CN114873923B - 一种赤泥基保温材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种赤泥基保温材料及其制备方法，属于资源回收技术领域，方法包括：将赤泥浆液和分散助剂进行混合，后进行旋流处理，得到底流部分；将所述底流部分进行压滤，得到底流滤饼；将所述底流滤饼和调整助剂进行混合，得到混合料；将所述混合料进行复合成型处理，后进行干燥、熔融和甩丝，得到无机纤维保温材料，利用拜耳法赤泥含有的Si、Fe、Ca、Al元素特性，提供了以赤泥浆液为原料制备保温材料这一种新的回用路径，实现拜尔法赤泥过滤后延伸产业链，直接进行资源化处理；不落地堆存，解决了目前赤泥堆存的问题。

Description

一种赤泥基保温材料及其制备方法

技术领域

本发明属于资源回收技术领域，特别涉及一种赤泥基保温材料及其制备方法。

背景技术

赤泥，是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物，因其为赤红色泥浆状而得名。随着铝土业的不断发展，我国的赤泥排放量每年为1500万吨以上，且随着新投产和老设备增产改造，赤泥总质量有上升的趋势。世界各国大多数氧化铝厂是将赤泥堆积或倾入深海，赤泥的存放不仅占用大量土地和农田、耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的剩余碱液能向地下渗透，造成地下水污染。此外，堆场的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破环生态环境，造成严重污染。在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当今社会，赤泥的综合治理己成为人们所关注的焦点之一。赤泥是氧化铝生产过程中产生的最大废弃物，也是氧化铝生产的最大污染源。由于生产方法和铝土矿品位的不同，每生产一吨的氧化铝大约要产生 0.5-2.5吨的赤泥，每吨赤泥还附带有3-4m3的含碱废液。

赤泥依氧化铝生产方法的不同，可分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥三种，由于铝土矿的含量丰度不同，国内外氧化铝生产所采取的方法也不同。拜耳法产量约占世界总产量的90％以上。拜耳法生产采用的是，强碱NaOH 溶出高铝、高铁铝土矿，产生的赤泥中氧化铝、氧化铁、碱含量高；处理的是一水软铝石型和三水铝石型铝土矿。烧结法和联合法处理的是难溶的高硅、低铁、一水硬铝石型、高岭石型铝土矿，产生的赤泥Ca0含量高，碱和铁含量较低。我国主要是以一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的烧结法、联合法赤泥，其主要成分为硅酸二钙及其水合物:国外则以拜耳法为主，拜耳法赤泥的主要成分为赤铁矿、铝硅酸钠水合物、钙霞石等。

发明内容

本申请的目的在于提供一种赤泥基保温材料及其制备方法，以解决赤泥堆存的问题。

本发明实施例提供了一种赤泥基保温材料的制备方法，所述方法包括：

将赤泥浆料和分散助剂进行混合，后进行旋流处理，得到底流部分；

将所述底流部分进行压滤，得到底流滤饼；

将所述底流滤饼和调整助剂进行混合，得到混合料；

将所述混合料进行复合成型处理，后进行干燥、熔融和甩丝，得到无机纤维保温材料。

可选的，所述分散助剂包括六偏磷酸钠。

可选的，所述赤泥浆料和所述分散助剂的重量比为1：0.001-0.003。

可选的，所述旋流处理采用的装置包括旋流器，所述旋流器的压力参数为0.15MPa- 0.35MPa。

可选的，所述调整助剂包括烧结法赤泥、铝土矿、硅藻土、叶腊石、氯化废渣和氧化铝有机物过滤渣中的至少一种。

可选的，所述调整助剂的粒度＞1mm。

可选的，所述底流滤饼中SiO₂和Al₂O₃的质量含量[SiO₂+Al₂O₃]和所述调整助剂中CaO 和MgO的质量含量[CaO+MgO]的关系满足：[SiO₂+Al₂O₃]/[CaO+MgO]＝1.3-1.9。

