赤泥的综合利用

赤泥的综合利用赤泥，亦称红泥,从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。一般含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，因而得名。但有的因含氧化铁较少而呈棕色，甚至灰白色。采用拜尔法炼铝，所产生的赤泥称拜尔法赤泥;用烧结法或用烧结法和拜尔法联合炼铝，所产生的赤泥分别称为烧结法赤泥或联合法赤泥。一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。赤泥概述其中含有Al2O3、Na2O、SiO2、CaO、Fe2O3、TiO2等,赤泥附液中含有Al2O3、Na2Oc、Na2Ok、SiO2、CO2、NaCl、H2O等,pH值较高(大于12.5),是具有腐蚀性的废物。赤泥的影响每t赤泥中含有3~4m3的含碱废液(pH12.5)，长期的堆积，碱液向地下渗透，碱化土地，污染地下水。晒干后的赤泥，容易形成粉尘，造成大气和生态的污染。人们长期摄取其中的有害物质，必然会影响身体健康。赤泥的主要污染物为碱、氟化物、钠及铝等，其含量较高，超过了国家规定的排放标准。由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25～11.50(原土为12以上)，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH值升高，以致超出国家规定的相应标准，同时由于pH值的高低常常影响水中化合物的毒性，因此还会造成更为严重的水污染。匈牙利“红泥流”事件2010年10月4日，大量有毒红泥从匈牙利一家铝厂废水池涌向附近三个村庄，造成10人死亡，百人受伤，受伤者几乎70%的皮肤被烧伤。此碱性、有毒红泥覆盖大约40平方公里土地面积，对生态环境和经济造成了不可估量的损失。泄漏的红泥是生产氧化铝时产生的副产品，对身体有害，含强碱性有毒金属铅及其他物质。与皮肤接触可能致命，因此需用足够多的水把它洗净。为祸匈牙利的尾矿库隐患，在中国亦魅影重重，权威资料显示，全国仍有危、险、病库两千余座，这些尾矿库普遍存在浸润线过高、调洪库容不够、坝体裂缝现象严重、坝体安全观测设施不健全等重大安全与环保隐患。中国作为世界第4大氧化铝生产国，大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。全世界每年产生的赤泥约8000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。有专家估计，目前我国赤泥的综合利用率仅为4%，远低于世界平均水平（15%）。赤泥累积堆存量约2亿吨，而到2015年，累计堆存量将达3.5亿吨。赤泥的综合利用赤泥的综合利用是一个十分重要和迫切需解决的问题。国内外近年来进行了大量的试验研究。提出了许多综合利用赤泥的方案,但除少数应用于生产外,大多数仍处于试验阶段。赤泥的主要应用一、污水处理以赤泥为原料，经水洗、酸洗、焙烧活化等，可制备出性能良好的水处理剂，它既可吸附废水中Cs、Sr、U、Th等放射性物质，As3+、Cd2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、pb2+等重金属离子，PO43-、F-等非金属有害物质及某些有机污染物，也可用于废水的脱色、澄清等。另外，用氧化铝厂赤泥制备的高效混凝剂聚硅酸铁铝是一类新型无机高分子混凝剂，它同时具有电中和以及吸附架桥作用。由于具有混凝效果好、原料来源广、价格便宜和处理后水中的残留物少等优点,成为国内外无机高分子混凝剂研究的热点。有文献报道了以赤泥为原料,在常压通氧条件下,用H2SO4浸取,与聚硅酸混合制备聚硅酸铁铝(PSAF)混凝剂的方法。并将该混凝剂用于制革废水处理,效果良好,与聚合硫酸铁混凝剂相比较,CODCr和色度去除率提高约20%和28%,悬浮物SS去除率提高约10%,是一种值得重视的、处理效果较好的无机高分子混凝剂。