自19世纪90年代开始使用拜耳工艺大规模生产氧化铝以来,行业一直寻求可持续的铝土矿残渣应用方式。 尽管多年来投入了大量的工作和无数次的研究,利用率在过去一直很低。 然而,行业,大学和企业家们最近的努力和举措,大大提高了利用率。

据估计,每年有250〜500万吨的铝土矿残渣作为物料投入,用于水泥生产,道路施工,耐火材料,土壤改良,堤坝施工和填埋覆盖物。

应用大致分为五类:

  • 因为其化学组成,成为其他产品制造中的主要组成部分,例如 其中包含的铁和铝,用于水泥(熟料生产);
  • 用作建筑物组件或建筑材料,例如。 道路施工
  • 用于改善属性,例如 土壤改良,或改善填埋封顶的低渗透性和吸磷特性;
  • 回收现有元素,例如 铁,铝,钛,镧系元素,钪,钇和镓;
  • 以某种方式改变现存化合物,从而将铝土矿残渣转化成有用材料。 例如酸性矿井排水和重金属吸收。

氧化铝厂工艺的变化,诸如提高苏打的回收率,和增加压滤机的使用,使得固体残余物的生成比例普遍提高,并产生了更多的良性有用材料。 不断强化发展的努力以及公共企事业单位和政府的态度,为铝土矿残渣利用的开发和实施提供了一个前所未有的振奋人心的环境。

硅酸盐水泥

在硅酸盐水泥中使用铝土矿残余物已经历了80余年的探索,有一部分技术研究获得了可喜的成果,并成功实现了几个大规模的商业运作。 铝土矿残渣中的铁和铝为硅酸盐水泥的低成本生产提供了宝贵的补充素材。

预计每年在熟料生产中使用的铝土矿残渣为100到150万吨。 目前在熟料生产中采用铝土矿残渣的水泥厂位于中国,乌克兰,印度,俄罗斯,格鲁吉亚,摩尔多瓦和希腊。

已工业化使用铝土矿残渣的水泥厂证据表明,铝土矿残渣用于水泥熟料生产的效果令人满意。铝土矿残渣使用率通常为3%至5%。 从工业经验来看,关键方面有:

  • 相对较低的含水量——一些工厂已经使用了含水量大约为30%的铝土矿残渣,这一含水量在许多氧化铝厂可以很容易地实现
  • 较低的钠含量—— Na2O含量低于2.5%已被证明是令人满意的,但这还取决于其他原料组成
  • 适当的氧化铝与氧化铁的比例——一项研究表明,原料混合物中氧化铁与氧化铝的比例为0.8:1.2为最佳,尽管有些工厂使用铝土矿残余物来调整铁或氧化铝的含量
  • 水泥厂的合理距离——1,200公里以内是广泛接受的地理距离

补充胶结材料

铝土矿残渣最常见是作为补充胶结材料应用于水泥材料中。 许多单位就铝土矿残渣作为混合水泥填料的可行性进行了大量的探索和实验工作。有时针对其火山灰活性,同时通过其他机理,如优化填充密度或流变特性,来提高混合水泥的机械性能。 在某些情况下,铝土矿残渣通过煅烧和/或部分中和以改善其性能。

一些研究表明,铝土矿残渣可以成功替代混合水泥中比重为10-20%的熟料,而其他工作已显示替代率可达重量百分比的25-30%。 这将对二氧化碳排放产生重大影响。

硫酸铝钙等特殊水泥

相较硅酸盐水泥,在特殊水泥如硅酸铝钙水泥中使用铝土矿残渣的研究时间较短。尽管取得了一些研究成果,距离工业化应用还有一段距离。在生产过程中,这些贝利特水泥比硅酸盐水泥产生的二氧化碳少,是一个环保的选择。此外,这些水泥具有高初凝性,高极限强度和良好的体积安定性。快速的初凝源于钙矾石的形成。硫酸铝钙类水泥氧化铝含量要求较高,经常用硅酸盐水泥和铝土矿作为氧化铝的源料,从而导致原材料成本明显较高。使用铝土矿残渣则为降低成本差异提供了机会。与硅酸盐水泥相比,印度Renukoot采用高达40%的铝土矿残渣,以及铝土矿和石膏, 生产出了富含铁矿石的特殊固结水泥。

氧化铝厂的施工建设

铝土矿残渣脱水,压实并与适当的粘合剂混合后,成为一种良好的道路建筑材料,多年来广泛用于建造铝土矿残渣地区的运输道路。 脱水压实过程中,铝土矿残渣良好的渗透性对于堤坝和堤墙的施工是有利的,因此成为铝土矿残渣存贮区的建材。 该材料有时与其他废料,例如 粉煤灰,混合,然后覆盖以粘土,以减少水的渗入,同时能促进植被生长。 这种做法在全世界得到广泛采用。

砖块生产

砖块生产中粘土、页岩、沙粒和粉煤灰的混合物获得了不同团队的评估,已使用来自牙买加,撒丁岛,匈牙利和韩国的铝土矿残渣。烧制温度大约为1000℃时,制成砖块内的铝土矿残渣含量超过90%。

土壤改良

西澳大利亚的多项工作表明,在酸性和沙质土壤中添加铝土矿残渣在许多方面是有益的。 将铝土矿渣与5%的石膏一起加入砂土,能改善土壤保水性和营养利用能力。 发现表明,这些添加物能很好的保留铵和磷,从而减少肥料的使用。

堆填材料

铝土矿残渣脱水后的不渗透性,使其也被用作填埋场的覆盖物,尤其是在城市区域内;马赛地区这一应用十分广泛,使用来自Gardanne的Bauxaline®。 在Gardanne地区的某个填满场,废弃的甲烷气体在Bauxaline®覆盖层下被收集。 路易斯安那州有类似的做法,将pH降低的铝土矿残渣与粘土混合。