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本发明描述了一种方法和产品，由此含有铝土尾矿的废弃物流进行处理以中和存在的碱性材料，并且得到的材料掺入，例如建筑或者其它材料中以提供增强的性能。

1.  一种含有铝土尾矿废弃物流的处理方法，以基本上中和其中含有的占主要比例的碱性化合物，包括：
将所述铝土尾矿粉碎成大体上均一的粉料；
搅拌所述粉料同时加入足够水以形成大体上自由流动的浆料；
向浆料中加入足够的酸将所述碱性化合物中和到pH值为约5.5到6.0，以形成水和所述酸的盐的水溶液；及
从剩余不溶浆料中分离所述盐水溶液。

2.  权利要求1的方法，其中所述均匀粉料足够精细能够大体上通过16目筛子。

3.  权利要求1的方法，其中所述碱性化合物为氢氧化钠。

4.  权利要求1的方法，其中所述酸为无机酸。

5.  权利要求4的方法，其中所述无机酸为硫酸。

6.  权利要求1的方法，其中来自处理的含有废弃物流铝土尾矿的所述不溶性浆料进一步处理形成建筑材料组件。

7.  权利要求1的方法，其中在从其中去除水分后，至少部分所述盐残留在所述不溶浆料中。

8.  权利要求6的方法，其中所述建筑材料是粘性的。

9.  权利要求8的方法，其中所述粘性建筑材料为砖块。

10.  一种结构建筑材料，包含固化成形的组分，所述的组分含有粘性材料，聚集体和多达约30％体积粉料铝土尾矿，所述铝土尾矿已经用足量的无机酸水溶液处理基本上中和了在所述尾矿中存在的碱性化合物。

11.  权利要求10的建筑材料，其中所述成形组件为砖块。

12.  权利要求10的建筑材料，其中所述无机酸为硫酸。

13.  权利要求10的建筑材料，其中所述碱性化合物为氢氧化钠。

14.  权利要求10的结构建筑材料，其中所述聚集体为相对于粘性材料重量约5到50％含有硅酸盐的组分。

15.  权利要求10的结构建筑材料，其中所述粘性材料为水泥。

16.  一种处理铝土尾矿的方法，包括：
将所述铝土尾矿粉碎成大体上均匀的粉料；
搅拌所述粉料同时加入足够的水形成大体上自由流动的浆料；及
向浆料中加入足够的酸将其中存在的碱值大体上中和以形成水和所述值的盐。