可选的，所述干燥后的混合料的水分重量含量＜4％-6％。

可选的，所述熔融时，从炉底得到铁水，后将所述铁水冷却得到铁块。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种赤泥基保温材料，所述保温材料采用如上所述的赤泥基保温材料及其制备方法制得。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的赤泥基保温材料的制备方法，利用拜耳法赤泥含有的Si、Fe、Ca、Al元素特性，提供了以赤泥浆液为原料制备保温材料这一种新的回用路径，实现拜尔法赤泥过滤后延伸产业链，直接进行资源化处理；不落地堆存，解决了目前赤泥堆存的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的方法的流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

申请人在发明过程中发现：赤泥应用技术开发很大程度上受制于赤泥碱的问题、水分问题，一直得不到很好的利用。赤泥黏度很大，而且含水率高，具有触变性能，很难干燥，而且时间长，利用难度很大。

在赤泥资源化利用方面，我国氧化铝行业相继开展了赤泥生产水泥、赤泥做免烧砖、烧结砖等新型墙体材料、赤泥做硅钙板保温材料、赤泥塑料填料、赤泥硅钙肥、赤泥用作路基材料以及赤泥中提取有价金属钪、钛、铁等方面的技术研究工作，取得了一些进展，但除赤泥配料生产水泥外，其它技术均未实现赤泥的大规模利用。

在我国，平果铝土矿含有多种有价金属，平果铝业公司和广西冶金研究院联合做了以平果铝上矿拜耳法赤泥为原料，以煤为还原剂，进行直接还原炼铁的试验研究，其工艺流程是将赤泥和煤混合、制团、干燥、然后进行还原焙烧，最后磁选制取海绵铁。

现在赣州有色研究所等公司采用高梯度、高强度磁选机回收赤泥中的铁，并未取得石英，同时投资运行费用高，回收率低。

烧结法赤泥含有硅酸盐水泥所必需的SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO等组分，有用成分含量占总量的75％以上，从SiO₂-Al₂O₃-CaO三元系相图看，已接近水泥熟料的组成范围。在国内，原山东铝业公司在利用烧结法赤泥生产水泥的推广应用方面一直走在全国的前列，上世纪60年代开始，利用赤泥的亚粘土特性，以赤泥代替粘土等工业原料采用湿法工艺生产普通硅酸盐水泥，累计消耗赤泥800余万吨，生产的普通硅酸盐水泥已用于码头、港口、船坞、舰艇掩体、黄河铁路公路大桥、大型煤矿矿井、南极考察站、厂房民用建筑等，但截至上世纪90年代，因国家实行新的水泥标准，对水泥含碱量的要求提高，致使赤泥配料生产水泥的掺量已大为减少。

岩棉保温材料产品均采用优质玄武岩、白云石等为主要原材料，经1450℃以上高温熔化后采用国际先进的四轴离心机高速离心成纤维，同时喷入一定量粘结剂、防尘油、憎水剂后经集棉机收集、通过摆锤法工艺，加上三维法铺棉后进行固化、切割，形成不同规格和用途的岩棉产品。通过加入原料白云石、叶腊石、石英粉、萤石、工业Al₂O₃制备成仿玄武岩纤维仿玄武岩纤维是基于铝硅酸盐系统玻璃.

为加快岩棉行业结构调整和转型升级，遏制低水平重复建设和产能盲目扩张，保护生态环境，推进节能减排，提高资源能源利用水平，根据有关法律法规和产业政策，制定《岩棉行业准入条件》，岩棉作为一种无机的外墙外保温材料。以往岩棉材料在建筑市场的占有率大概为10％左右，但随着各界对建筑安全和消防认识的普遍提升，建筑业对岩棉材料的需求逐渐增加。

目前国内保温材料生产厂家掌握岩棉生产技术水平不高，岩棉产业在国内规模规格和技术都不过硬。对国内现有的岩棉厂家进行规范，规范其生产模式，提高其生产要求，降低生产成本，扩大销售份额，使岩棉行业逐渐步入正轨。岩棉产业在保温材料的市场份额会越来越大。

针对现有赤泥堆存现状，利用拜耳法赤泥含有的Si、Fe、Ca、Al元素特性，提供一种赤泥基保温材料的制备方法，实现拜尔法赤泥过滤后延伸产业链，直接进行资源化处理。不落地堆存。