但是，由于赤泥物性组成复杂，在对废水有害物质的吸附过程中，势必会对水的浊度和毒性有一定的影响，因此赤泥在净化废水之前，还需进行必要的改性、活化处理。二、利用赤泥生产水泥俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥,生料中赤泥配比可达14%。日本三井氧化铝公司与水泥厂合作,以赤泥为铁质原料配入水泥生料,水泥熟料可利用赤泥5kg/t-熟料~20kg/t-熟料。俄罗斯沃尔霍夫、阿钦和卡列夫氧化铝厂以霞石为原料,利用产生的赤泥生产水泥,进行石灰石、赤泥两组分配料试验,水泥可利用赤泥629kg/t-水泥~795kg/t-水泥,为烧结法赤泥的综合利用开辟了有效途径。我国中铝山东分公司早在建厂初期就对赤泥综合利用进行了研究,在60年代初建成了综合利用赤泥的大型水泥厂。并且利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥,水泥生料中赤泥配比年平均为20%~38.5%,水泥的赤泥利用量200kg/t-水泥~420kg/t-水泥,产出赤泥的综合利用率30%~55%。该厂生产的水泥与一般水泥厂产品相比,产品成本降低15%，除抗压强度偏低外,其他性能皆等于或优于一般水泥,特别是抗折强度、早期抗压强度和抗硫酸盐侵蚀系数方面尤为明显。由于赤泥含碱量高,赤泥配比受水泥含碱指标制约，为更加有效地利用赤泥生产水泥,某公司已完成国家“八五”科技攻关项目“常压氧化钙脱碱与低碱赤泥生产高标号水泥的研究”和“低浓度碱液膜法分离回收碱技术”,使以烧结法、联合法赤泥为原料生产水泥的技术向前迈进了一大步,提高了赤泥配比,使赤泥配料提高到45%。为氧化铝生产赤泥废液零排放创造了条件。三、生产新型建筑材料赤泥用作新型建筑材料是综合利用氧化铝工业废渣的又一有效途径,它既可以大量消化赤泥、节约土地,又可以改善环境。（1）生产赤泥粉煤灰烧结砖以赤泥、粉煤灰和煤矸石为原料，通过原料自身的发热量与烧成热量相平衡，实现全内燃生产烧结砖，实现了制砖不用土，烧砖不用煤。这种工艺利用煤矸石烧结后所得的偏高岭土成分与赤泥中的游离碱作用，防止了碱的析出，增大了砖的强度，既节约了煤炭资源和土地资源，又大量利用赤泥、粉煤灰、煤矸石等工业废渣。但国内利用赤泥制成烧结砖没能产业化。（2）生产赤泥粉煤灰免烧砖烧结法赤泥和热电厂粉煤灰混合，赤泥具有潜在的水化特性，粉煤灰含有活性硅铝成分，两者相互作用，在添加剂作用下，水化作用增强，固结产生类似水泥水化相和胶质凝结物，得到高强硬化体。赤泥和粉煤灰都是质轻材料，生产时只需将赤泥、粉煤灰、胶结剂、添加剂等按比例混合，进行轮碾、压制和养护，可制出符合国家标准的免蒸免烧砖。赤泥粉煤灰免烧砖的性能达到MU15级优等品免烧砖的标准要求。然而由于产品质量、投资和效益等原因，目前还未正式投入工业化生产。国内某公司对利用赤泥作新型墙体材料进行了大量研究,1997年公司申报了九五国家重点科技攻关项目赤泥作新型墙体材料的研究。利用该技术选择出了赤泥、粉煤灰及煤矸石最佳配方和烧结工艺技术,研究出新型粘结剂,并生产出符合国家标准的建筑用砖。这种新型空心砖保温、质轻、强度高,符合国家新型建材的改革方向。（3）新型墙体材料（4）路基材料2005年中铝山东分公司修建了一条长4km的赤泥路基示范性路段，其以烧结法赤泥、粉煤灰、石灰等为主要原料，赤泥作为路基材料基本配方，该路段达到了石灰稳定土一级和高速路的强度要求。这是国内第一项在实际公路中应用的烧结法赤泥路面基层工程，共消耗烧结法赤泥2万余t，是近年来赤泥使用量最大的工程，一直正常使用到现在。四、赤泥作塑料填料赤泥作塑料填料的研究已进行多年,近年来随着塑料加工及表面处理剂的不断改进,赤泥在塑料行业的应用取得了新的进展。赤泥对PVC(聚氯乙烯)具有显著的热稳定作用,它与PVC常用稳定剂并用时具有协调效应,使填充后的PVC的制品具有优良的抗老化性能,可延长制品的寿命,比普通的PVC制品寿命长2倍~3倍。普通PVC在露天使用8年后,强度完全失去,而赤泥聚氯乙烯塑料仍然保持着良好的力学性能,未见任何老化现象。且赤泥聚氯乙烯复合塑料具有阻燃性,可用于生产建筑型材。