赤泥资源化利用与展望

李 新

(湖南节能评价技术研究中心，湖南 长沙 410083)

随着逐渐深入的国内电解铝供给侧改革和国外氧化铝产能的明显增加，中国经济的放缓导致铝需求减少，同时暂未出现新兴国家拉动新需求，氧化铝行业迎来了“寒冬”，其高利润时代即将成为历史。数十年来氧化铝的生产工艺无明显变化，在这种情况下，只有积极解决赤泥综合利用这一世界性难题，才能为氧化铝行业带来新的“春风”，成为下一个利润生长点。

我国非常重视赤泥的综合利用工作。2010年国家工信部和科技部联合编制了《赤泥综合利用指导意见》，就提高赤泥的综合利用率与技术水平给出了指导性意见，鼓励攻关和研发关键共性技术，推广赤泥应用和示范工程。2016年国务院印发了《“十三五”生态环境保护规划》，明确提出“到2020年，全国工业固体废物综合利用率提高到73%”，作为一类排放量大、处置成本高、环境影响恶劣的大宗工业固废，赤泥实现大规模资源化利用虽任务艰巨但意义重大。

1 赤泥的组成与特性

赤泥，氧化铝行业产生的一种污染性工业固体废物，由于富含氧化铁，外观类似赤色泥土而得名[1]。根据铝土矿中铝含量的高低及生产方式的不同，可将赤泥分为烧结法、拜尔法或联合法赤泥。据估算，每生产1 t氧化铝，赤泥的排放量一般情况下介于0.7～2.0 t。

赤泥的化学组分根据生产工艺、铝矿产地、技术水平等的不同，含量略有区别，主要为氧化铁、氧化铝、二氧化硅、氧化钙等[1]。赤泥不溶于水，碱性强，pH值高达10.78，本身还具有颗粒分散性好、比表面积大等多孔材料的特征。目前处置方式主要依靠露天堆积、深坑填埋以及修筑赤泥坝等，不仅占用大量土地和农田，同时也需要企业承担高昂的维护管理费用，导致制铝成本的提升，也给赤泥坝周围的环境安全和人民群众的生命财产安全埋下隐患。国内外相继发生多起氧化铝厂赤泥库泄露等环保事故，引起政府机构和相关市场人士高度重视，越来越多的普通民众开始关注赤泥对环境的危害，例如对土地资源的占用，对大气、土壤和水体的污染，对建构筑物表面的腐蚀等[2]。资源利用、环境保护和民生安全等多方面，均对赤泥综合利用提出了要求。

赤泥的独特理化性质和所含大量的可利用组分是把“双刃剑”，一方面提高了处理赤泥污染和保护环境安全的难度，另一方面也是其在冶金、建材、环保等领域的优势，经过适当的改良和处理后，可以被充分地利用，在环境和经济方面，赤泥资源化都具有重要意义[3]。

2 赤泥资源化利用

2.1 提取金属

随着国内外研究的不断深入，大量存在于赤泥中的铁、铝、硅、钛、钠和稀土元素等被广泛关注。由于赤泥颗粒粒径和高碱性导致资源回收难度大，当前国内外对赤泥中金属资源的利用大多集中于铁、钛和稀土元素的提取和回收[3]。

铁在赤泥中质量分数为14%～45%，目前国内常用回收铁的方法有酸浸回收法、焙烧-还原磁选法、直接磁选法等。朱德庆等开发了碳酸钠焙烧还原-磁选法，结果表明在适当条件下，整体铁回收率可达到95.76%，回收后残渣可继续利用，如提取其他有价组分、制备其他材料等，提高赤泥的整体利用率，达到减少赤泥排放的目的[4]。

钛是一种稀有金属，在自然界中分布分散，提取难度大。而赤泥含有大量钛元素，某些赤泥中二氧化钛含量甚至高达20%以上，使其成为丰富的钛矿资源。回收钛的方法主要有两种：酸浸法和焙烧法。姜平国等[5]通过球磨、酸浸、萃取离子交换分离等步骤，可实现80%以上的钛浸出率。

提取赤泥中的稀土元素也是有效利用的途径之一，山西开兴赤泥开发有限公司对其原理及工艺开展了深入研究并进行了相关试验化生产，试验表明每吨赤泥可提取混合稀土2.12 kg、氧化铁73.6 kg、氧化钪128 g、4A沸石674 kg，剩余废渣还可用于制备保温砖。

2.2 生产建筑材料

国内外研究和实践表明，赤泥可作为配料生产不同型号水泥。通过于水泥厂合作，日本三井氧化铝公司将赤泥为铁质原料，参入水泥生料，最终每吨水泥熟料可消耗5～20 kg赤泥。我国山东铝厂在建厂初期就开始了针对赤泥的相关研究，上世纪六十年代初建成了综合利用赤泥的大型水泥厂，水泥生料中赤泥配比为20.0%～38.5%，赤泥综合利用率为30.3%～55.0%。随着新技术的发展，赤泥配比可提升至45%，水泥质量也得到了优化[6]。

利用赤泥作新型墙材。山东淄博天之润生态科技有限公司实施了赤泥透水砖项目，该项目利用赤泥大规模生产透水砖，掺配率高达90%，年耗赤泥7万吨。中国长城铝业公司研究所和山东铝业公司研究院分别研究成功以粉煤灰和赤泥为原料生产免蒸免烧砖工艺[7]，这种空心砖质轻、保温、强度高，符合国家建材改革的方向。

长沙矿山研究院与山东铝业公司合作研究了赤泥作矿山充填材料的可能性。通过混合赤泥、粉煤灰和石灰制得充填料用于矿山开采，并通过工业化试验证明充填体强度满足采矿要求[8]。