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种赤泥基保温材料的制备方法，所述方法包括：

S1.将赤泥浆料和分散助剂进行混合，后进行旋流处理，得到底流部分；

在一些实施例中，分散助剂包括六偏磷酸钠，具体而言，赤泥浆料和所述分散助剂的重量比为1：0.001-0.003。

该分散助剂本质是一种坯浆解凝剂，在此次试验中采用湿法搅拌混合的方法添加该助剂。为使分散剂均匀添加于料浆之中，应当先将分散剂干粉配成溶液，然后加入赤泥料浆之中混合均匀，切忌直接将干粉加入赤泥料浆之中。

赤泥浆料和所述分散助剂的重量比为1：0.001-0.003是因为该分散助剂是一种无视分散帮，其阴离子具有较高的负电荷，在赤泥料浆中，它能解离出来大量阴离子通过与Al³⁺离子作用生成稳定的螯合物而产生特性吸附，使得赤泥浆液产生高的负性表面电位，其底面和侧面之间双电层作用的总位能呈现出较强的排斥作用，从而使赤泥浆料处于比较稳定的分散状态。赤泥料浆断键暴露出来的分散点有限，因而分散助剂对于料浆体系的分散能力是由限度的。当赤泥料浆与该分散助剂重量比为1：0.003时，料浆黏度达到最低值，继续添加分散助剂的用量，料浆黏度变化不大，此时分散助剂在赤泥颗粒表面的吸附量和分散程度达到饱和。若分散助剂添加不足，会导致料浆黏度过大，影响正常生产。

在一些实施例中，旋流处理采用的装置包括旋流器，所述旋流器的压力参数为0.15MPa-0.35MPa。

由工作原理可知当给料压力增加时，给料速度增大，处理量会大大提高，但是增加到一定值时，其他指标不会再变。但压力过大时，底流浓缩作用加大，溢流浓度减小，能量消耗增多，会导致水力旋流器磨损严重。若处理压力过小，给料压力较低，且给料速度较小，这就会导致处理量大为降低，对生产效率产生不利影响。

控制旋流处理的压力为0.15MPa-0.35MPa是因为当工作压力处于该范围时，旋流器处于最佳的工作状态，此时的沉砂呈伞状喷出，伞的中心保留有不大的空气吸入孔。空气在向上流动的同时带动内层矿浆由溢流管排出。此时旋流器用于浓缩时沉砂可取绳状排出，获得的沉砂浓度较高高。用于脱水时，可令沉砂以最大角度的伞状排出，这样的沉砂浓度最低，可获得含固体量最多的溢流。

S2.将所述底流部分进行压滤，得到底流滤饼；

S3.将所述底流滤饼和调整助剂进行混合，得到混合料；

在一些实施例中，调整助剂包括烧结法赤泥、铝土矿、硅藻土、叶腊石、氯化废渣和氧化铝有机物过滤渣中的至少一种。

在一些实施例中，调整助剂的粒度＞1mm。

控制粒度＞1mm的原因是该助剂粒度分布范围较广，且经过化学分析可知，该调整助剂不同粒度之间的成分差异较大。以1mm为界，该调整助剂1mm筛上成分较为接近，波动较小。通过控制粒度可以直接控制原料成分波动，使得原料成分始终满足生产需求。该粒度取值过小的不利影响是原料成分波动较大，对连续稳定生产产生不利影响。

在一些实施例中，底流滤饼中SiO₂和Al₂O₃的质量含量[SiO₂+Al₂O₃]和所述调整助剂中 CaO和MgO的质量含量[CaO+MgO]的关系满足：[SiO₂+Al₂O₃]/[CaO+MgO]＝1.3-1.9。

影响岩棉性能的因素很多,但是酸度系数作为一项重要指标会直接关乎到岩棉质量的好坏。该比值取值过大会提高熔制难度，需要更多的燃料，对设备和耐火材料要求较高。该比值过小的不利影响是会影响制品的稳定性。酸度系数越低，制品的耐水性能越差。如果制品的酸度系数过低，在长期使用之后，会受到网格结构中的水解作用，纤维断裂粉化，最后失去应有的强度，而下沉堆积。另外，酸度系数影响岩棉的热稳定性。酸度系数较低的保温板在温度很高的情况下会急剧收缩，严重影响其使用寿命。