如果将赤泥进行一定的处理，则可增大赤泥在聚合物中的添加量，提高制品性能。另外，赤泥—聚氯乙烯复合塑料尽管具有阻燃性，但要达到国家标准，尚需添加一些阻燃剂。赤泥用于塑料制品并在高温下成型时，仍有一些水分残留在制品内影响性能，通常应在120℃下干燥3h再应用。五、用作硅肥赤泥中含有植物生长所必需的Fe、Mg、P、K、Mn、Cu、Zn、B等微量元素，因此是良好的碱性复合肥料。近年,国内一些研究单位对硅肥进行了深人研究,研制出了独特的硅肥添加剂,河南省已批准成立了省硅肥工程中心。河南省科学院近年开展的大面积试用硅肥表明,硅肥可以改善植物的细胞组织,改善作物果实的品质,可增产8%~15%。硅肥是继氮、磷、钾肥之后的第4大元素肥料。大力发展硅肥,是赤泥综合利用的又一可行途径。但目前对这一技术很少使用，其原因是长期使用，容易引起渗漏，造成地下水污染。六、综合回收有价金属赤泥中富含铁、铝、钙、硅,并含有钛、钪、铌、钽、锆、钍和铀等稀有金属。从赤泥中经济有效地提取有价金属，并且不产生二次污染，具有重要的现实意义。美国的氧化铝厂针对拜耳赤泥氧化铁含量高的特性，很早就提出利用赤泥生产铁的方法，并申请了专利。俄罗斯研究出了一种树脂在赤泥矿浆中回收富集钪、铀、钍的吸入溶解工艺。印度提出自赤泥中回收TiO2以减少污染和保护陆地及矿物资源的方法。匈牙利学者提出的氯化焙烧处理赤泥熔渣工艺，可获得TiO2高含量的炉渣，Al2O3和V2O5也在炉渣中得到富集。我国针对赤泥提取有价元素也做了大量的研究工作。（1）铁的回收为了以经济有效的办法解决氧化铝厂赤泥的综合利用问题,有人对氧化铝厂赤泥进行了“煤基直接还原焙烧-渣铁磁选分离-冷固成型”的新工艺研究,制备出优质的直接还原铁团块,该产品可作电炉炼钢原料,其金属化率为92.1%,含铁品位为92.7%,铁回收率为94.2%。平果铝业公司试验研究以拜耳法赤泥为原料,以煤为还原剂,进行直接还原炼铁,铁以海绵铁的形态产出,铁的回收率为87%,海绵铁含Fe为84%,金属化率为91.5%,可代替废钢作为炼钢的原料。赤泥经还原焙烧后磁选,能有效地回收铁。虽然从赤泥中提取铁元素对促进节能减排及循环经济的发展都有一定的意义，并且已经取得了一定的进展，但是目前仍存在以下两个方面的问题：①由于赤泥粒级组成泥化部分含量较高，赤泥尾矿经过分级、细磨后全部进入磁选工序，在选别过程中，受泥化影响，产品铁精粉的品位较低，严重影响产品过滤效果。②对赤泥中铁的回收，仅限于对含铁量较高的拜耳法赤泥的处理，而由于生产Al2O3时所采用的铁矿石品位的不同致使拜耳法赤泥的铁含量有一定的差异，从而限制了从拜耳法赤泥中回收金属铁工艺的广泛应用。（2）钪的提取磁选尾矿经酸处理后进行培烧、浸出,可以从浸出液中萃取钪,钪以Sc2O3的形态产出,Sc的萃取率为90.6%,进一步制取氧化钪,可获得Sc2O3为99.95%的产品。萃取钪的余液经碱中和生成沉淀提取铝,氧化铝的回收率为85%,钠则以硫酸钠的形态产出。赤泥提取有价金属后的酸浸渣,约占赤泥的2/3,酸浸渣含钙、硅较高,可用于烧制硫铝酸盐水泥。硫铝酸盐水泥是一种超早强水泥,适用于快速施工和各种抢修工程。（3）钛的浸出TiO2也是赤泥中含量较丰富的资源之一，有较大的回收价值。从赤泥中回收TiO2的方法和回收钪的方法类似，也是先采用酸浸出赤泥中的A12O3、Fe2O3等物质，再用硫酸等将TiO2从浸出渣中溶出。但该工艺的成本较高，且只适用于处理含钛较高的赤泥，致使其大规模的应用受到一定的限制。七、作充填料某公司与相关矿山研究院合作，在某矿区采用泵送赤泥胶结充填采矿法获得成功。通过铝土矿地下开采实践证明，胶结充填技术可靠，经济合理,可提高矿石回收率23%；采矿坑木消耗减少，从而降低开采成本，控制采场地压，保护地表建筑、村庄、铁路等，为顶底板不稳固的缓薄矿层的开采找到了一条比较成功的新路。八、净化脱硫赤泥对净化硫化氢废气的作用:拜耳法赤泥颗粒小于75m,比表面积大,含Fe2O3一般在30%~50%,其中一部分以水合氧化铁形式存在的三氧化二铁,对H2S具有很强的吸附能力,在有水和碱存在时,脱硫剂中活性水和氧化铁与煤气、沼气