提高赤泥新型陶瓷耐酸性、降低放射性辐射的基础研究

赤泥是氧化铝生产的固体废弃物，由于含碱高与存在放射性，其利用成为著名难题，其堆积给环境造成巨大危害并困扰着氧化铝制造业的发展。本研究从解决赤泥制品化学性能不稳定与较高的放射性、因而不能实际利用出发，用赤泥为主要原料制备石油压裂支撑剂等新型陶瓷材料。在前期探索的基础上，研究这一成分不同于现有任何陶瓷的低硅、低铝、高碱、高钙、高铁新体系的原料的成分设计与调控，确定各工艺过程的基本物理化学变化，研究陶瓷的相组成、显微结构与性能的关系。压裂支撑剂耐酸性差是国内外未解决的难题，我们初步发现：含一定量钡长石相的赤泥陶瓷，耐酸性会提高到超过国内外所有产品报道的数据，但不清楚原因。这里是研究钡（钙）长石提高耐酸性的机理。我们又发现，赤泥烧结时会在陶瓷表面自动生成釉层。还研究：这釉层能否与钡（钙）长石共同降低赤泥的放射性辐射及与相组成变化的关系。研究为赤泥资源化、开发系列赤泥陶瓷新产品打下基础。

摘要.提出用赤泥制备新型陶瓷材料高附加值产品。.提高压裂支撑剂耐酸性能是国内外都必须解决的难题。实验发现：根本原因是硅质成分易与氢氟酸反应，生成SiF4 而溶解。提高耐酸蚀性能的根本思路是采用无硅、低硅体系；引入BaCO3 ，使硅质成分与之生成耐酸性优良的物相等。.利用赤泥及适量碳酸钡制备中低档压裂支撑剂，原则是：减少原料中SiO2 、Fe2O3 含量，调控配比以生成耐酸性好的钡长石，较大幅度提高了耐酸性，酸溶解度达2.76%。.高档压裂支撑剂探索：用工业氧化铝，研发了新的无硅、低硅体系。用铝矾土替代工业氧化铝，在Al2O3-BaO-MgO -TiO2-MnO2无硅体系制备的压裂支撑剂酸溶解度低至0.047%，是行业标准的1/100，是石油压裂支撑剂问世以来，国内外最好的数据。.研究提出了两种耐酸性能提高的机理：酸液在腐蚀过程中与陶瓷晶粒表面物质发生反应形成难溶的抑制反应扩散的壁垒；多元体系在烧结过程中生成的物相如：钡长石、铝酸钡等本身酸溶解度较低。.降低赤泥陶瓷的放射性辐射、提高化学稳定性研究:以赤泥、红砂岩和高岭土为原料，适量调整引入BaO 、PbO、 MgO、CaO ，能促进陶瓷自释釉形成；控制温度，可调控自释釉层的厚度，赤泥的放射性辐射剂量由原料的106降低到60 Total/Timer，与天然放射性本底相当。含有Ba2+ 的赤泥陶瓷材料具有优良的化学稳定性，在HCl、KOH试液中受腐蚀的质量损失率均小于0.03%；耐化学腐蚀性达到GA级（优级）。.研究结果已引起多方关注.