赤泥是氧化铝在生产过程中产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红，故被称为赤泥。据估计，全世界氧化铝工业每年产生的赤泥超过6×107t。我国氧化铝生产过程中每年产生的赤泥量超过600万t ，全部露天堆存，并且大部分堆场坝体用赤泥构筑。目前，人们日益关注赤泥堆放给环境带来的危害。赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。因此，赤泥的综合利用和回收以及合理处理有重要的意义。拜耳法赤泥的处理有很强有力的经济利益和环保效益。
拜耳法赤泥与适量的石灰混合，经石灰消化、水热处理、煅烧处理和碱液溶出，可从赤泥回收70%以上的Al2O3和90%以上的Na2O，并使不溶残渣中NaO含量降到1%以下。分离的铝酸钠溶液被送往拜耳法溶出料浆稀释过程，分离的残渣被进一步在750～950℃ 煅烧，制得活性β–C2S为主的胶凝材料，可用作水泥的活性混合成分。 生产1 t 氧化铝通常排弃1t多的赤泥，但是不管是拜耳法工厂，抑或是烧结法、联合法工厂，目前都尚未有效地处理和利用赤泥。迄今已探明的我国铝土矿， 约80%为中等品位即铝硅比5～7、含铁低的一水硬铝石型铝土矿。我们立足本国资源，成功地开发了单流法管道溶出技术，为经济、有效地处理拜耳法赤泥，使我国氧化铝工业获得更大的经济效益、社会效益，应进一步开发低温煅烧工艺。本文在铝土矿及其拜耳法赤泥加工试验的基础上，讨论了在回收赤泥中的氧化铝和氧化钠后进一步将其加工成水泥的工艺，及建立拜耳–低温煅烧法工艺处理我国铝土矿的可能性。
1 原料
拜耳法赤泥：拜耳法赤泥末次洗涤后排送堆场的设备上，再洗涤、烘干，置于干燥器内。
生石灰：化学纯试剂氧化钙，CaO含量不小于96 % ，经研磨 ，在1 000 ℃ 煅烧1h冷却后放入密闭瓶中，再置于干燥器内。
氟化钙：化学纯试剂氟化钙，CaF2不小于98 % 。
纯碱溶液：分析纯试剂碳酸钠，加入蒸镏水配制而成。
2 原理
2. 1 拜耳法赤泥的成份
赤泥主要是铝土矿在拜耳法溶出过程或烧结法熟料在溶出过程中形成的残渣，特性受所处理的铝土矿及其工艺条件的影响。拜耳法溶出过程中生成含水铝硅酸钠[3 (Na2O·Al2O3·2SiO2) Na2 X·nH2O，式中X可能是CO32 -，SO42 -，Clshr-，OH-或AlO2-，当X为CO32 -时为钙霞石]，造成碱和氧化铝的损失；CaO可将含水铝硅酸钠中的Na2O置换出来，生成钙霞石型铝硅酸盐[ (Ca ， Na2 ) 4 (AlSiO4 ) 6· CO3·nH2丙丁酚O]。当有石灰存在时，拜耳法溶出过程中首先生成含硅量不等的水化石榴石型含水铝硅酸钙[ 3CaO (Al2O3 ， Fe2O3 ， TiO2 ) ·X ( SiO2 ，TiO2) (6 - 2 X)H2O]，并且过量石灰的存在可以使所生成的钙霞石减少到完全消失的程度。此外，钛矿物与石灰在拜耳法溶出过程中形成水钙钛矿[CaO· TiO2· H2O]等。铝土矿在拜耳法溶出过程中形成的赤泥的化学成分范围，一般是SiO2 8 %～22 % ，Fe2O3 4 %～5 % ，Al2O3 15 %～30 % ，TiO2 5 %～12 % ，CaO 15 %～28 % ，Na2O 4 %～10 % ，LOI 10 %～15 %。由于Fe2O3 在拜耳法赤泥中的含量小于10 %，所以有利于在回收赤泥中的Na2O后进一步将其加工成水泥。
2. 2 化学原理
2. 2. 1 赤泥的水热活化处理
按照(CaO/SiO2)= 2.0，(CaO/ Al2O3sl9) =1.71和(CaO/TiO2 )= 1.0将计算量的石灰加入赤泥，混匀，并加入适量的水使CaO消化，再在常压、100℃蒸汽中进行混合料的水热活化处理，注意防止CO2污染，使钙霞石转为水化石榴石[ 3CaO· Al2O3·XSiO2(6 - 2 X) H2O]，其Na2O游离出来，同时合成了高聚合度的硅酸钙(如Ca2 ( SiO4 )·nH2O 或Ca3( Si2O7 )·nH2O)等：
2. 2. 2 蒸养料的煅烧活化处理
水热处理后的物料(即蒸养料)，无须加入稳定剂，在 750～950℃煅烧下生成12CaO·7Al2O3 和 2CaO·SiO2等矿物。
（1）3CaO·Al2O3·XSiO2·(6 - 2 X) H2O300～500 ℃ 3CaO·Al2O3·XSiO2·(1.5 -2 X) H2O + 4.5H2O ( X ≤0.5)
（2）3CaO·Al2O3·XSiO2·（6 - 2 X) H2O300～500 ℃ 3CaO·Al2O3· XSiO2·(1.5 - X) H2O + (4.5 - X) H2O(0.5 ≤X ≤1.2)
（3）7[ 3CaO·Al2O3·XSiO2· (1.5 - m X)H2O]600～950 ℃ 12CaO·7Al2O3·9CaO +7 XSiO2 + 7(1.5 - mX) H2O(m = 2 或 1)
