拜耳法赤泥制备铁铝酸盐水泥熟料矿物形成机理及胶凝性研究

Red mud is the solid waste residue of the caustic soda digestion of bauxite ores (Bayer process), it can't be directly used in the building materials industry owing to high alkalinity, composition fluctuations, radioactivity and a variety of harmful ingredients. Red mud's stack occupies cultivated land and causes great harm to the environment, the treatment of red mud becomes big problem of domestic and foreign. Analysts believe that the key issue are which high alkalinity in red mud makes the difficulty of mineral's formation in cement and irradiation doses exceed the material standard. On the basis of preliminary studies (preparing cement using leach residue), applicants propose to a new idea which prepares FAC using Bayer red mud according to the reasons, First, red mud include high content of Fe2O3 and Al2O3.Second, the preparation of FAC needs large quantity of Fe2O3 and Al2O3, Third, effect of alkali is smaller relatively on FAC. Projects mainly study the effect of alkali content and rare metal types to cement clinker's formation in the CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3 system; Research mineral formation mechanism and gelling of red mud-based FAC; Research rare metals solid caustic soda and through introducing light and heavy elements reduce radioactivity; Optimizing the processing parameters achieve to the purpose which the mineral composition is adjusted. Eventually, we prepare to the good performance FAC and the amount of red mud in raw is more than 20%.

拜耳法赤泥是由强碱直接溶出铝产生的固体废渣，由于碱含量高、成分波动大、具有放射性等不能直接用于建材行业，它的堆放不仅占用耕地，还给环境造成巨大危害，其处理和利用成为国际难题。分析认为，拜耳法赤泥制备水泥需解决的关键问题是碱含量大及放射性超标。申请者在前期利用浸出渣制备水泥研究的基础上，根据拜耳法赤泥中铁铝含量高，而铁铝酸盐水泥(FAC) 生产时需铁铝量大，碱对FAC影响小等特点，提出利用拜耳法赤泥制备FAC的新思路。项目主要在CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3-SO3体系中，研究碱含量、稀有金属种类及含量对矿物形成的影响；研究拜耳法赤泥基FAC矿物的形成机理及胶凝性；研究稀有金属固碱及引入轻、重元素降低辐射；研究FAC制备中矿物组成的设计及优化、配料计算；在以上研究基础上，通过优化各工艺参数，实现矿物组成的可调化，最终制备出各项性能达标，原料中赤泥用量大于20%的FAC。

拜耳法赤泥是由强碱直接溶出铝产生的固体废渣，由于碱含量高、成分波动大、具有放射性等不能直接用于建材行业，它的堆放不仅占用耕地，还给环境造成巨大危害，其处理和利用成为国际难题。分析认为，拜耳法赤泥制备水泥需解决的关键问题是碱含量大及放射性超标。申请者在前期利用浸出渣制备水泥研究的基础上，根据拜耳法赤泥中铁铝含量高，而铁铝酸盐水泥(FAC) 生产时需铁铝量大，碱对FAC影响小等特点，提出利用拜耳法赤泥制备FAC的新思路。项目主要研究赤泥中碱的存在形式及存在量，碱在熟料的的存在形式；赤泥基高铁水泥的矿物组成设计及配料计算方法；矿物相的活化及活化机理研究；赤泥、赤泥基水泥放射性辐射剂量的研究及降低放射性辐射剂量的方法；赤泥基水泥的抗硫酸盐侵蚀性研究；赤泥基高铁水泥中游离碱的消解研究。研究结果表明：赤泥基高铁水泥熟料中，铁相（C4AF）矿物的最佳设计含量应小于35%，否则会引起强度的急速下降；配料中铝硫比（P）应控制在2.2～3.0，石灰饱和系数Cm应控制1.0左右，铝硅比＞1.4；适量异离子P5+、Ba2+、Cr3+的引入能有效活化贝利特相，提高矿物的水化活性；实验室制备的赤泥基高铁硫铝酸盐水泥3d、28d抗折、抗压强度分别为（5.6MPa，31.9MPa）、（6.3MPa ，50.2MPa），赤泥在配料中的含量接近25%，各项工作性能均合格；高铁阿利特-硫铝酸钡钙水泥的3d、28d抗折、抗压强度分别为（6.8MPa，34.3MPa）、（7.7MPa ，63.7MPa），各项性能均合格；赤泥基高铁水泥的放射性比活度均满足我国建材主题材料中天然放射性要求。