建筑冶金行业赤泥综合利用技术及产业化分析

钱余海 雷浩 曲新村

摘要：赤泥是从铝土矿生产制备氧化铝过程中伴生的固体废弃物，具有粒径小、体量大、污染性强等特点，目前赤泥的综合利用率极低，是世界性的技术难题。建筑行业是综合利用赤泥的主战场，本文从产业化的视角重点介绍了建筑及冶金行业赤泥综合利用技术，包括磁选法选取含铁氧化物，建筑外墙赤泥保温岩棉技术、赤泥陶瓷板、赤泥透水砖、赤泥砂粒等，以期为赤泥的大规模价值化应用提供综合技术解决方案。

关键词：赤泥;综合利用;产业化分析

中图分类号：X75

【作者简介】钱余海（1973-），男，博士，山东临沂人，高级工程师，主要从事铝产业科技研发和技术管理工作。本文通讯作者为雷浩。

1. 前言

氧化铝是制备电解铝的初级原材料，赤泥是从铝土矿生产制备氧化铝过程中伴生的极具污染性的固体废弃物，其化学成分和物相组成与铝土矿产地、氧化铝制取工艺（包括拜耳法、烧结法、拜耳-烧结联合法）和反应过程密切相关，具有粒径小、体量大、污染性强等特点。

每生产1吨氧化铝伴生的赤泥产量约为1-1.8噸，作为氧化铝生产大国，当前我国赤泥堆存量约6亿吨，年新产生量仍在7000万吨以上。赤泥通常采用堆场堆存方式存放，占用大面积的土地。随着赤泥存量和增量的不断增长，堆场内赤泥的堆存高度甚至达到了35米，对地面基础造成巨大的压力，存在基础开裂污染地下水资源的可能性，同时湿法存放也面临溃塌的重大安全风险。赤泥浸出液的pH值高达12-14，严重威胁环境及生态安全，环评部门需定期对赤泥堆场附近的水质进行严格监测，确保水质的安全，因此赤泥的存放安全问题日益凸显。

目前赤泥的综合利用率极低，是世界性的技术难题。在赤泥的综合利用方面，基本形成了四个技术方向[1-5]：一是提取有价金属（铁、铝及稀有金属等），二是制备建材（水泥、砖及路基材料、岩棉等），三是应用于环保领域（废气、污水处理的净化剂、吸附剂等），四是用作土壤改良剂。其中，赤泥中提取有价金属成本较高、技术难度大，而在环保领域和土壤改良剂方面赤泥的应用量较少。

赤泥的大批量应用是解决赤泥存放及环境安全问题的根本，本文从产业化角度重点介绍了建筑行业赤泥综合利用新技术，包括磁选法选取含铁氧化物，建筑外墙赤泥保温岩棉技术、赤泥陶瓷板、赤泥透水砖、赤泥砂粒等，以期为赤泥的资源化和价值化应用提供综合技术解决方案。

2. 冶金及建筑行业赤泥综合利用技术

2.1 磁选法回收含铁氧化物

拜耳法赤泥中含有大量的有价元素，如铁、钛、钪和其他各种稀土元素等，其中稀土属于稀有资源和战略性物资，这些有价元素的回收和利用技术受到广泛的关注，但目前仍处于实验研究阶段，由于提取成本较高且工艺复杂，尚难以进入工业化利用阶段。

拜耳法赤泥的矿物成分中含有大量铁的氧化物，主要以Fe3O4和Fe2O3的形式存在。其中Fe3O4具有铁磁性，Fe2O3具有微弱的磁性，利用这一特性，可利用磁选机采用湿法磁选方法分离出拜耳法赤泥的矿物成分中绝大部分Fe3O4及少量的Fe2O3等铁氧化物，形成铁精矿，可作为原材料用于钢铁公司炼钢厂铁矿石的补充料，可弥补铁矿石价格上涨造成的部分经济损失。

目前磁选法回收含铁氧化物已形成大规模化的工业利用，拜耳法赤泥中Fe3O4和Fe2O3等有价铁氧化物的回收占比约为13% （wt.%），主要用于铁矿石添加料，但经磁选剩余的赤泥仍需进行露天堆存，其强碱性及高污染性的本质仍未发生变化，亟需开发这些露天堆存赤泥的大批量应用技术。

2.2 赤泥保温岩棉

岩棉是以玄武岩为主要原材料，经高温熔融甩丝加工而成的无机纤维，具有质量轻、导热系数小、吸热、不燃的特点，是一种新型的保温、隔燃、吸声材料，这些优势为防火等级A级的外墙外保温无机材料岩棉迎来了前所未有的市场良机。但玄武岩原料的获取一般需要开挖山体采石，易于造成山体坍塌危害公共安全，严重破坏原生态环境，目前受到生态保护和可持续发展战略需求的限制，玄武岩的开采日益受到禁止，因此玄武岩保温岩棉的源头开始萎缩，迫切需要寻求和开发新型替代材料。

