赤泥的资源化综合利用①

杨绪平， 邵志超， 张　晨

(江苏省冶金设计院有限公司, 江苏 南京　210007)

引　言

铝厂生产氧化铝后产生的废渣称之为赤泥，生产1 t氧化铝约产生0.8～1.5 t赤泥。工信部、科技部根据国内铝厂的生产情况，编制《赤泥综合利用指导意见》；据估计性统计，2015年中国赤泥的累计堆存量达到3.5亿吨。赤泥的综合利用率普遍偏低，且随着氧化铝的生产不断在增加，不仅占用大量的土地，对环境也造成污染。因此，开发赤泥的综合利用，实现资源的循环利用，减少耕地占用，对社会、经济及环境保护方面都具有重要意义。

1　赤泥的堆存及危害

在中国，赤泥采用集中堆存方式储存，堆场设置主要有三种类型[1-2]：1)平地高台型：利用平地筑基础坝，待赤泥排放后使用赤泥筑二次坝，保证赤泥堆存的稳定与安全。2)沟谷型：是目前首选的赤泥堆存方式，利用原有沟谷的地形地貌作为赤泥存储的天然坝基，避免了拜耳法赤泥难于筑坝的缺点，同时更利于赤泥堆场关闭后的闭库及复垦。3)人工凹地型：利用人工挖掘场(如矿坑等)，作为赤泥堆存的场地。

赤泥的堆存分湿法和干法两种，目前主要堆存方式为干法堆存。不论是哪种存储方式，都存在潜在的环境污染风险[3]。赤泥的堆存不仅占用大量的土地，而且存在于赤泥中的废碱液，如果渗透到附近农田，会造成土壤碱化、污染水源；在长期堆存后，赤泥脱水风化，表层的粘结性变差，容易引起粉尘污染，晒干的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破坏生态环境，对大气环境造成危害。

2　赤泥的种类及理化性能

根据氧化铝生产方法及原料产地的不同，赤泥的成分也不同，相应的物理、化学性能也有差别[3-5]，根据生产方法，将赤泥分为拜耳法、烧结法和混联法三种，赤泥的化学成分如表1所示。

表1　赤泥化学成分/%

(1) 拜尔法赤泥：拜耳法冶炼氧化铝采用强碱NaOH溶出高铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿。用铝矾土来溶解、分离、结晶、焙烧等工序得到氧化铝，溶解后分离出的浆状废渣是拜耳法赤泥。

(2) 烧结法赤泥：原料铝矾土中配一定量的碳酸钠，在回转窑内高温煅烧制成以铝酸钠为主要矿物的中间产品——铝酸钠熟料，经溶解、结晶、焙烧等工序制取氧化铝，溶解后分离出的浆状废渣是烧结法赤泥。

(3) 混联法赤泥：混联法使用拜耳法排出的赤泥作为原料，采用烧结法制取氧化铝，最后排出的赤泥为混联法赤泥，是两种制取方法的结合。

3　赤泥的资源化利用

根据赤泥的物理性能及化学成分，可以看出赤泥具有良好的资源属性。目前赤泥的利用主要有三个方面：一是作为建筑材料的生产原料；二是提取赤泥中有价金属元素；三是应用于环境保护。

3.1　生产建筑材料

赤泥的物理性质与粘土相似，具有粒度细、质软，且有一定的可塑性和较强的碱性，含有水泥胶凝材料所需的Al2O3和Fe2O3等。赤泥的低熔点特性，以及较高含量的碱性氧化物存在，使其在高温时容易在颗粒表面形成熔融状态，互相粘结，促进各矿物成分的反应，使新的矿物与生成物迅速结晶长大，在内部形成网络结构，具有较高的产品强度及稳定性。因此，赤泥可替代粘土用于烧结砖、琉璃瓦生产或用来做路基材料等。

在水泥生产中，使用赤泥作为原料已经开发了一系列产品[6-7]，各种处理工艺已经相对成熟。对赤泥进行脱碱或改性处理后，能够满足水泥生产的原料要求，或利用赤泥高碱性的特性，生产对碱含量要求低的水泥，已经开发了诸如普通硅酸盐水泥、改性水泥、矿渣赤泥水泥、少熟料的胶凝材料、以及硫铝酸盐水泥等，均符合水泥的性能要求。

2005年中铝公司修建了一条4 km赤泥路基示范性路段，达到高速路的强度要求，已经连续多年正常使用。以赤泥、粉煤灰、煤矸石为原料制成的烧结砖，实现了制砖不用土，烧砖不用煤，节约了煤炭资源和土地资源，符合优等品的指标要求；利用烧结法赤泥、粉煤灰、矿山排放废石硝或建筑用砂为主要原料，在石灰、石膏等胶结作用配合下，生产出了赤泥粉煤灰免烧砖，性能达到MU15级优等品。以及还有其他的赤泥微孔硅酸钙保温材料、硅酸钙绝热制品微晶玻璃等[8]。