17.  权利要求16的方法，其中还包括从剩余不溶浆料中分离所述盐。

18.  权利要求17的方法，其中所述不溶性浆料和粘性材料结合，压缩并固化形成砖块。

19.  权利要求16的方法，其中所述碱值为碱金属氢氧化物，所述酸为无机酸。

20.  权利要求16的方法，其中所述中和到pH约5.5到6。

含有处理铝土尾矿的建筑和其它材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种方法用于处理含有铝土尾矿的废弃物流以中和其中诸如氢氧化钠的碱金属氢氧化物，从而获得可被加入到建筑或者其它诸如砖块材料的产品中提高它们的性能。本发明进一步涉及含有根据本发明方法处理的尾矿材料性能增强的建筑材料。
背景技术
从铝土矿生产氧化铝的拜耳法产生大量“红泥”或者尾矿，它们不仅是环境污染源，还是有潜在使用价值矿物源的废料。因此，如果具有能够高效利用这些尾矿作为有用工业产品的方法将非常有利。
授予给Iwu的美国专利3,985,567描述了将处理的铝土尾矿和粘土混合并在炉中加热获得砖产品的方法。
授予给Lokatos等人的美国专利4,133,866描述了从红泥残余物中分离结合钠的方法，其中使用硫酸铁提取所含有的钠。
授予给Jaques等人的美国专利5,554,352描述了处理原始的铝土矿以生产在混凝土产品中使用的火山灰。
本发明的公开
本发明提供了处理含有铝土尾矿废弃物流使它们适合掺入诸如砖块有用建筑材料中的方法，所述砖块由混凝土材料形成。本发明进一步提供了改良的建筑材料，其中已经用无机酸处理中和碱金属氢氧化物的铝土尾矿可以和粘性材料结合并固化以提供一种优良的建筑材料。在和粘合或者其它材料结合之前，去除由中和形成的水和所有或者部分碱金属盐。
实施本发明的最佳方案和工业实用性
首先，根据本发明，铝土尾矿被细碎为可通过1/16”或者更小筛子的均匀粉料，然后将水加入到尾矿中。加入水同时剧烈搅拌混合物。加入足够的水使得浆料能够自由均一的流动。需要的稠度和粘度大约等同于非凝胶状房屋涂料。一旦达到了这种稠度，在搅拌过程中向浆料中加入足够量的酸，(即，尾矿中每摩尔钠1摩尔重量的氢)，从其羟基离子中汽提钠原子。因此，酸中的氢原子和苛性钠(氢氧化钠)中的钠原子置换形成水。钠离子占据了氢原子留下的空位形成盐副产品。最初使用的无机酸决定所形成的特定的盐，例如硫酸形成硫酸钠，盐酸形成氯化钠。这些盐在溶液中，或者通过离心或者通过“熟化”或者其它任何合适的方法分离浆料。然后通过蒸馏或者其它方法从水中分离盐，这样水可被回收以继续该过程，盐以工业用化学制品销售。
应该指出在将酸加入到稍微呈碱性浆料中时可能并将发生二级和三级反应。由于这个原因优选浆料精细到在室温环境下可以应用，并且加入酸的时刻，精细的浆料处于剧烈搅拌状态，其目的就是减少反应时间或者减少酸和目标化合物(氢氧化钠)“接触的时间”。一些锂，镁和铝以及其它元素不可避免的也可在该过程中被引入，但在这些环境下不足以抑制目标产品，即将氢氧化钠从铝土尾矿中去除使得尾矿稳定化并随后掺入普通建筑材料的基体中。
一旦浆料从盐溶液中分离，其很容易被用作诸如铺路用砖的普通建筑材料中的组分。通过例举的方法，聚集体中单个组分的比例和用作普通铺路用砖一样，不同之处在于用“稳定化铝土尾矿”代替任一通常使用的200目精细物料。如果没有使用它们(200目精细物料)，那么向混合物中以大约20％的体积比加入“稳定化的铝土尾矿”。在这种情况下，形成成品的最佳方式，目前就是在形成预混合聚集体的过程中利用水力压缩及同时进行震动压缩的工业标准方法。
制造混凝土砖块的设备至少具有一个具有成品面的可见表面。砖块可以通过向模中添加混凝土混合物制造，震动模并利用下降式柱塞压紧填满模中的混凝土。模的至少一个内表面具有用于形成砖块立体花纹的带立体花纹表面。混合物压紧后，将模的可移动侧壁横向移动与砖块离开一定距离，所述的距离足以当提起模时，模壁的带立体花纹表面脱离开砖块的带立体花纹表面。在制造铺路用砖的情况下，通过柱塞形成成品面。柱塞保持在模提起的位置，然后提起柱塞产生成形砖块。
一旦成形，砖块优选保存在过饱和湿度的环境中，在固化的最初168个小时内不允许砖块自身“干燥”。通过将成品砖块置于具有起雾装置的密闭体内保持水份水平，所述起雾装置在固化过程中以等间隔提供饱和湿度。当尾矿不超过30％时可以获得优良性能/使用特性。
