摘要：介紹了氧化鋁廠生產(chǎn)過程中，赤泥產(chǎn)生量、赤泥成份及目前赤泥的堆放和利用方式，提出了幾種赤泥利用方式。如利用拜耳法氧化鋁生產(chǎn)產(chǎn)生的赤泥和工業(yè)鹽酸為主要原料。添加適量粉狀鋁酸鈣，制備出絮凝劑聚合氯化鋁鐵；利用赤泥代替石灰石用作燃煤固硫劑。對赤泥中的稀土成份進(jìn)行回收，再將赤泥進(jìn)行整體利用，是控制赤泥對地下水環(huán)境的堿污染和防止赤泥堆放占用大量土地的最佳措施。

1 赤泥產(chǎn)生量及成份

1．1赤泥產(chǎn)生量

赤泥是用堿從鋁土礦中提取氧化鋁后的固體殘渣，是氧化鋁生產(chǎn)過程中可能對環(huán)境造成污染的主要因素之一。由于礦石品位及生產(chǎn)方法的不同，生產(chǎn)單位產(chǎn)品氧化鋁產(chǎn)生的赤泥量變化很大，如以鋁土礦為原料生產(chǎn)1t氧化鋁要產(chǎn)出數(shù)百公斤到1t多赤泥(干)，而以霞石為原料生產(chǎn)It氧化鋁產(chǎn)生的赤泥(干)卻高達(dá)7t左右。目前我國氧化鋁廠均是以鋁土礦為原料，1998～2003年我國6家冶金級氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)的赤泥排放系數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表l。生產(chǎn)lt氧化鋁的干赤泥產(chǎn)生量在O.72～1.76t之間，全國平均值為0.98t／t AO

1．2赤泥及其附液主要成份

赤泥主要組份是Si02、CaO、Fe203、A1203、Na20、TiO2、K2O等，此外還含灼減成份和微量其它有色金屬等。由于鋁土礦成份和生產(chǎn)工藝的不同，赤泥的成份變化很大。我國鋁礦以一水硬鋁石為主，采用燒結(jié)法及聯(lián)合法工藝生產(chǎn)，赤泥中氧化鋁殘存量不高，氧化硅和氧化鈣較高，氧化鐵含量除中鋁公司、廣西分公司外均很低(因礦石中原始含量低)。國外鋁礦主要是三水鋁石和一水軟鋁石，生產(chǎn)工藝以拜耳法為主，赤泥成份的特點是氧化鋁殘存量和氧化鐵含量很高，鈣含量較低。我國中鋁公司6大氧化鋁廠赤泥成份見表2，國外部分氧化鋁廠赤泥成份見表3。

除表2和表3的主要成份外，赤泥中還含有豐富的稀土元素和微量放射性元素，如錸、鎵、釔、鈧、鉭、鈮、鈾、釷和鑭系元素等。赤泥主要成份不屬對環(huán)境有特別危害的物質(zhì)，赤泥對環(huán)境的危害因素主要是其含Na20的附液。附液含堿2～3g／LPH值可達(dá) 13~14。赤泥附液主要成份是K、Na、Ca、Mg、A1、OH-、F-、C1-、S042-等多種成份，pH值在13~14之間，赤泥對環(huán)境的污染以堿污染為主，赤泥附液較典型成份見表4。

2 赤泥輸送和堆放方式

在赤泥還不能大量利用而必須堆存的情況下，需建設(shè)赤泥堆場使赤泥集中堆放。赤泥堆場曾有4種類型，即平地高臺型、溝谷型、人工凹地型和排海型。前三種方式為陸地堆存，而靠海的氧化鋁廠曾采取向海底排放赤泥的方式，如法國、美國、日本、澳大利亞等國家的氧化鋁廠都采用過此種方法。陸地堆存一直是處理大量赤泥的主要方法，陸地堆存有兩種方式，即濕式堆存和干式堆存。我國每家氧化鋁廠都有自己專用的氧化鋁堆放場，堆場形式包括溝谷型(如中國鋁業(yè)河南分公司赤泥堆場和中州分公司燒結(jié)法赤泥堆場)，平地高臺型(如山西分公司濕法赤泥堆場及廣西分公司干法赤泥堆場)和人工凹地型 (如利用石灰石采坑作堆場的山東分公司第二赤泥堆場)。濕式堆存是較為傳統(tǒng)的赤泥堆存方式，是將赤泥及附液以3．0～4．0的液固比（固體含量為20％一 25％左右)用隔膜泵和管道由氧化鋁廠送到赤泥堆場，附液經(jīng)澄清后返回氧化鋁廠。即赤泥經(jīng)多次洗滌，由沉降槽沉降分離并進(jìn)一步脫水得到赤泥濾餅，經(jīng)加水稀釋后，由隔膜泵或活塞泵經(jīng)管道送到赤泥堆場，赤泥漿由排放口排入赤泥庫內(nèi)，漿體中的泥粒子借重力自然沉降分離，濕法赤泥堆場采用回水塔收集澄清附液。回水塔的不同高度上開有若干入水口，含堿的上層附液通過回水口收集后送至回水泵房。隨赤泥固體面上升，用木楔將不用的入水口塞住，防止赤泥進(jìn)入回水塔。約80％左右的附液可通過回水系統(tǒng)返回氧化鋁廠回收利用。

