成型的方式利用氧化铝赤泥原料对以陶瓷砖进行制备，以总结氧化铝赤泥陶瓷砖配方最佳的范围，结果显示：为确保所制备陶瓷砖素胚强度达到最佳状态，应将氧化铝赤泥的含量控制在中国科技期刊数据库 工业 A-44-40，石英砂含量控制在30，高岭土含量控制在30，且烧结温度按照 1100进行控制。进一步检测结果显示该陶瓷中氧化铝赤泥原料的强度达到理想状态。（3）陶瓷颜料。既往有关报道中显示，对于建筑领域棕色陶瓷颜料而言，呈色原理在于氧化铝赤泥原料中含有一定比例的氧化铁成分，其可以在高温下产生一定比例的尖晶石型化合物，并通过对氧化铁比例以及含量进行调节的方式，产生可在陶瓷工业领域中应用的棕色颜料。通过对氧化铝赤泥化学组成成分的分析，不难发现，氧化铝赤泥具有替代部分化工原料的性能，不但能够对氧化铝赤泥部分固体废料进行综合与应用，还可以节约一部分化工原料，达到降低生产成本的目的。有研究证实在氧化铝赤泥引入量为 50的情况下，所制备得到的陶瓷颜料配方以及产品可达到满意状态。将氧化铝赤泥引入棕色陶瓷颜料制备中，能够对陶瓷颜料制备成本进行积极控制，为生产企业带来一定经济效益。同时可促进氧化铝赤泥废弃材料的合理应用，对氧化铝赤泥全新资源价值进行开发，减少氧化铝赤泥对环境所产生的污染以及土地资源占用问题，满足节能减排需求。同时，从工艺操作实践上来看，在温度为 1250，保温时间为 1h 的情况下，可以借助于对氧化铝赤泥原料的应用，制备具有良好呈色性能的低成本陶瓷棕色颜料，效果理想，可进一步投入研究与实践。3 结束语 需要注意的是，氧化铝赤泥作为氧化铝生产期间的二次资源，综合利用研究复杂程度高。为进一步推动氧化铝赤泥陶瓷工业领域应用技术的发展与完善，就需要积极尝试对技术工艺进行改进，以满足氧化铝赤泥资源化利用要求。2022 年年度加快推动工业资源综合利用实施方案中对氧化铝赤泥的综合利用提出了严格要求，对氧化铝赤泥的大规模综合利用成为当前工作人员迫切需要解决的一项课题。文章即尝试以陶瓷工业领域为切入点，对氧化铝赤泥在陶瓷工业领域中的应用要点与实现方案展开分析，包括氧化铝赤泥原料在多孔陶瓷滤球、陶瓷砖以及陶瓷颜料中的应用，希望能够引起相关人员的关注与重视。参考文献 1王小平,李香梅,华绍广,等.赤泥掺入黏土制备 CaO-MgO(10%)-SiO2-Al2O3 体系陶瓷材料试验研究J.中国有色冶金,2023,52(4):97-103.2王继娜,徐开东,牛季收,等.粉煤 灰-赤泥孔隙陶瓷 的坯釉一体化制备工艺 研究 J.硅酸盐通报,2015,34(12):3652-3657.3赵东,刘立强,井敏,等.热处理温度对赤泥粉煤灰玻璃陶瓷抗折强度的影响J.粉煤灰综合利用,2013(3):25-27.4刘世丰,曾建民.KOH 含量对赤泥等离子体电解氧化复合陶瓷层结构和结合强度的影响J.机械工程材料,2020,44(1):8-15.5王维,刘伟,张鹏飞,等.原料粒径与成分对赤泥/钢渣陶瓷材料结构与性能的影响J.粉末冶金材料科学与工程,2015,20(5):789-794.6吴建锋,冷光辉,张明雷,等.用 Bayer 法赤泥制备的多孔陶瓷滤料的结构与性能J.硅酸盐学报,2008,36(12):1775-1780.7刘全,吴智明,王轩.赤泥保温材料烧结过程中液相形成温度与分解型发泡剂分解温度匹配研究J.成都理工大学学报(自然科学版),2023,50(4):504-512.8关雷,蔡承宇,张学斌.以淀粉和碳化硅为造孔剂的粉煤灰-赤泥基多孔陶瓷的制备与性能表征J.浙江工贸职业技术学院学报,2022,22(3):54-57.