进一步注意地是，如果在混合物中含足够量的氧化铁，向混合物中加入引起美感的颜料，色调和赤土色非常类似。另外，通过加入酸性浆料引起的聚集体pH变化，显著改变了混合物中可利用水的“湿化”能力。这样固化时产生混凝土的均匀晶体结构。
通过使用硫酸作为初级试剂，并且不去除中和反应发生时形成的盐，除了通过从浆料中分离多余水而除去水以外，剩余硫酸钠作为催化剂用于形成表征粘性基体内部结晶结构的碳质晶体。
本发明的方法通过如下步骤进行举例说明：一份铝土尾矿悬浮在三份水中，尾矿中每摩尔钠利用1摩尔硫酸溶液对混合物进行滴定，直到混合物的pH达到5.5-6.0。为了成功进行所述滴定，应该对混合物持续搅拌使得混合物颗粒保持在悬浮物中。一旦混合物达到需要的pH值5.5-6.0，就结束该过程。然后混合物放置沉降，通过滗析和/或过滤从悬浮液中分离滤液。残余物不需要清洗。上清液流体的蒸发将产生硫酸盐，一旦进行精制，其可以作为工业用化学制品销售或者进行电解和循环到该过程中。
作为尾矿所述制备过程和随后掺入到粘性介质的副产品，成形产品抗风化性提高，换言之，高于不包括铝土尾矿和包括铝土尾矿混凝土产品的抗风化性水平。
根据本发明，当硫酸为选择的无机酸时，钠从尾矿中选择性提取进入溶液中，作为没有被铁，钛，硅或者铝硫酸盐污染的硫酸钠。所述不含氢氧化钠的残余物红泥现在可以用于生产建筑材料。从前，铝土尾矿中纯碱的相对高含量使得所述残余物红泥不能作为建筑材料的组分。
实施例1
30％的处理红泥加入到粘合聚集体中，仅仅使用卜特兰水泥作为粘合剂，形成混凝土铺路转，并固化成满足建筑工业和消费者美学和结构需要的尺寸。产生的砖块具有如下特征：
a.压缩强度2,750p.s.i
b.吸水率：13.5％
实施例2
30％的处理红泥加入到粘合聚集体中，并用细碎的硅酸盐尾矿代替30％体积的卜特兰水泥组分，形成混凝土铺路转，并固化成为满足建筑工业和消费者美学和结构需要的任一尺寸。产生的砖块具有如下的增强特性：
c.压缩强度3,000p.s.i
d.吸水率：低于13.5％
成形砖块的一面和来自砖窑的“对照”耐火砖在环境温度下置于6800°F高负荷氧/乙炔“玫瑰花蕾”(用于表达加热宽区域加工件的大的火头)的热度。结果如下：直接暴露于火焰下15分钟后，本发明的砖块没有改变。相同处理5分钟后，对照砖块的一面被打光并开始熔化随后流成液体。
拜耳反应的普通废物副产品为富含硅酸盐的成分通常称为“沙子”或者“黑沙”。拜耳过程的“消化”阶段之前，较粗糙的粒子(盐或者更大颗粒大小)通常从过程流中分离出来。
这个组分通常单独或者和废物浆料的悬浮液一起弃去。这个材料也可用作对于成形产品的生产并不重要的添加剂。
这些自然存在的硅酸盐显著提高了本发明产品的很多固化和物理特征。如果这些硅酸盐存在于/在任一特定尾矿位点，它们可被分离(如果还没有分离的话)并粉碎成精制粉料的稠度，并添加到卜特兰水泥中作为增强剂提高终产品的强度和耐久性。当添加到卜特兰水泥的比例为30％体积的硅酸盐比70％的水泥时获得最佳效果，但是改良的产品特征可能正好来源于从大约5到50百分比中任一硅酸盐的比例。“改良的”卜特兰水泥组分连同本发明中加入了水形成混合物的“稳定化红泥”一起加入到标准聚集体混合物中，进行振荡并压缩到其成品形状，并在冷水饱和环境下至少固化7天。大约28天达到最大压缩强度。
本发明的过程为稳定化铝土进行了一个“冷处理”，并且由此生成了更广谱的成品。屋顶瓦，排水装置用瓷砖，地面瓷砖，铺路砖，铺面瓷砖，煤渣砌块，拥壁组件，铁路栅栏，音障，私家墙，喷射冲击偏转障碍，安全墙等基本上可以由混凝土制成的任何东西，也可由混凝土和向其中添加稳定化尾矿制成。
本发明的应用和实施并不限于混凝土的使用。本发明的“稳定化尾矿”可被用作过滤介质，表层土添加物，垃圾堆覆盖物，塑料中的UV屏蔽，印染用颜料，塑料，陶瓷和用于地表水水文分析的非污染标记物。
车道或者庭院可以用它衬里(廉价并耐用)或者可以用它制造烤肉架(它也是耐火砖)。路旁涵洞可以用它衬里或者河的护堤(因为其良好的抗风化性)或者生铁炼炉也可用它衬里。而且，通过向标准卜特兰水泥中加入本发明稳定化尾矿可被用作廉价耐用的灰泥放置耐火砖。
本领域技术人员应该明白，在本发明的生产过程和产品中可以进行多种改良和变化而不离开其精神和范围。因此，本发明的目的包括的所提供修改和变化在后面权利要求和等同物范围内。