干式堆存的赤泥附液約為濕法的1／5，該技術(shù)最早由德國學(xué)者提出，在澳大利亞墨爾本大學(xué)理論研究的基礎(chǔ)上，由德國聯(lián)合鋁業(yè)公司及美國鋁業(yè)公司澳大利亞分公司最先開發(fā)利用，逐漸為世界各地氧化鋁廠采用，我國自90年代由中國鋁業(yè)廣西分公司(當(dāng)時的平果鋁廠)首先采用。干式堆存的流程是：多次洗滌后經(jīng)沉降槽分離的赤泥漿固體含量在30％～40％左右，再經(jīng)進(jìn)一步脫水，使固體含量提高到55％左右，赤泥濾餅經(jīng)機(jī)械強力攪拌，使其動力粘滯數(shù)由lOOPa·S左右降至lOPa·S以下，用隔膜泵或油隔離泥漿泵經(jīng)管道送到赤泥堆場。進(jìn)入干式赤泥堆場的60％的赤泥附液將蒸發(fā)而不能回收，赤泥堆上部無長期積水，在堆場內(nèi)一部份（約60％)由于表面蒸發(fā)而損失。另一部分通過底部砂石排水層疏排進(jìn)入附液收集系統(tǒng)。從赤泥分離的附液和堆場內(nèi)的雨水經(jīng)收集系統(tǒng)收集后，由泵經(jīng)回水管網(wǎng)送回氧化鋁廠利用。赤泥逐漸干化，自身穩(wěn)定性增強，不會發(fā)生赤泥附液流失污染環(huán)境，是目前處理拜耳法赤泥的較好方法。

隨著環(huán)境污染問題的日趨重視，近年來，國外已有氧化鋁廠將赤泥由管道輸送到堆場附近，經(jīng)壓濾系統(tǒng)進(jìn)一步過濾，使赤泥固體含量達(dá)到75％左右，再用皮帶機(jī)或卡車等送入堆場。這樣處理的優(yōu)點是赤泥可堆放于平地和山坡，赤泥壓實后滲透性很弱，赤泥底部不需要采取特殊的防滲措施，而且有效減少占地，利于場區(qū)及周圍的環(huán)境美化。國外一些近海岸建設(shè)的氧化鋁廠，如澳大利亞昆士蘭氧化鋁廠和西澳一些近海岸建設(shè)的氧化鋁廠，利用靠海的優(yōu)勢，用海水對赤泥進(jìn)行洗滌，將赤泥含水的pH降到lO以內(nèi)再進(jìn)行堆放，可相應(yīng)減少赤泥堆場建設(shè)(防滲)費用。

3 赤泥的綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展

一個氧化鋁廠每年要排出幾十到數(shù)百萬t的赤泥(干量)，赤泥漿龐大的體積和腐蝕性是赤泥堆放的難題，赤泥堆放造成的環(huán)境影響除占用大量土地外，其附液中的堿和硫酸鹽下滲還可能對地下水和土壤產(chǎn)生污染，改變土壤的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，造成大面積的土壤鹽堿化，使土壤板結(jié)。在土地資源日趨匱乏的今天，赤泥堆場場址的尋找也是氧化鋁廠的一大難題。如中鋁河南分公司自1957年建成投產(chǎn)以來，已累計排放赤泥約3 000萬t，已使用的有鄭家溝堆場、西澗溝堆場、長崗堆場、第四堆場，現(xiàn)每年排放赤泥200余萬t，目前使用的第四堆場將很快到期，氧化鋁廠附近已無可利用的場地。加快赤泥的綜合利用、減少赤泥堆存己成為我國氧化鋁工業(yè)持續(xù)發(fā)展迫切需要解決的問題，而治理赤泥危害最有效的方法是赤泥的綜合利用。對赤泥的綜合利用，目前主要包括兩個方面的工作：一是提取赤泥中的有用組分，回收有價金屬；二是將赤泥作為大宗材料的原料，整體加以綜合利用。而提取赤泥中的有價金屬再進(jìn)行整體利用，應(yīng)是赤泥利用的根本方向。目前我國赤泥投入工業(yè)運用的是以赤泥的整體利用為主，但已開展了許多從赤泥中提取金屬元素的研究。目前我國赤泥已有的工業(yè)運用和開展的研究較多，有的研究已進(jìn)入了小規(guī)模的生產(chǎn)、運用階段。