酸度系数越大岩棉的耐水性越好，且热稳定性越高。酸度系数越低，熔制难度越低，能耗越小，对设备和耐火材料要求越小，经济效益明显。在产品性能与生产成本之间做好平衡是十分必要的，控制[SiO2+Al2O3]/[CaO+MgO]＝1.3-1.9的原因是在该酸度系数下，保温板制品的热稳定性处于较高的水平，使用寿命较长。熔制温度适中，对设备和耐火材料要求不高，且能耗较小。

S4.将所述混合料进行复合成型处理，后进行干燥、熔融和甩丝，得到无机纤维保温材料。

在一些实施例中，干燥后的混合料的水分重量含量＜4％-6％。

S5.熔融时，从炉底得到铁水，后将所述铁水冷却得到铁块。

在实际操作时，将拜耳法赤泥浆液加入分散助剂，控制一定参数进入旋流器得到底流部分，底流压滤得到底流滤饼，加入调整助剂，控制一定的工艺条件进行复合成型处理，再经过干燥、熔融、甩丝得到无机纤维保温材料，达到GB/T 19686-2015标准。在炉底分离铁水，得到铁块。

该方法低成本的实现赤泥在保温材料领域的大宗利用。既实现了赤泥的全面综合利用，降低了氧化铝生产成本，保护了全社会土资源。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种赤泥基保温材料，所述保温材料采用如上提供的赤泥基保温材料及其制备方法制得。

该保温材料含有一定数量的氧化钠、氧化钾，可以降低燃料用量，从而进一步生产成本。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的赤泥基保温材料及其制备方法进行详细说明。

实施例1

一种赤泥基保温材料的制备方法，方法包括：

首先将拜耳法赤泥浆液50L，按照1:0.001加入六偏磷酸钠，控制进料压力0.15Mpa，得到底流，压滤得到底流滤饼，控制底流赤泥与调整助剂的配料系数(SiO₂+Al₂O₃)/(CaO +MgO)＝1.3，成型后均过2mm筛，筛上型材进行干燥，控制水分4％，入炉熔融，甩丝得到无机纤维保温材料16kg，在炉底分离铁水，得到铁块1kg。

其中调整助剂由烧结法赤泥、铝土矿、硅藻土、叶腊石、氯化废渣、氧化铝有机物过滤渣共同组成。

实施例2

一种赤泥基保温材料的制备方法，方法包括：

首先将拜耳法赤泥浆液50L，按照1:0.002加入六偏磷酸钠，控制进料压力0.21Mpa，得到底流，压滤得到底流滤饼，控制底流赤泥与调整助剂的配料系数(SiO₂+Al₂O₃)/(CaO +MgO)＝1.6，成型后均过1mm筛，筛上型材进行干燥，控制水分5％，入炉熔融，甩丝得到无机纤维保温材料17kg，在炉底分离铁水，得到铁块0.9kg。

其中调整助剂由烧结法赤泥、铝土矿、硅藻土、氧化铝有机物过滤渣共同组成。

实施例3

一种赤泥基保温材料的制备方法，方法包括：

首先将拜耳法赤泥浆液50L，按照1:0.003加入六偏磷酸钠，控制进料压力0.32Mpa，得到底流，压滤得到底流滤饼，控制底流赤泥与调整助剂的配料系数(SiO₂+Al₂O₃)/(CaO +MgO)＝1.87，成型后均过3mm筛，筛上型材进行干燥，控制水分6％，入炉熔融，甩丝得到无机纤维保温材料18.2kg，在炉底分离铁水，得到铁块1.2kg。

其中调整助剂由烧结法赤泥、叶腊石、氯化废渣、氧化铝有机物过滤渣共同组成。

对比例1

首先将拜耳法赤泥浆液50L，按照1:0.002加入六偏磷酸钠，控制进料压力0.25Mpa，得到底流，压滤得到底流滤饼，控制底流赤泥与调整助剂的配料系数(SiO₂+Al₂O₃)/(CaO +MgO)＝1.2，成型后均过2mm筛，筛上型材进行干燥，控制水分6％，入炉熔融，甩丝得到无机纤维保温材料17.3kg，在炉底分离铁水，得到铁块1kg。