（4）Ca2(SiO4杨贵妃传)·nH2O750～950 ℃β-CaO·SiO2 +nH2O
（5）2[Ca3 (Si2O7)· nH2O]750～950 ℃3[β–2CaO·SiO2 ] + SiO2 + nH2O
（6）Ca（OH)2540 ℃ CaO + H2O
（7）2CaO + SiO2750～950 ℃β-2CaO·SiO2
（8）12CaO + 7Al2O3750～950 ℃ 12CaO· 7Al2O3蝽卵
（9）2CaO + SiO2凝聚力工程 + Al2O3750～950 ℃2CaO·Al2O3· SiO2
煅烧料中合成的 12CaO· 7Al2O3 和 β-2CaO3· SiO2 等矿物是有用的 ， 而 2CaO· Al2O
3·SiO2 等矿物是没有用的 ， 因其不被碱分解而造成氧化铝损失。
2. 2. 3 煅烧料的溶出
将煅烧料磨细后 ， 以稀Na2CO3 溶液溶出 ，则煅烧料中Al2O3 和 Na2O 约 70 %以上得回收。
（10）12CaO· 7Al2O3 + 12Na2CO3 + 5H2O——12CaCO3 + 14NaAlO2 + 10NaOH
（11）12CaO· 7Al2O3 + 33H2O——4 (3CaO· Al2O3· 6H2O) + 6Al(OH)3
（12）3CaO· Al2O3· 6H2O + 3Na2CO3——3CaCO3 + 2NaAlO2 + 4NaOH + 4H2O
3 实验结果和讨论
3. 1 赤泥的性质
氧化铝生产中所用的铝土矿矿物成分，以一水硬铝石为主，约60 %～75 % ， 其次为粘土矿物，高岭石约10%～30%，其余为少量碎屑矿物一水软铝石等。一水硬铝石在矿石中
呈显微晶质结构，它形粒状，粒度微细。在湿磨中加过量石灰， 采用单流拜耳法溶出。所用铝土矿的化学成分是：
SiO2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 CaO Na2O MgO LOI
7.61 2.57 69.74 3.62 1.15 0.05 - 4.20
所取拜耳法溶出后的赤泥试样，主要矿物是水化石榴石、钙霞石、钙钛矿、 一水硬铝石及方解石等。赤泥试样的主要化学成分是：
SiO2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 CaO Na2O MgO LOI
14.56 4.81 28.76 5.20 22.56 6.60 - 15.05
3. 2 赤泥的处理过程
3. 2. 1 水热处理
拜耳法赤泥和石灰等在混合均匀、加适量水使CaO消化及制成d 20mm ×20mm团块后，
放入密闭箱中，在常压、100℃下进行蒸汽养护，完成后取出烘干。经水热处理后，钙霞石逐渐消失，物料中Na2O回收1/3以上。
3. 2. 2 低温煅烧处理
水热处理后的混合料团块(即蒸养料)，直接在750～950℃下煅烧，得到低温煅烧料。其主要矿物有： 2CaO· SiO2 ， 12CaO· 7Al2O3 ， CaO·TiO2 和 2CaO· Al2O3· SiO2 等，主要化学成分是：
SiO2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 CaO Na2O MgO LOI
18.0 4.22 24.86 - 45.60 3.48 - -
3. 2. 3 低温煅烧料的溶出
将低温煅烧料磨细至0.124 mm，在3 %～6 %Na2CO3 溶液、液固比5、60℃和 15 min的条件下进行搅拌溶出，煅烧料中的 Al2O3 和Na2O 70 %以上进入溶液。 分离的铝酸钠溶液，用于拜耳法溶出后料浆的稀释。由于拜耳法赤泥的脱硅能力高，因此在不用高温脱硅
的条件下，使拜耳法溶出液和低温煅烧料的溶出液合并脱硅，可以达到制取高纯氢氧化铝所需要的溶液脱硅深度。分离的残渣，即贝利特渣，主要化学成分是：
SiO2 Fe2O3 Al2O3 T iO2 CaO Na2O MgO LOI
11.83 4.28 7.37 - 47.47 0.98 - -
3. 3 赤泥处理工艺的应用
3. 3. 1 活性贝利特胶凝材料的制取
经过水热处理、煅烧处理和煅烧料溶出处理后得到的贝利特渣，在烘干后即可用作普通硅酸盐水泥的混合材料；但是将其在750～950 ℃再煅烧一次，即成为质量更好的胶凝材料；此时，加入适量粉煤灰或氢氧化铝或氟化钙等，可降低其游离氧化钙的含量。因此，制取以活性β–Ca2S (即β–2CaO· SiO2 )和 11CaO·7Al2O3· CX ( CX 为CaF2 或CaSO4)等为主要成分的胶凝材料是不难的。制取的贝利特胶凝材料的 X 射线衍射分布，其主要化学成分如表：
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