3.1赤泥的綜合利用方法

(1)作建材原料利用

我國將赤泥作為原料生產(chǎn)硅酸鹽水泥已有40余年的歷史。20世紀(jì)60年代分別在鄭州鋁廠和山東鋁廠(現(xiàn)力中國鋁業(yè)河南分公司和山東分公司) 配套建設(shè)了水泥廠，目的是將赤泥作為水泥生產(chǎn)原料之一，減少或防止赤泥排放，該利用措施確實在兩廠得以實施。但由于赤泥本身所具有的堿含量偏高等特點，難以符合水泥生產(chǎn)所要求的低堿特性，使其為原料的水泥生產(chǎn)方式受到了限制，赤泥配比僅在25％左右。山東鋁廠水泥一直堅持赤泥的利用，20世紀(jì)90年代進(jìn)行了赤泥脫堿生產(chǎn)高標(biāo)號水泥的研究，以降低赤泥含堿，增加配比。近年對燒結(jié)法赤泥的利用在45萬t／a左右。水泥分廠長期累計利用赤泥2 000多萬t，到目前為止是綜合利用赤泥量最大的方式。赤泥作燒結(jié)空心磚等建筑材料的原料也進(jìn)行了研究和運用，目前已有赤泥磚等墻體材料的生產(chǎn)和運用，若得到推廣，也將是赤泥利用的主要方向。赤泥的放射性比活度較高，226Ra、232Th和40K平均值分別為447、705和153 Bq∕kg，對山東省7種摻工業(yè)廢渣新型墻體材料中的天然放射性物質(zhì)含量及其分布特點進(jìn)行的隨機(jī)調(diào)查表明，天然放射性水平國高到低依次為赤淀磚>爐渣砌塊>粉煤灰砌塊（磚）>煤矸石磚、板材>石膏砌塊。不同赤泥的放射性比活度變化較大，其中Th的變化系數(shù)(最大值與最小值之比)為 11．8，做建材原料時，對赤泥應(yīng)進(jìn)行選擇性的利用。

(2)赤泥硅鈣復(fù)合肥料

利用赤泥生產(chǎn)硅鈣復(fù)合肥料的生產(chǎn)線已經(jīng)投產(chǎn)。該產(chǎn)品利用赤泥中的活化硅改善農(nóng)田土壤，能夠起到促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品生長，大幅度提高產(chǎn)量的目的。已在我國六省市進(jìn)行了大面積施肥實驗，取得了較好的效果。

（3)生產(chǎn)徽孔硅酸鈣絕熱制品

微孔硅酸鈣絕熱制品是日本最早研究的新一代保溫材料，節(jié)能效果明顯，對熱力輸送管網(wǎng)具有施工方便、費用低、保溫良好的綜合效果。由山東鋁業(yè)自主研發(fā)的利用30％赤泥代替硅藻土的產(chǎn)品具有高強、優(yōu)質(zhì)、成本低的特點，可達(dá)到降耗增效與綜合利用的目的，該產(chǎn)品已投入工業(yè)生產(chǎn)，市場需求良好。

(4)拜耳法赤泥高強固化與道路成型工藝綜合技術(shù)研究與運用

作為廣西自治區(qū)重點科技研究項目之一，通過堿穩(wěn)定、離子交換、赤泥活化、壓力成型等綜合固化技術(shù)，修建赤泥基層道路及新型赤泥砼道路面層。平果鋁業(yè)公司和北京礦冶研究總院已采用該技術(shù)，研制了國內(nèi)第一條赤泥基層道路及新型赤泥混凝土道路面層。已完成了800m赤泥道路基層與300m赤泥混凝土面層的工業(yè)試驗及5km 的擴(kuò)大工業(yè)試驗，經(jīng)近1年的太陽暴曬、雨水沖刷、大噸位車輛不均衡行車考驗，運行良好，滿足了高等級公路工程設(shè)計要求，推廣應(yīng)用前景廣闊。除以上實際利用方式外，赤泥利用還有很多，并取得較好的效果。比如將適當(dāng)量的赤泥施入酸性土壤，利用赤泥具有較強堿性的特點對酸性土壤進(jìn)行改進(jìn)，該方法已在一些酸性礦山應(yīng)用。