3.2　提取金属

赤泥中含有较高含量的金属铁，以及丰富的稀有金属，决定了提取金属对赤泥的综合利用具有重要意义。

3.2.1提取金属铁

周凯[9]采用粗细分选、中矿磨选工艺进行选铁试验，获得产率18.43%、铁品位59.42%、回收率22.82%的细粒精矿，以及产率60.78% 、铁品位 55.30%、回收率70.04% 的粗粒精矿；实现综合精矿产率为79.21%、铁品位56.26%、回收率 92.86%，很好地回收了赤泥中的铁。黄柱成[10]采用还原焙烧温度1150 ℃，还原焙烧时间3 h，配入3% Na2CO3和3%CaF2的工艺，还原焙烧块的金属化率可达到92.79%，获得铁品位89.57%，铁回收率为91.15%的海绵铁。

2011年6月广西平果铝土矿氧化铝建成年处理赤泥220万吨的赤泥回收铁精矿生产线[11]，将含铁26%的赤泥，经圆筒隔渣筛，筒式中磁机、高梯度磁选机粗选、精洗后浓缩处理，实现铁回收率22%，精矿铁品位≥55%的铁，年产精铁矿22万吨。还有诸多先进的选铁试验及综合利用方法[12-13]。

神雾节能公司对赤泥采用蓄热式转底炉直接还原+磨矿磁选或熔分的工艺进行提取金属铁试验[12]，磁选工艺能够得到全铁品位89.12%的金属铁，回收率 85%；熔分得到全铁品位96.15%的铁，回收率为95%，同时对选铁后的渣进行矿棉生产，实现资源的循环利用，达到固废零排放目标，同时经技术经济分析能够实现很好的经济效益。

3.2.2提取稀有金属[14-15]

姜平国对赤泥中浸出钛的实验研究，采用两次酸浸工艺，酸解液水解制得钛白纯度为95%，回收率为9%。

张淳进行了提取镓、钪、锂、铌的研究，提出以烧结法处理铝土矿，烧结块碱浸提铝，碱浸渣酸浸的工艺。采用螯合树脂选择性吸附法提取镓，碱浸渣中富集了钪与铌，用浓盐酸可将钪溶出，而铌难于溶出，锂分布于碱浸液及酸浸液中。实验表明从铝土矿中提取镓、钪、铌、锂在技术上是可行的。

王鸿振针对山西铝厂赤泥的特点，提出了先焙烧后盐酸浸出钪及镧系稀土金属，再在浸出液中加碱得钪及镧系稀土金属氧化物沉淀并将其分离的新工艺。试验表明，此工艺能有效地分离钪及镧系稀土金属，且废水处理量少，不产生新的污染。

王洋、王克勤、郭晖、张江娟等分别采用酸浸法对赤泥中钪的回收进行了实验研究，主要采用盐酸浸出，考察了不同因素对钪浸出的影响，在合适工艺条件下，钪的回收率可达到85%以上。

3.3　环境保护

3.3.1水处理

赤泥的化学成分相对稳定、粒度小，具有胶结的孔架状结构；主要由凝聚体、集粒体、团聚体三级结构组成，形成了凝聚体空隙、集粒体空隙、团聚体空隙，使得赤泥的比表面积高达40～70 m2/g，在水介质中具有较好的稳定性，是一种很有前途的低成本吸附剂[16-17]。试验表明，赤泥能够吸附阴离子、重金属和有毒非金属离子、吸附染料、制备聚硅酸铝铁絮凝剂等，一定程度上可去除废水中的Ni2+，Cu2+，Zn2+，Pb2+，Cr3+，Cr6+，Cd2+以及As，F，P，N和COD等。

3.3.2烟气脱硫

赤泥是碱性固体废渣，同时含有CaO和Na2O，烟气中的SO2溶解在水中形成酸性溶液，与碱性赤泥浆发生中和反应及氧化还原反应，从而与烟气中的二氧化硫发生化学反应，将二氧化硫中的硫转入硫酸盐中，最终达到赤泥脱硫固硫的作用。

位朋等[18]用赤泥作为脱硫剂的试验表明具有较好的烟气净化效果，能够保持较高吸收率(≥80%)，100 min后丧失吸收能力。贾帅动等[19]采用赤泥湿法烟气脱硫试验，赤泥浆液的原始pH值为10.3，在反应开始20 min之内迅速由碱性浆液变为pH值为 7.0的中性浆液，之后稳定下降，pH>5时脱硫效率能够一直保持高达93%。

同时，经脱硫反应后的改良赤泥呈中性，易于实现工业废弃物赤泥的资源化利用，既减少烟气中的SO2排放，同时又解决了赤泥堆积的难题，减少了赤泥堆放过程中的碱污染。

4　结束语

目前，能够大规模利用赤泥的产业化技术主要集中在建材生产、矿山回填和赤泥提铁等几个方面，但由于附加值低，推广应用有限。赤泥选铁技术近年来受到各氧化铝厂的青睐，并且已经成功地进行了选铁工业性试验及生产，选出的高铁产品市场需求较好，但选铁后剩余的大量赤泥仍需做进一步处理。

赤泥本身具有一些优越品质，使其资源化利用具有提高附加值的可能。在提取金属元素及环保方面，各科研院校及企业做了大量的探索，取得了一定的成果，但大规模、经济性运行尚有距离。因此，在赤泥的综合利用工艺开发方面，要考虑分层次、多种用途综合衡量，做到物尽其用，实现赤泥综合利用的零排放，产生良好的社会效益和经济效益。

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