铝厂赤泥陶粒的制造及应用

赤泥是氧化铝生产排放的工业废渣。我国2000年氧化铝产量为428096万吨，排放赤泥约490万吨，从1954年建成第一个氧化铝生产厂至今累计排放赤泥已超过5000万吨，绝大部分是采用筑坝堆放方式处理，而得到利用的为数甚少，只有烧结法赤泥用作生产水泥的原料，每年利用约50万吨，占全国排放量的10%。由于赤泥堆积占用农田，并耗费较多的堆场建设和维护管理费用，且含碱废液污染地表、地下水源，造成自然生态环境严重破坏，也制约着氧化铝生产的发展。王平升以山东铝厂赤泥为主要原料制备水处理用多孔陶粒滤料，一方面利用了工业废渣，另一方面获得了环保水处理滤料，具有综合的经济效益和环境效益。

赤泥陶粒的结构材料

(1)烧结法赤泥和硅石粉；烧结法赤泥是氧化铝生产排放的工业废渣，其化学成分见表。

山东铝厂烧结法赤泥化学成分
成分	SO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	LiO
质量分数/%	18.10	7.02	13.69	42.21	2.06	0.24	2.38	2.10	12.20

将赤泥的化学成分与我国烧制陶粒的黏土成分的要求对比分析可知，赤泥中SiO2的含量相对较低，CaO的含量相对较高，碱性太强，为了增加硅含量，在烧制赤泥陶粒的原料混合物中加入硅石粉。硅石粉的化学成分见表。

硅石粉的化学成分
成分	SO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O	TiO2	LiO
质量分数/%	93.42	1.44	0.83	1.02	0.07	0	0	0.47	2.75

(2)添加剂；为了降低陶粒的烧结温度，增加陶粒的孔隙率，在原料混合料中加入少量添加剂。
制备赤泥陶粒一方面要使赤泥得到较好的综合利用，另一方面要使赤泥陶粒具有良好的水处理性能，因此在原料配比上要尽可能多地利用赤泥，王平升采用赤泥质故量数为45%-95%的不同配比原料进行试验来制备赤泥陶粒滤料。

赤泥陶粒的制备

赤泥陶粒的制备和其他陶粒滤料的制备过程一样，也需经配料造粒和烧制成形两个阶段。
(1)配料造粒；以赤泥和硅石粉为主要原料，添加特制的调节剂，混配均匀后，制得陶拉滤料生料。
(2)烧制成形；将生料成形、高温烧结，剧备成赤泥陶粒滤料。在整个赤泥陶粒制备工艺中。烧结过程最为关键。烧结工艺包括3个阶段：热处理阶段、无水阶段、高温烧结阶段。
①热处理阶段。将混配好的混合物料加水搅拌均匀，造粒获得直径约为0.8cm的球状。制备成球状的生陶粒放进烘箱，在100℃恒温下供干1h，使陶粒的水蒸发出来，烘干的陶粒具有一定的初始强度，该过程被称为热处理阶段。
②无水阶段。将烘好的生陶粒铺设在陶瓷板上，放进马弗炉里焙烧。以12℃/min的升温速率将炉温升至500℃ ，保温30min，以保证陶粒里的结晶水完全挥发，该过程被称为无水过程。
③高温烧结阶段。以3℃/min的升温速率将炉温升至烧结温度，当温度达到烧结温度后，保温10min，该过程被称为高温烧结阶段，然后将炉子关闭，让陶粒在马弗炉中随炉冷却。

赤泥陶粒的特点

赤泥陶粒滤料具有质轻、表面粗糙、比表面积大、孔隙率高、生物挂膜容易、外表坚硬、强度高、耐冲洗、滤速高、压头损失小、不堵塞等特点，因此赤泥陶粒在水处理方面有着广泛的应用前景。
赤泥陶粒滤料最显著的特征是孔多，这主要是因为当炉子的温度升到烧结温度后，保温10-15min，然后让陶粒在炉子里自然冷却。在自然冷却的过程中，陶粒中的有机物分解释放的挥发物通过陶粒的表面扩散出来，这样就形成了陶粒表面的多孔结构。这一冷却过程跟建筑陶粒制备过程中的冷却过程截然不同，建筑陶粒的冷却过程为强制冷却，不是自然冷却。强制冷却的陶粒表面就会马上形成致密的凝固组织，硬度会更大，而内部有机物分解释放的挥发物封闭在陶粒内部，形成外表致密、内部多孔的轻质建筑陶粒。

赤泥陶粒在水处理方面的应用研究

王平升采用赤泥陶粒滤料对某钢铁厂热轧车间含油废水(浓度约为20mg/L)进行处理。采用一直径为4cm、高25cm的自制玻璃过滤柱，废水的停留时间为12min。水路中串联一个流量计来控制含油废水的流速，在过滤柱的两端设置了取样口，用重量法测量进出口油的浓度，起始0.5h后取一次样。再每间隔1h取一次样。结果表明：随着含油废水处理时间的延长，除油效果逐渐下降。
试验结果表明，赤泥陶粒滤料除油效果的好坏主要取决于初始除油速率和吸附速率常数。在一定的除油工艺参数下，初始除油速率取决于陶粒表面的孔隙率和比表面积，比表面积越大，初始除油效果越好。吸附速率常数取决于陶粒表面的微孔结构、电荷状态以及废水的温度等。

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