（5）利用赤泥生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵

聚合氯化鋁鐵是一種新型高效鋁鐵復(fù)合絮凝劑，該絮凝劑既有聚合鋁鹽基度高、對原水適應(yīng)性強的特點，又有聚合鐵密度大、絮體沉降快的優(yōu)點。在水處理行業(yè)應(yīng)用廣泛。赤泥中含有殘余的鋁、鐵成分，利用其生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵絮凝劑，可使赤泥得到合理的利用。利用赤泥中的殘余的鋁、鐵制備一定鋁鐵比例的聚合氯化鋁鐵。實現(xiàn)資源的綜合利用。將經(jīng)過處理的赤泥與一定濃度的工業(yè)鹽酸在一定的條件下反應(yīng)制備鋁鐵的堿式鹽，然后加入粉狀鋁酸鈣調(diào)節(jié)產(chǎn)品的鹽基度和鋁鐵含量。得到一定堿化度和鋁鐵比的聚合氯化鋁鐵。

將赤泥烘干后于馬弗爐中在750℃下焙燒3h，研磨過120目篩。在常壓下，將100 g赤泥和500 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22％的工業(yè)鹽酸加入帶有回流冷凝管的四口燒瓶中。在95℃下反應(yīng)3 h后。再加入50 g鋁酸鈣。在95℃下繼續(xù)反應(yīng)4 h后。停止加熱，陳化24 h后得到深紅棕色液體。

用拜耳法赤泥與工業(yè)鹽酸反應(yīng)，生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵絮凝劑。試驗證明此工藝路線可行。赤泥制備聚合氯化鋁鐵的優(yōu)化工藝條件為：在100 g赤泥(干基)中加入22％的工業(yè)鹽酸500 mL和適量水，在95℃條件下反應(yīng)3 h。再加入鋁酸鈣調(diào)節(jié)鹽基度和鋁鐵含量比．在95℃條件下繼續(xù)反應(yīng)4h，制備出聚合氯化鋁鐵。產(chǎn)物用于廢水處理，其絮凝性能優(yōu)于PAC。是一種性能良好的高效絮凝劑。聚合氯化鋁鐵對造紙廢水的絮凝試驗表面，對COD、濁度和色度的去除率分別達(dá)到85．02％、96．35％、67％。

（6）利用赤泥代替石灰石用作燃煤固硫劑

赤泥是由鋁土礦制造氧化鋁過程中產(chǎn)出的工業(yè)廢渣，含有豐富的CaO。早期的研究表明，赤泥同石灰石一樣，具有一定的脫硫性能。我國的赤泥資源比較豐富，但目前這些赤泥多被堆放，如果作為固硫劑使用，可以使兩種對環(huán)境十分有害的廢棄物得以中和，特別是含堿赤泥，原有的堿性及水硬性得以減弱或消除，達(dá)到以廢治廢的目的。

實驗條件下，赤泥的鈣利用率比石灰石的高，較石灰石具有更好的固硫性能．且在850℃～950℃溫度范圍內(nèi)，赤泥對溫度不太敏感，因此，赤泥可以作為循環(huán)流化床鍋爐的脫硫劑，起到以廢治廢的效果。赤泥比石灰石含有較多的FeO。和堿金屬鹽，在較低溫度下，其作用是提高了赤泥固硫反應(yīng)速率常數(shù)和有效擴(kuò)散系數(shù)．在高溫下，降低固體熔點而易導(dǎo)致燒結(jié)，因而存在適用的溫度范圍．赤泥中的Fe2O3和堿金屬鹽在l073 K～1223 K溫區(qū)促進(jìn)其固硫反應(yīng)的進(jìn)行。

赤泥煅燒后較石灰石具有較多的中孔和較大的比較面積，既可以有效防止固硫反應(yīng)后期擴(kuò)散控制階段反應(yīng)產(chǎn)物對小孔的堵塞，有利于反應(yīng)氣體的擴(kuò)散，又有足夠的反應(yīng)面積，鈣利用率較高。

3.2 赤泥利用的研究

目前，世界各國都加大了對赤泥利用途徑的研究，我國研究較多的是對赤泥進(jìn)行整體利用，國外研究較多的是回收赤泥中的金屬元素。赤泥綜合剩用的研究很多，部分研究內(nèi)容如下：