此外，以赤泥为原料，添加合适的工业废渣为外加剂，可制备轻质保温材料[9]。该方法与传统制备工艺相比，在消纳赤泥的同时降低了原料费，对降低环境污染、减少固废压力、实现铝工业绿色可持续发展具有重要意义。

2.3 作为路基材料

大规模利用赤泥的重要途径之一是利用赤泥开发路面基层材料，投资少经济效益好。齐建召等[10]提出了通过优化原材料、配合比、施工工艺和加强质量控制等措施，提升赤泥的路用材料性能，试验研究表明通过调节配比，赤泥路基强度可满足高等公路要求，并具有回弹值大、强度高等优势。

谢源等[11]研究利用广西平果铝业产生的赤泥为主要原材料，混合粉煤灰、石灰和少量外加剂，开发了一种高性能、低成本的新型赤泥路基，施工简易效率高，赤泥消纳量可达80%以上，具有显著的经济和社会效益。2017年山东海逸交通科技有限公司自主研发了“赤泥基道路混凝土”技术，并已应用于北海经济开发区市政道路建设和济青高速公路改扩建工程项目，成功实现了技术成果转化，取得了良好的效益。2018年魏桥集团投入了2万吨赤泥用于济青高速滨州段路基建设，长期监测分析显示，道路的环保可控性和工程质量可行性均符合预期。

据测算，各级道路消纳赤泥量如表1所示，这对于幅员辽阔，公路里程巨大的我国，意义重大；对于赤泥产业的市场发展，前景广阔[12]。

表1 各级道路消纳赤泥量

2.4 用于污染防治和环境修复

通过改良赤泥的化学及物理性质，结合赤泥自身特性可制备一系列环境修复材料，例如脱硫剂、净水剂、催化剂、絮凝剂、吸附剂、土壤改良剂等，用于污染防治和环境修复[1]。

在水处理方面，可利用赤泥的强碱性特点，中和酸性污染水，但需注意赤泥中重金属元素对水源的二次污染问题。其次，可利用赤泥颗粒较小、比表面大等物化特性，作为吸附剂吸附水中污染物如重金属有机物、阴离子等。为增强赤泥对水中污染物的吸附能力以及避免使用过程中的再污染问题，赤泥需通过酸化、热活化、酸热综合等方式进行活化[13]。此外，可利用赤泥中铁、铝含量较高的特点，把赤泥用作絮凝剂，水中除磷效果明显，该絮凝剂具有原材料易得、价格低廉的优势，但稳定性有待提高。

在气体处理方面，赤泥同样可以作为吸附剂，如赤泥中的碱和铁元素对废气中的硫元素的吸附[14]，作用效果明显，具有吸附效率高、吸附硫量大、流程简单等优点；赤泥还可以作为催化剂处理废气，对碳氧化物、氮氧化物等具有较高的转化率，但需进一步研究其催化与活化原理。

在土壤改良和修复方面，主要是利用赤泥的强碱性，中和酸性物质，使土壤的pH值上升；此外，赤泥中的铁、铝组分可与土壤中的重金属固结形成化合物，利用这一特性，将赤泥广泛配比到各种土壤修复剂中，用于修复重金属污染和土壤酸化、改良盐渍化土壤等。此外，研究人员还研发生产了含赤泥组分的化肥，如中铝公司于2000年研发的赤泥硅钙复合肥，产品中赤泥配比达80%[15]。

3 赤泥综合利用展望

为了贯彻落实相关绿色循环经济发展要求，针对赤泥的开拓性研究势在必行。目前大都是利用赤泥的某种特性或者回收赤泥中金属，资源化利用方式较为分散，系统性研究不足，未来应从转换利用或简单回收向高附加值利用方式转变，并对利用后的赤泥进行安全处置研究，避免二次污染。

李彬等[3]认为，考虑我国大气污染现状和特点，今后赤泥的处理思路将是“气体净化-资源回收-制备建筑材料”系统研究与工业化综合利用新途径，建议首先利用赤泥进行烟气脱硫并回收铝、铁、钛等金属元素，降低环境风险，防止土壤和地下水污染，然后再用于土壤或建材方面进行无害化处置，最大化实现赤泥的减量化、资源化和无害化，为赤泥的处置和利用提供了新的研究与工业化思路。

罗星等[6]提出未来赤泥研究与开发方向应该是多方法综合回收赤泥中的有价组分，考虑我国国情和赤泥的特点，未来可采用湿法冶金和火法冶金技术相结合，具体流程安排则需根据赤泥中铁和其他氧化物的相对量而定，最终达到节能、减排、经济、环保和有效的目的。

刘中凯等[16]则从生态修复的角度给出了赤泥规模化处置的有效途径和发展趋势。他们针对华北地区典型拜耳法赤泥开展了赤泥土壤修复和耐性作物(紫花苜蓿，狗牙根，碱蓬和巨菌草)种植扩大实验，修复后使赤泥土壤肥力达到了旱地I级标准，可满足耐性作物的生长要求。同时从堆场赤泥中成功筛选了两种耐盐碱微生物菌株，利用菌株修复赤泥，可显著降低赤泥碱性，提高赤泥中大颗粒团聚体比例。此项 “赤泥原位无土修复技术” 为赤泥堆场规模化生态处置提供了技术支撑，具有良好的环境、经济和社会效益，对企业和国家的绿色发展具有重要意义。

4 结语

组成决定特性，特性决定用途，“废物”可能是放错了位置的资源，关键在于找到有效的利用方法和途径。目前，环境和资源的问题日益突出，是我们在发展过程中必须至直面的矛盾。如何在有限资源的世界中创新发挥二次材料的价值，实现赤泥资源的综合化利用，而不是单一化、分散式、小规模的“杯水车薪”，同时注意赤泥利用过程中二次污染和环保问题，是未来我国绿色发展的着力点。