其中调整助剂由烧结法赤泥、铝土矿、硅藻土、叶腊石、氯化废渣、氧化铝有机物过滤渣共同组成。

对比例2

首先将拜耳法赤泥浆液50L，按照1:0.002加入六偏磷酸钠，控制进料压力0.30Mpa，得到底流，压滤得到底流滤饼，控制底流赤泥与调整助剂的配料系数(SiO₂+Al₂O₃)/(CaO +MgO)＝2.05，成型后均过2mm筛，筛上型材进行干燥，控制水分6％，入炉熔融，甩丝得到无机纤维保温材料17.8kg，在炉底分离铁水，得到铁块1.1kg。

其中调整助剂由烧结法赤泥、铝土矿、硅藻土、叶腊石、氯化废渣、氧化铝有机物过滤渣共同组成。

将实施例1-3和对比例1-2制得的保温材料进行测试，结果如下表所示。

	酸度系数Mk	性能
			实施例1	1.3	符合标准
实施例2	1.6	符合标准
			实施例3	1.89	符合标准
对比例1	1.2	热稳定性较差
			对比例2	2.05	熔制温度提高

由上表可得，采用本发明实施例提供的方法制备的保温材料达到岩棉保温材料的酸度系数Mk和性能，可见本法能够很好的实现赤泥资源化利用，通过对比例和实施例的比较可得，当某项参数不在本申请提供的范围内时，会出现制品热稳定性较差或者能耗较高等缺点。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本发明实施例提供的方法利用拜耳法赤泥底流部分的高硅、高铁、低碱的元素分布特征，通过调整，制备岩棉保温材料，降低生产成本；

(2)本发明实施例提供的方法通过调整剂的加入，达到岩棉保温材料的酸度系数Mk 和性能，很好实现赤泥资源化利用；

(3)本发明实施例提供的方法利用生产赤泥基保温材料含有一定数量的氧化铁，可以回收利用保温材料的氧化铁，进一步降低生产成本；

(4)本发明实施例提供的方法生产的赤泥基保温材料含有一定数量的氧化钠、氧化钾，可以降低燃料用量，从而进一步生产成本；

(5)本发明实施例提供的方法通过拜耳法赤泥制备保温材料，代替了玄武岩、硅石粉等原料，节省了大量优质资源。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种赤泥基保温材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

将赤泥浆料和分散助剂进行混合，后进行旋流处理，得到底流部分；

将所述底流部分进行压滤，得到底流滤饼；

将所述底流滤饼和调整助剂进行混合，得到混合料；

将所述混合料进行复合成型处理，后进行干燥、熔融和甩丝，得到无机纤维保温材料；

所述分散助剂包括六偏磷酸钠；

所述赤泥浆料和所述分散助剂的重量比为1：0.001-0.003；

所述旋流处理采用的装置包括旋流器，所述旋流器的压力参数为0.15MPa-0.35MPa；

所述调整助剂包括烧结法赤泥、铝土矿、硅藻土、叶腊石、氯化废渣和氧化铝有机物过滤渣中的至少一种；

所述调整助剂的粒度＞1mm；

所述底流滤饼中SiO₂和Al₂O₃的质量含量[SiO₂+Al₂O₃]和所述调整助剂中CaO和MgO的质量含量[CaO+MgO]的关系满足：[SiO₂+Al₂O₃]/[CaO+MgO]＝1.3-1.9。

2.根据权利要求1所述的赤泥基保温材料的制备方法，其特征在于，所述干燥后的混合料的水分重量含量为4％-6％。

3.根据权利要求1所述的赤泥基保温材料的制备方法，其特征在于，所述熔融时，从炉底得到铁水，后将所述铁水冷却得到铁块。

4.一种赤泥基保温材料，其特征在于，所述保温材料采用权利要求1至3中任意一项所述的赤泥基保温材料的制备方法制得。