(1)研究開發(fā)環(huán)保陶瓷濾料

我國利用赤泥、粉煤灰、煤矸石等固體廢物生產(chǎn)新型環(huán)保濾料已經(jīng)過中試生產(chǎn)線的研究，中試生產(chǎn)的新型環(huán)保陶瓷濾料．經(jīng)過建設(shè)部水處理濾料檢測中心和溯北省疾病預(yù)防控制中心的檢測，過濾周期和去污效率優(yōu)于國內(nèi)現(xiàn)有濾料，替代石英砂，可大大節(jié)約反沖洗用水量�，F(xiàn)已小批量生產(chǎn)該產(chǎn)品，具有實施工業(yè)化生產(chǎn)的價值。

（2)用于生產(chǎn)凝石的研究

凝石生產(chǎn)對堿含量沒有特殊要求，且以硅鋁基為主，經(jīng)過高溫其有良好的火山灰化活性的赤泥正是生產(chǎn)凝石的良好原材料。清華大學(xué)根據(jù)赤泥特性將其用作凝石的生產(chǎn)原料，經(jīng)過了大量的研究和試驗，通過對赤混的組分、結(jié)構(gòu)與特牲和火山灰化活性優(yōu)化的全面研究，已建立了赤泥火山灰化活性優(yōu)化調(diào)控的機(jī)制及其活性評價體系，從理論上證明利用其作凝石的生產(chǎn)原料是可行的。該項技術(shù)已完全達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化推廣的各項要求。凝石技術(shù)對赤泥的大宗利用，將有可能解決我國鍋工業(yè)赤泥排放所造成的環(huán)境危害以及強趨嚴(yán)峻的資源與環(huán)境問題，對于推動我國鋁工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

（3)拜耳法赤泥同收鐵精礦技術(shù)研究

中鋁廣西分公司拜耳法赤泥中 Fe203，、TiO2含量較高，曾進(jìn)行了采用SLON立環(huán)脈動高梯度磁選機(jī)直接從濕赤泥中綜合回收高質(zhì)量鐵精礦的半工業(yè)試驗，當(dāng)赤泥品位TFel9％孵，獲鐵精礦品位含TFe54．2％，回收率達(dá)35．36％，當(dāng)赤泥品位TFe≥20％時，回收率及鐵精礦品位有望進(jìn)一步提高。該方法還使赤泥中麓鈦、鍵、鈮、鏡等有份金屬的90％以上富集于非磁性產(chǎn)品中，有利于進(jìn)一步綜合回收。

(4) 從赤泥中回收稀土元素

鋁土礦中REE、Sc、Nb、Ti的含量較離，可作為綜合利用元素。Ta、Ga、Rb、V、Ni、Co的含最較低，但因其能在氧化鋁生產(chǎn)過程中得到累積富集，因此也可加以綜合回收利用。前蘇聯(lián)有較多回收赤泥各稀土元素研究的報道，采用的方法也較多：有還原熔煉法、硫酸化焙燒、廢酸洗液浸出、硼酸鹽或碳酸鹽熔熔等各種方法。希臘科學(xué)家研究了不同濃度的鹽酸、硫酸、硝酸及SO2氣體壓力等浸出條件(如浸出時間、溫度、液固比)對浸出回收率的影響。硝酸浸出時，鈧的浸出回收率為80％，釔的浸出回收率達(dá)90％，重稀土（鏑、鉺、鐿)浸出回收率超過70％，中稀土(釹、釤、銪、釓)浸出回收率超過50％。輕稀土(鑭、鋪、鐠)浸出回收率超過 30％。由于硝酸具有較強的腐蝕性，且不能與隨后提取工藝的介質(zhì)相銜接。因此，大多采用鹽酸或硫酸浸出。越工藝側(cè)重回收鈧、釔，而其它稀土金屬回收率不高，特別是輕稀土的回收率較低。，同時還研究了赤泥用鹽酸浸出——離子交換和溶劑萃取分離提取鈧及釔與鑭系元素(REE)。我國對從廣西分公司拜耳法赤泥中提取氧化鈧進(jìn)行了初步試驗研究。

4結(jié)語

生產(chǎn)1t氧化鋁將產(chǎn)生赤泥(干)0.72—1.76t，一個氧化鋁廠每年要排出幾十到數(shù)百萬t的赤泥（干)。赤泥堆放需占用大量土地，而且赤泥附液pH值在12～14之問，赤泥堆放將可能對環(huán)境造成堿污染。因此，赤泥堆放是目前氧化鋁廠面臨一大環(huán)保問題。從資源利用、防治污染和保護(hù)土地資源綜合考慮，解決這一問題的最佳方式是先回收赤泥中的有價元素，再把赤泥整體應(yīng)用于生產(chǎn)水泥和其它材料，將赤泥徹底消化掉。

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