赤泥综合利用的工业化方法简述

于水波，董菲，杨晓玲

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110000）

赤泥是氧化铝生产过程中产生的工业废弃物，处理三水铝石氧化铝厂的固体残渣因富含氧化铁而呈红色。我国沿海地区的氧化铝厂主要处理澳大利亚、几内亚、印尼等地区的三水铝石矿，这些矿的赤泥中含氧化铁、氧化铝、二氧化硅、钠硅渣、二氧化钛、有机物和其他微量金属元素，其中几内亚矿赤泥中富含氧化铁。赤泥的附液因含有低浓度的氢氧化钠而呈碱性。

2018年中国氧化铝产量累计超过7000万吨，居于世界首位，在拥有庞大的氧化铝产量的同时，我国的赤泥排放量和历年的堆存量也非常惊人。生产氧化铝的干赤泥排放量因矿石而异，一般为1～1.5吨干赤泥每吨氧化铝，推测2018年我国的干赤泥排放量应在0.7～1.05亿吨之间。如此大的赤泥排放量将给环境、生态、安全造成巨大压力，因此赤泥的综合利用成了迫在眉睫的问题。

1 现有的赤泥综合利用技术介绍

目前，赤泥综合利用仍属世界性难题，国际上对赤泥主要采用堆存覆土的处置方式。我国赤泥综合利用工作近年来得到各方面的高度重视，开展了跨学科、多领域的综合利用技术研究工作，如赤泥提取有价金属，配料生产水泥、建筑用砖、矿山胶结充填胶凝材料、路基固结材料和高性能混凝土掺合料、化学结合陶瓷（CBC）复合材料、保温耐火材料、环保材料等。但这些研究中的大部分尚处于实验室阶段，并未实现产业化。[1]以下为几种赤泥综合利用技术。

（1）低成本赤泥脱碱技术

（2）高铁赤泥及赤泥铁精矿深度还原再选铁技术

（3）赤泥制备路基固结材料技术

（4）赤泥循环流化床锅炉脱硫技术

（5）烧结法赤泥生产高性能混凝土掺合料技术

（6）赤泥生产新型建筑材料技术

（7）赤泥制备环境修复材料技术

（8）拜耳法高铁赤泥强磁选技术

（9）拜耳法赤泥砂作为水泥生料中的硅质原料生产干法水泥技术

（10）赤泥生产化学结合陶瓷（CBC）复合材料技术

（11）综合回收赤泥中多种有价组分技术

以上各项技术在各个相关单位的不断研究和探索的情况下，都取得了一定的成进展，但现在取得工业化成果的并不多。大规模的赤泥综合利用项目除了考虑技术上的可能性，还要进行小试、中试、工业化试验，并考核经济性、产品的市场、对环境的影响等一系列问题。赤泥成为有危险性的固体废弃物，主要的原因在于赤泥中含碱，而现有的赤泥的钙化、碳化等脱碱技术处理温度高、且加入大量的石灰使脱碱后的赤泥量进一步增加，经济性还有待考察。烧结法因能耗高、经济性差等原因，在国内属于落后氧化铝产能，赤泥产量小。上述的十一种赤泥综合利用办法中，已经进行工业化生产的方法有三个，即赤泥强磁选提铁、赤泥制砖和赤泥改性路基，以下将对这三种方法分别进行阐述。

2 赤泥强磁选提铁

赤泥强磁选提铁适用于铁含量较高赤泥，如几内亚矿和广西矿赤泥。赤泥强磁选提铁的流程为赤泥浆液经氧化铝厂赤泥沉降倒数第二级洗涤底流泵输送到赤泥缓冲槽，同时热水也从氧化铝厂热水站经热水泵输送到赤泥缓冲槽，在赤泥缓冲槽内进行固含调节，待固含达到要求后，赤泥浆液自流进入圆筒隔渣筛。经圆筒隔渣筛分离出的大颗粒赤泥固体粗渣作为尾矿进入尾矿槽，通过圆筒隔渣筛的赤泥浆液自流进入中磁机。在中磁机中将铁屑选出作为精矿进入一次强磁精选机，通过中磁机的赤泥浆液自流进入一次强磁粗选机。在一定的强场下，将铁矿从赤泥中选出进入一次强磁精选机。一次强磁粗选机分选后的赤泥浆液进入二次强磁粗选机，尾矿进入总尾矿槽泵送入沉降末次洗涤槽，铁矿进入二次强磁精选机，再次经过磁选以提高铁矿石的品位，磁选出的铁矿作为精矿进入铁精矿浓密槽，分选后的铁矿浆液作为尾矿与二次粗选尾矿合流。从浓密槽出来的溢流液作为一次强磁精选机的冲洗水返回工艺流程进行循环，浓密机的底流通过底流泵输送进入压滤机。经压滤机压滤后的铁精矿通过皮带机输送到铁精矿堆场，压滤后的滤液进入滤液槽，滤液作为二次强磁粗选机的冲洗水返回工艺流程进行循环。铁精矿堆场内设有抓斗天车用于取料，汽运精矿出厂。[2]广西某氧化铝厂的赤泥中三氧化二铁含量平均43%左右，每年的赤泥量105万吨左右。拥有110万吨／年赤泥选铁生产线，年可以产铁精矿约11万吨。