作为赤泥综合利用行业开创者，北京金亚润环保科技有限公司成功破解了赤泥资源化这一难题[6]，坚持“创新环保科技，助推绿色发展”理念，按照“产业+技术+资本”三螺旋发展模式，坚持自主研发、引进消化、集成并举发展思路，开发了“综合利用赤泥生产岩棉工艺技术”，以赤泥为主料≥70%与其他辅料≤30%，按照一定的比例混合，对赤泥进行规模化利用，开发出高附加值的岩棉产品，具有纤维丝长、强度高、柔韧性好、导热系数低、不潮解等突出的技术优势。在技术装备上，采用独创的全封闭高效电熔融炉、全封闭自循环电热固化炉等核心设备，实现了环保加热技术突破，在生产过程中近无CO、CO2、SO2、NOX废气和粉尘产生。2020年9月2日，金亚润“综合利用赤泥生产岩棉工艺技术”进入工业化试验生产流程，在有关专家和领导的见证下，在山东金亚润工业化试验基地取得圆满成功，项目顺利通过科学技术成果评价，得到与会专家的高度认可。

试验现场专家团队一致认为，该项创新工艺技术具备国内外领先优势，为我国赤泥的综合利用提供了新的技术途径，填补了大宗工业固废赤泥综合利用领域的空白，这为该项技术的工业化应用奠定了基础。

2.3 赤泥陶瓷板

随着各省市推进绿色矿山建设的步伐，自 2018 年国内石材行业逐步淘汰“小、散、乱”矿山，天然石材的替代成为必然。从矿物及化学成分分析可以看出赤泥极其适合生产陶瓷石板，但是赤泥的硅含量低，烧成收缩大，所以须采用硅含量高的原料加以调配。

高新技术陶瓷板生产公司-⼭东金卡材料科技有限公司是北方地区目前独一的建筑陶瓷国家级绿色工厂，《户外陶瓷厚砖》行业团体标准的发起与制定单位，淄博市工业资源综合利用建设项目重点支持企业。与竞争对手不同，公司是目前唯一一家以工业固废研发为主打的陶瓷石板生产企业，也是其中为数不多的出口+工程+OEM三条销售业务领域齐头并进的企业。公司掌握了利用各类固废品（如垃圾焚烧产生的飞灰、煤矸石、赤泥、黑矿渣、催化剂胶渣、城市污泥等）生产陶瓷板的核心技术，包括产品成分配比及烧成工艺，已形成多类固废资源生产陶瓷板的工艺及配方专利，具有产品技术成熟度高、应用范围广泛、市场接受程度高等突出优势。

公司利用赤泥等固废资源所生产的陶瓷石板具体工艺流程与传统陶瓷石板完全相同。与天然花岗岩石板性能相比，利用赤泥等固废资源所生产的陶瓷石板产品吸水率低于花岗岩，耐磨度是花岗岩的2倍，重量仅为花岗岩的 1/2，破坏强是花岗岩的 4 倍，压缩强度高于花岗岩;具有优异的抗折强度和防滑度，耐冻融性通过-30o C～5 oC 100 次冻融循环测试，放射性通过 3C 认证（A 类建筑材料），抗热震性抗污性和耐强酸碱，稳定性高不褪色，色差远低于天然石材。

通过对产品成分配比和烧成工艺的综合调整，在赤泥陶瓷板制备上利用山铝的赤泥固废已在现有2条生产线上实现了大批量的稳定生产，形成了系列色系的赤泥陶瓷板，市场效果良好，为赤泥、飞灰、胶渣等各类固体废弃物的资源化和无害化大规模应用开辟了新的路径。

2.4 赤泥透水砖和赤泥砂粒

山东理工大学与淄博天之润生态科技有限公司联合申报“工业固废生产生态海绵砖和砂石的关键技术及产业化项目”（获得山东省循环经济科学技术奖）[7]，项目主要利用赤泥或黄金尾渣等工业固废为主要原料，将其制备成生态海绵砖和砂石制品，在海綿城市建设和美丽乡村建设中可发挥重要作用。

依托项目成功研发了赤泥含量达70%的透水砖，目前正致力于更高赤泥含量的透水砖研发工作。该产品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。环保达到规定的排放标准，生产过程中无固废及废水排放，是环保循环经济企业经国家建筑材料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。

