赤泥用于水泥制备的研究进展

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摘要：概述了赤泥的胶凝活性，系统阐述了赤泥在水泥方面的研究，包括利用活化赤泥制备高性能水泥、制备碱-矿渣-赤泥水泥、制备赤泥-煤矸石-水泥胶凝材料、制备赤泥硫铝酸盐水泥、制备赤泥硫酸盐型水泥。展望了赤泥综合利用的前景，并提出赤泥回收利用中亟待解决的问题。

关键词：赤泥;水泥;活化;胶凝材料

前言

赤泥是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的固体粉状废弃物，大量的赤泥被排往堆场露天堆放。赤泥中存在硅酸二钙、铝酸三钙和无定形铝硅酸盐物质，而硅酸二钙是水泥的主要物相之一。因此，可利用赤泥为原料生产水泥熟料，降低水泥生产成本，同时起到保护环境的生态效果。在当前研究中，赤泥在水泥方面的应用研究[1，2]主要有利用活化赤泥制备高性能水泥、制备碱-矿渣-赤泥水泥、制备赤泥-煤矸石-水泥胶凝材料、制备硫铝酸盐水泥、制备硫酸盐型水泥等。

1 利用赤泥制备水泥的研究进展

1.1 利用活化赤泥作高性能水泥调节组分

将活化[3，4]后的赤泥用以辅助调节水泥的性能，可研制具有优越性能的水泥熟料。张彦娜[5]采用热活化和复合处理的方式活化赤泥，认为赤泥的活性越高，与水泥熟料之间相互反应越充分，得到的水泥性能较优。试验采用XRD等现代测试方法对赤泥的物理化学性质进行了全面分析，采用热活化和化学活化等方法对赤泥进行活化处理，发现赤泥中存在一定的无定形铝硅酸盐物质，结晶态物质很少;采用热处理活化效果良好， 600℃煅烧的赤泥综合性能最好;煅烧过后的赤泥所配制的砂浆强度基本都高于常温赤泥-熟料体系。

1.2 制备碱-矿渣-赤泥水泥

采用碱激发措施激发胶凝材料活性的研究大多用于碱-矿渣水泥的制备研究当中。潘志华等[6]选用赤泥、粒化高炉矿渣、外加剂以及碱性激发剂（固体水玻璃）等原材料制备碱-矿渣-赤泥水泥胶凝体系。当赤泥：矿渣为30：70，外掺14%的激发剂时，所配制的碱-矿渣-赤泥水泥的性能与普通硅酸盐水泥类似，能正常凝结，其胶凝体系的强度随着养护龄期的延长而增强，28 d后的强度仍在增加，没有出现倒缩现象。

田明阳等[7]以水淬高炉矿渣、普通硅酸盐熟料、石膏和外加剂为原料，将拜耳法赤泥用作调整剂，开发了一种低水泥熟料含量的高强性能矿渣胶凝材料。适当掺入赤泥成分（赤泥掺量小于6%），可有效改善胶凝体系的早期强度及力学性能。

1.3 制备赤泥-煤矸石-水泥胶凝材料

文献[8]中采用复合热活方式化处理赤泥，600℃时水泥-煤矸石胶凝体系的活性表现良好。当赤泥-煤矸石（质量比为3： 2）：矿渣：水泥熟料：石膏=50%：24%：20%：6%时，制备的水泥-煤矸石胶凝体系性能较优。结合SEM-EDS等微观测试分析，证明水泥-煤矸石胶凝体系水化产物中含有水化硅酸钙凝胶、氢氧化钙和钙矾石。随着水化龄期（3d至90d）延长，氢氧化钙含量逐渐升高。Al主要以六配位的形式存在于水化产物当中，随着体系中钙硅比的增大，将加快[AlO4]四面体向八面体转变，也会阻止[SiO4]四面体与[AlO4]四面体结合。孔结构分析表明钙硅比为1.04和0.95时，硬化浆体的平均孔径较为细化，具有良好的孔结构。