3 赤泥制砖

赤泥烧结砖工艺是将页岩、炉渣等原料进行破碎、筛分获得颗粒级配合格均匀的原料，利用定量给料机将赤泥、炉渣、页岩等原料按比例进行掺配均匀（其中赤泥比例占40～50%，均为选铁后赤泥），待陈化后使用。物料经挤出、切坯、运坯、码坯等自动设备码放于窑车上面，利用焙烧窑冷却带余热形成的热风将码放好的砖坯进行干燥脱水，干燥后的砖坯含水率降到3%以下。后用摆渡车将干燥合格的砖坯送入隧道窑进行预热和焙烧，在烧结过程中采用“低温慢烧”技术进行烧结。焙烧后的产品经过保温、冷却后用液压顶车机顶出隧道窑，成品砖出窑后经卸垛机、叉车运出后进行外售。

图1 赤泥烧结砖生产线

赤泥透水砖属于赤泥制砖的另一种，属于专利技术。该技术解决了赤泥碱金属、重金属的溶出问题，使其在透水铺装材料领域可作为原料安全使用，其赤泥废渣综合利用率可达50%～70%。山东某公司投资4000余万元建设日产3000平方米生态赤泥透水砖全自动生产线，现已批量生产。该生产线现可生产各种型号、规格铺路砖、广场砖、六角砖、异型砖、植草砖、护坡砖并可根据客户要求调制颜色。该产品砖的技术指标经过国家建筑材料工业工业陶瓷产品质量监督检验测试中心及国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验中心检测放射性、重金属溶出等指标均符合和优于建筑材料要求。赤泥透水砖生产利用赤泥等工业固体废渣和尾矿等废弃物作为主要生产原料，生产过程中无二次污染。环保达到规定的第四时段排放标准，生产过程中无固废、废水排放，有较好的社会、经济效益。

4 赤泥改性路基

图2 赤泥改型路基施工

改性固化赤泥路用材料专利技术。该技术是以拜耳法赤泥为基础，经改性固化处理后形成的环保复合高分子材料。简要的操作办法为，赤泥掺入一定量的固化剂，经拌匀、压实处理，达到需要的路用性能指标，同时大幅度降低赤泥的强碱性和污染性，使其达到环保要求。该改性固化剂产品对温度变化稳定，具有固定金属离子的作用，能阻止金属离子对产品的消极作用，是一种具有多种特殊性能的表面活性剂。在常温常压和弱碱性环境中，改性固化剂，即高聚合物复合材料能够在很短的时间内就能达到很好的吸附效果，大大降低重金属离子的浸出量。改性赤泥路基具有强度高、施工和易性好、耐水性好、承载力高、PH值、放射性、重金属析出达标，污染可控等特点。符合交通运输部《公路路基设计规范》JTG D30-2015及国家现行环境保护的有关规定。

赤泥改性固化剂为高分子复合材料，加入赤泥后，可以通过提高溶液碱度来实现早期强度的提高。在碱性条件下，高聚合复合材料可使赤泥转化为活性SiO2和Al2O3。而且提高溶液碱度，可加快活性SiO2和Al2O3的溶出速度，与Ca(OH)2逐步反应生成硅酸钙、硅铝酸钙等复合物。当混合体系生成物浓度达到一定值时，它们便互相啮合形成网状结构，形成凝胶，从而使强度提高。随着赤泥基混凝土的碱性降低，形成化学键，缓慢地生成硅、铝等含氧酸的复合物结晶，新生晶体会逐渐长大、发展，形成网络结构，并逐渐脱水干涸以稳定的结晶缩合结构成为结晶整体，而成为具有较高强度的水稳性材料。赤泥改性固化剂加入赤泥主要有以下几方面作用，即电荷中和、架桥作用、网捕作用、吸附作用。

形成赤泥基层强度的最后一个必要条件是机械压实。赤泥基道路混凝土在压实成型后，体系由固相(赤泥聚合体)、液相(水溶液)和气相(空气)三相组成。三相之间相互作用的结果，使得赤泥基道路混凝土具有很高的强度和刚度。

赤泥改性路基可以用于高速公路、国省干线公路、市政道路、港口货场、建筑基础等工程填筑填料，是大规模消耗赤泥的前沿技术。已经在山东省多处氧化铝厂公路、济青高速公路路段、贵州清镇氧化铝厂公路等处应用。改性固化赤泥路用材料系列产品很好的解决了赤泥工程应用和环境保护的双重问题。不仅可以为赤泥的上游企业的解决工业废料的堆存问题，同时也为工程建设单位解决了取土难的问题。对降低工业废料的环境危害、减少对耕地破坏具有革命性的意义。

5 结论

综上所述，赤泥强磁选提铁技术成熟，生产成本低，铁回收率约为21%左右，可减少～10%的赤泥排放量。处理含铁量高的赤泥应该综合考虑周边地区条件及赤泥提铁精矿的市场，建设赤泥提铁车间。赤泥透水砖项目赤泥综合利用率较高，具有一定的成本优势，但透水砖运输和使用范围受限，应先进行可行性研究后再确定是否建厂及工厂规模。赤泥改性路基可以大规模消化赤泥，在多次应用实例中均达到国家标准，效果良好。赤泥改性固化剂属于专利技术，可以对相关技术提供方进行考察与经济性评估，并结合当地实际情况规划赤泥路基的使用地点及赤泥用量。总之，氧化铝厂应结合多种手段，坚持赤泥综合利用，为中国工业、环境的可持续发展担负起应有的责任。