所生产的赤泥砖抗折强度达到6-8MPa，远高于5cm厚普通粘土砖的抗折强度，甚至高于国家标准一倍以上（国家标准3.2兆帕）;而且所生产赤泥砖的渗水性、抗冻融、防滑性均比粘土砖具有较大优势。特别是，粘土砖均用破坏生态的矿产资源进行生产，而赤泥砖所使用的原料均为固体废弃物。考虑综合性能及成本，赤泥砖更具节能环保、资源循环利用，而赤泥砖价格与粘土砖持平，这为产业化铺平道路，具有更为突出的社会效益和经济效益。经国家权威检测机构检测，赤泥生态透水砖强度、透水性、环境安全性等指标均符合和优于建筑材料要求，各项技术性能上均有新的突破，达到国内领先水平。该项目不仅科学合理地解决了赤泥碱金属、重金属等环境安全性问题，且生产过程中不产生任何尾气废气和二次污染，由此为赤泥废渣的利用开辟了一条新途径。

天之润公司的生产线日产能3千平米，年可消耗赤泥约7万吨。目前公司计划投资2.3亿元建设赤泥利用工程示范项目，实现300万平方米新型生态透水铺路材料的产能，年可消化30万吨赤泥和20万吨陶瓷、耐火材料、尾矿等固体废弃物。

砂石主要应用于水泥固化的添加料，广泛应用于建筑领域，是我国当前生产量和消费量最大的矿产资源。目前，我国的砂石骨料年产销量已经达到200亿吨，约占世界年产销总量的1/2。伴随着生态环保政策及山体环境保护政策的趋紧，特别是“绿水青山就是金山银山”环境理念的持续深化，砂石骨料行业越来越成为全社会关注的焦点。一方面，露头矿山关闭，砂石骨料短缺，砂石骨料价格暴涨，各地砂石告急，严重制约了地方建设和经济发展;另一方面，非法采砂、绿色矿山建设、砂石运输等均受到地方乃至中央部门的密切关注，砂石行业的社会关注度正不断提升。砂石骨料作为基础设施建设用量最大、不可或缺、不可替代的原材料，每年产量达200亿吨，产值约2万亿元，是一个庞大的产业。砂石矿山规划成为国家和各地政府关心的重要内容之一。近年来，随着砂石骨料行业的关注度越来越高，行业发展备受各界关注。目前我国机制砂石产业发展迅速，2018年6月，自然资源部发布由中国砂石协会组织专家编制的《砂石行业绿色矿山建设规范》，砂石上升到九大矿业之一。

赤泥生态砂石项目以赤泥作为原料生产砂石，从根本上解决了天然砂石原料短缺的现状，突破了赤泥制备生态环保砂石工艺中的各项重大关键性技术：选用合适的造粒制砂工艺，合理的颗粒级配，研制赤泥或黄金尾渣等工业固废生态砂石，已使其性能指标满足建筑砂的各项指标要求;优化批量化生产工艺参数，建立了产品质量保证体系;完成了复合结合剂的选型和配制;解决了赤泥或黄金尾渣等工业固废生态砂石环境安全性指标的控制，主要包括赤泥或黄金尾渣生态等工业固废砂石制备过程中的重金属溶出问题、放射性等环境安全性问题。已生产的赤泥生态砂石具有坚固性好、耐磨损、含泥量低、粒度可控、环境安全性好等优点，广泛替代天然砂石原料并大量应用于建筑工程。

3. 结语

赤泥是具有高污染性的大宗固体废弃物，对人类的生存环境构成极大的威胁。对赤泥的大规模综合利用是响应绿色环保、可持续发展理念，实现无废城市建设目标的战略需求。当前赤泥的综合利用率极低，尽管建筑行业为规模化综合利用赤泥开辟了新路径，但仍需加强新技术研发力度，不断产生新的研究成果，将赤泥的利用进一步向纵深方向和大规模应用方向推进。同时，还需要积极开拓其他应用领域，将赤泥变废为宝，彻底实现赤泥的综合化处理和资源化、价值化利用。

参考文献

[1]赤泥综合利用正处于实现规模化利用的关键时期[EB/OL].（2020-10-22）[2021-08-04] https：//huanbao.bjx.com.cn/news/20201022/1111294.shtml

[2] 于良机. 赤泥综合利用讨论分析[J]. 建筑工程技术与设计， 2018， 22：5463.

[3] 赵艺森， 王海芳， 魏阳. 赤泥的综合利用研究进展[J]. 现代化工， 2019，39（3）：55-58.

[4] 廖仕臻， 杨金林，马少健. 赤泥综合利用研究进展[J].矿产保护与利用， 2019（3）：21-27.

[5] 吴世超， 朱立新， 孙体昌， 徐承焱， 李小辉， 王晓平.赤泥综合利用现状及展望[J]. 金属矿山， 2019， 6： 38-44

[6]金亚润首次实现赤泥综合利用困局下的技术破冰[EB/OL].（2020-09-07） [2021-08-04] https：//huanbao.in-en.com/html/huanbao-2331345.shtml

[7]工业固废生产生态海绵砖和砂石的关键技术及产业化[EB/OL]. （2020-02-17） [2021-08-04] http：//www.sdcyc.com/newsshow.php？cid=21&id=1733