矾土废料由于碱度高被国际标准确定为污染性废弃物，因此，常对其进行工业处理和安全掩埋以避免对地下水造成污染。每年铝厂都会产生大量的矾土废料（生产1 t氧化铝就会产生1 t以上的矾土废料），为了维持铝工业的可持续发展，找出这些矾土废料有效利用的途径势在必行。巴西的研究人员利用矾土废料的碱度且在一定量的水存在的条件下通过聚合反应对矾土废料进行处理，以期将其制备成高附加值的耐火制品。
    将含水量为40%的块状矾土废料经130 ℃烘干后，研磨成细粉备用。将矾土废料细粉（w(Al2O3)=24%、w(Fe2O3)=23%、w(SiO2)=17%、w(Na2O)=11%）分别和适量SiO2微粉（971U）、偏高岭土、Ca(OH)2和KOH（分析纯）混合，使其SiO2/Al2O3比值为3.8，Al2O3/M2O比值为1.0（其中M2O为碱金属氧化物K2O和Na2O的总含量）。聚合后具体组成见表1。配料、混合均匀后振动浇注到φ30 mm×35 mm的圆柱模具中，用塑料薄膜对其进行密封，室温下保持3天。然后脱模，将试样在50 ℃、相对湿度为100%的恒温恒湿箱内存放5天后，在50 ℃烘干24 h。选取试样分别在200、400、600和800 ℃进行热处理（升温速率为3 ℃•min-1，均保温2 h）。测量试样的尺寸变化、显气孔率、耐压强度。浸出试验：共循环进行90次（每次20 min），采用蒸馏水作为浸出介质，温度为20 ℃，测量不同时间段浸出液的pH值和电导率。
表1 聚合物泥浆组成分析（w）/%
成分 矾土废料 M2O Fe2O3 Ca(OH)2 H2O
G-1 72.3 11.3 17.2 - 35.2
G-1/Ca 67.9 10.6 16.2 6 35.2
G-2 54.1 13.7 13.3 - 35.2
G-2/Ca 50.8 12.9 12.5 6 35.2
G-3 49.9 14.2 12.4 - 35.2
G-3/Ca 46.9 13.3 11.6 6 35.2
G-4 43.2 15.0 10.9 - 35.2
G-4/Ca 40.6 14.1 10.3 6 35.2
    研究结果显示：（1）保持加水量不变，当矾土废料的加入量增加时，料浆的流动性明显减弱；加入6%的Ca(OH)2后，料浆的流动性降低的幅度更大，这主要是因为生成了硅酸钙水合凝胶（CSH）。对于大多数加入Ca(OH)2的试样，随偏高岭土加入量的增加，其在模具中干燥时获取强度的速度较快，其凝固时间均小于24 h。G-1试样中偏高岭土含量最低，没有充分凝固，脱模时产生变形，因此，在进一步的热处理过程中，未采用此配方。（2）热处理后，加有Ca(OH)2的试样表面看起来更均匀；热处理温度≤600 ℃时，加有Ca(OH)2的试样线收缩率较小，而且试样中矾土废料含量越高的试样线收缩率越小；当热处理温度达到800 ℃时，添加Ca(OH)2的试样线收缩率大幅增大（其中矾土废料含量较高的试样线收缩增幅更大），均大于未添加Ca(OH)2的试样。热处理温度≤600 ℃时，添加与未添加Ca(OH)2的试样显气孔率随温度的变化情况相似。虽然800 ℃热处理后，试样的线变化收缩较大，但试样此时仍具有最高的常温耐压强度。添加Ca(OH)2的试样，随偏高岭土加入量的增加，试样的常温耐压强度先降低后增大，最大约为18 MPa；未加Ca(OH)2且偏高岭土含量较高的试样常温耐压强度较大，最大值约为29 MPa，可见，加入Ca(OH)2对试样的常温耐压有负面影响。根据巴西标准NBR-6460可知，具有此耐压强度范围的耐火制品完全可以代替普通黏土砖和低温耐火砖使用。（3）600 ℃热处理后的新开发砖浸出液的pH值很高，电导率很大；800 ℃热处理后的新开发砖浸出液的pH值大幅降低，但和普通黏土砖（pH值约为8.0）相比仍较高（约为10.5），加入Ca(OH)2对砖浸出液的pH值影响不大，其电导率亦大幅降低，与黏土砖的非常接近。
    总之，采用较高含量矾土废料（其含量＞40%）通过聚合反应制备高附加值制品是可行的，这为矾土废料在建筑和低温耐火材料领域的应用奠定了基础，同时也可以解决矾土废料废物处理的问题。
（编译自《UNITECR2009论文集》）