赤泥的来源

赤泥是铝土矿经拜耳法或烧结法提取氧化铝后的高碱性残渣。因为它含有氧化铁，看起来像红粘土，所以被称为赤泥。随着铝工业的快速发展，赤泥排放已成为世界性难题。根据铝土矿的特性和工艺条件，每生产一吨氧化铝，产生约0.6 ~ 2.5吨赤泥。到2015年，全球赤泥累计预测约40亿吨，成为氧化铝生产第一大国。中国的累计储存量约为4亿吨。目前，世界上赤泥的综合利用率约为15%，而我国仅为5%。赤泥的处理方法有很多，主要是堆存，不仅占用土地，而且对土壤和水资源造成严重污染。因此，赤泥的有效利用和无害化处理一直备受关注。

赤泥的化学成分

根据氧化铝生产工艺的不同，赤泥主要分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥。赤泥中的主要化学成分相似，主要是二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、三氧化二铁、二氧化钛、Na2O、K2O和氧化镁，但各组分的含量不同。

不同厂家生产的赤泥成分相似，二氧化硅、氧化铝、氧化钙含量均在60%以上，氧化铝含量在10%左右。不同厂家生产的拜耳法赤泥成分复杂，变化大。二氧化硅、三氧化二铝和氧化钙的含量小于50%，大多数赤泥中Fe2O3的含量约为30%。

赤泥的矿物组成

拜耳法赤泥成分复杂，以赤铁矿为主要矿物，并含有少量钛矿物、勃姆石、二氧化硅和水合铝硅酸钠。这些矿物质基本上没有水合活性。拜耳赤泥不煅烧，铝直接用烧碱浸出。剩余的含硅铝矿物结构不被破坏，不会溶解在碱性激发剂中。硅和铝的溶解速率低，活性低。

烧结法赤泥的主要矿物为石榴石和钙矾石，少量钛矿物、坡缕石和无定形硅铝酸盐水合物。大量石榴石和钙矾石主要作为骨架支撑，无定形硅铝酸盐水合物起胶结和填充作用。其中钛矿物呈惰性，可提高结构稳定性。烧结法生产的赤泥经过高温煅烧，硅、铝、钙离子容易溶解，形成高活性的CaO-Al2O3-SiO2三元体系。

烧结法赤泥活性较好，拜耳法赤泥活性较差。但目前90%以上的铝业公司采用拜耳法生产氧化铝，拜耳法赤泥更难处理。因此，拜耳赤泥的活化处理和资源化成为亟待解决的技术问题。

赤泥基碱激发

碱活性材料是以铝、硅、钙质矿物或废弃物为原料，碱金属或碱土金属盐为激发剂，经过溶解-再聚合过程而发展起来的绿色低碳胶凝材料。近年来，一些学者扩大了激发剂的选择，包括水玻璃、苛性碱等碱性激发剂，磷酸等酸性激发剂，硫酸盐、氟化物等盐类激发剂，促进了碱激发材料的发展。赤泥中含有大量的铝、硅和钙，可以作为碱激发原料，与其他辅助材料结合制备赤泥基碱激发胶凝材料。

制备技术

首先，将未扰动的赤泥进行干燥、研磨和筛分，通过机械研磨和高温煅烧将赤泥活化，得到高活性的赤泥粉体。根据需要，添加硅铝材料、添加剂、纤维等外加剂来改善胶凝材料的性能。选择合适的激发剂类型和用量，以及最佳水胶比。最后是成型和固化过程。

激发机制

在活化剂的作用下，赤泥中的矿物硅氧键和铝氧键被破坏，硅铝单体溶解；然后单体聚合成低聚物形成凝胶，最后硅铝结构聚合形成高分子硅铝聚合凝胶。如果赤泥含钙量高，如烧结赤泥，钙离子会被溶解，最终形成C-S-H和C-A-S-H凝胶；拜耳法赤泥含钙量少，会产生N-A-S-H凝胶。下图为华中科技大学叶楠博士通过碱热活化拜耳赤泥，加入硅灰和水后水化形成胶凝材料的过程。加入氢氧化钠，赤泥被碱活化，矿物结构被破坏，硅氧四面体和硅氧四面体被分解。部分三价铁离子取代铝离子形成铁氧混合物；加入水和硅粉后，硅铝单体在碱性环境下生成低聚物；二氧化硅单体从硅灰中溶解出来，最终形成稳定的N-A-S-H凝胶，其中包裹着游离的钠离子。

摘要

在目前的赤泥激发过程中，烧结赤泥由于活性较高，更容易被激发，热活化和硅酸钠激发效果显著。拜耳赤泥激发制备的胶凝材料抗压强度低，对拜耳赤泥激发的研究远远不够。

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