1.4 制备赤泥硫铝酸盐水泥

赵宏伟等[9]利用赤泥成功制得硫铝酸盐水泥熟料。除赤泥之外，还掺入石灰石、矾土和硫酸钙进行研磨和烧制。与42.5#快硬硫铝酸盐水泥相比，利用赤泥制备的硫铝酸盐水泥力学性能较优。当赤泥掺量在34.02%及其以上，水泥早期强度发展稳定并随龄期延长而继续增长。张培新[10]以赤泥、石灰、石膏、铝土矿和粘土等为原材料，展开了高铁型硫铝酸盐水泥的试验研究。首先对原生料的配合比进行试算，设计出水泥的矿物组成和各原料的质量比例;将熟料磨细后进行水泥各项性能检测，所制得的高铁型硫铝酸盐水泥初凝和终凝时间均达到标准要求，抗折抗压强度可达42.5#水泥强度标准。

1.5 制备硫酸盐型水泥

由建筑工程部水泥研究院编著的《赤泥硫酸盐水泥》中介绍了赤泥硫酸盐型水泥的配制研究。赤泥硫酸盐水泥主要利用赤泥和高炉粒状矿渣，同时辅以适量的石膏、添加一定比例的石灰磨制而得。其中赤泥比例为45%～50%，高炉粒状矿渣比例为30%～35%，石膏比例为14%～16%，石灰比例为2%～3%。这种赤泥硫酸盐型水泥基本性能可与普通硅酸盐水泥相当，具有较低的水化热、较强的抗渗性能，适用于水中工程及地下工程中;其制作工艺简单，耗能较低的特点。由于大量掺入赤泥使用，降低普通硅酸盐水泥熟料的添加比例，降低水泥生产成本。

2 结 语

总之，以赤泥为主要原料来烧制水泥等胶凝材料是实现赤泥综合利用的一条新途径，可解决赤泥污染环境问题，具有显著的生态效益;同时，大量采用赤泥作原料，可降低水泥熟料用量，具有一定的经济效益。需要注意的是，一是由于赤泥中碱含量较高，需要合理利用赤泥的高碱性，或对赤泥进行活化处理，使生产的水泥满足要求;二是由于赤泥是炼铝厂排放的废渣，含有放射性成分，无论作为室内材料还是室外材料都必须在标准限量内使用。由于赤泥中的成分比较复杂，其含有的微量元素对胶凝材料性能的影响和环境影响还需进一步研究。

参考文献

Junior N. etal. A Preliminary Investigation of Strength Development in Jamaican Red Mud Composites [J].Cement&Concrete Composites，1996，18：371-379 祝丽萍，倪文，高术杰等.赤泥-矿渣-石膏-少熟料胶凝材料的初期水化过程[J].硅酸盐通报，2012，31 （4）：767-770 李绍纯，张国立，赵铁军等.拜尔法赤泥活化方式对水泥基材料性能的影响[J].混凝土，2013，（6）：29-30 孙恒虎，冯向鹏，刘晓明，等.机械力化学效应对赤泥结构特性和胶凝性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2006，36 （增刊2）：568-570 张彦娜.赤泥用作高性能水泥性能调节组分的研究[D].南京：南京工业大学，2004 潘志华，方永浩，潘拯生等.固态碱-矿渣-赤泥胶凝材料的研究[J].南京化工大学学报，1998，20，（2）：34-37 田明阳，倪文，张玉燕等.赤泥作矿渣基胶凝材料调整剂的研究[J].金属矿山，2011，（12）：148-150 张娜，刘晓明，孙恒虎.赤泥-煤矸石基中钙体系胶凝材料的水化特性[J].材料研究学报，2014，28（5）：325-332 赵宏伟， 李金洪， 刘 辉. 赤泥制备硫铝酸盐水泥熟料的物相组成及水化性能[J]. 有色金属， 2006， 58（6）： 119-122. 张培新. 利用赤泥制备硫铝酸盐快硬水泥的研究[J]. 环境污染与防治， 2000， 22（9）： 16-18.