赤泥资源化利用进展的研究

赤泥资源化利用进展的研究李冬，潘利祥，赵良庆，史利芳，吴轩（中节能六合天融环保科技有限公司，北京100085）摘要：氧化铝工业产生大量的赤泥，赤泥的回收和综合利用对解决当前赤泥大量堆存有着重要现实意义。

本文论述了从赤泥中提取有价金属如铁、铝、钛、钪等的研究状况，以及赤泥在建筑、环保、农业三个领域中的综合利用情况。

由于赤泥排放量巨大且富含各种可回收利用的物质，从赤泥中提取高附加值产品以及开发能大量消耗赤泥的技术是赤泥资源化今后发展的重要方向。

关键词：赤泥；有价金属；建筑领域；环保领域；农业领域1 引言赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的最主要固体废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥。

按生产工艺主要分为烧结法赤泥、拜耳法赤泥以及联合法赤泥。

赤泥的产量因矿石品位与生产工艺不同而异，大体上每生产1t氧化铝同时产出0.6~1.8t。

目前，国内赤泥年排放量超过3000万t，除少部分应用于水泥生产、制砖等外，大多露天筑坝堆存，现今国内赤泥累积堆存已超过亿吨。

赤泥堆场建设不仅占用大量土地，而且维护费高昂，加重了氧化铝生产成本。

另外强碱性、高盐度的赤泥废液向地下渗透，造成周边土壤盐碱化及地下水源污染；而裸露的赤泥容易引起粉尘污染，危害人类及其它动物的健康，同时恶化生态环境。

同时，赤泥又是一种资源，含有大量的有用矿物。

其主要组分是SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2、K2O等，有用成分占总量75%以上，同时还含有少量锌、磷、镍、镓、锗和钒等元素。

因此，对赤泥进行回收及综合利用既能解决其带来的生态环境问题，又能带来可观的社会经济价值，具有重要的现实意义。

目前，国内外赤泥的资源化综合利用回收主要体现在四个方面：提取有用组分，如铁、钛、钪、铝等有价金属；用于建材生产，如生产水泥、砖、微晶玻璃、路基材料、填充材料等；用于环保领域，如污水净化、大气脱硫、土壤修复等；用于农业生产，如生产农用肥、改良能耕土层。

本文从上述方面对目前赤泥回收及综合利用技术及现状进行描述。

2赤泥中提取有价金属2.1赤泥中提铁技术拜耳法赤泥中铁平均含量最多，可达32%左右。

其赋存状态主要以弱磁性的赤铁矿Fe2O3为主，其次为FeO。

因此，可采用物理选矿技术对赤泥中铁进行回收，最主要的方法是采用高磁场强度磁选机。

中铝广西分公司采用两道高梯度磁选机等设备组成串级磁选生产线，对赤泥中铁进行别选，富集，每年可得到品位达55%以上的铁精矿22.88万t，这些从赤泥中提选的铁精矿作为钢铁冶炼工业的原料，每年实现销售收入5866万元。

采用熔炼技术回收赤泥中铁，主要是将少量赤泥与铁矿石混合再进入高炉中熔炼，虽然此方法能回收赤泥中少量铁，但从环保角度考虑，增加了炉渣处理的难度，不符合社会的可持续发展。

直接还原焙烧技术是近几年研究的热点，直接还原铁或叫海绵铁，同样可作为炼钢原料使用。

北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室[1]，采用模拟转底炉法，用无烟煤、氟化钙分别做还原剂，将焙烧温度控制在1400ºC下12min，可从高铁赤泥中分离出珠铁和渣。

转底炉法直接还原回收赤泥中铁技术，不仅使赤泥中铁回收率高，还有利于对赤泥中其它金属进行回收，目前该技术已在美国实现工业化生产，但国内尚在实验室阶段。

2.2脱碱提铝技术赤泥中铝的赋存状态为铝硅酸钠（Na2O.mAl2O3.nSiO2.xH2O），含量在5%～20%左右。

国内矿源产生的赤泥，可采用联合法回收，总回收率及产品质量均达到世界水平，而进口矿源产生的拜耳法赤泥，因其含铁较高，则不适用联合法，需寻求新的解决途径。

中南大学周秋生等人[2]研究了烧结法回收氧化铝技术，在最佳配料及工艺条件下，氧化铝回收率可达85～90%。

山东信法铝电集团有限公司采用自主研发的“赤泥综合利用脱碱提铝生产工艺”技术，投资16亿元建设了赤泥综合利用生产线，Al2O3和Na2O的提取率可达到50%和90%，截至到2013年1月份，第一条100万t生产线已进行试运行。

2.3稀有金属的回收技术金矿最低开采品位只有每吨1～4g，因此从赤泥中获取稀有金属钪是在我国脉金矿有效途一些赤泥中还含有丰富的稀有金属组分，如钛、钪、镓等元素，其中钛的赋存状态主要以CaTiO3和FeTiO4的复合形式存在[3]，钪、镓等稀土金属赋存状态主要以类质同象形式分散于铝土矿及其副矿物中[4]。

赤泥中钛的含量大约在2%～7%左右，而铝土矿中95%～100%的钛都遗留在赤泥中[5]，因此理论上赤泥可以作为工业回收钛的原料。

李星亮等人[3]先用盐酸浸出赤泥中Fe、AI、K、Na成分，Ti则富集在浸出渣中，浸出渣再采用硫酸酸化焙烧处理及脱铝除渣工序，得到富钛溶液，富钛液最后经过除杂、水解、锻烧，最终得到纯度为95%的钛白。

在赤泥中金属钪含量约每吨20g左右，而我国径。

杨志华等人[6]先从赤泥中酸浸出易容的氧化钠和氧化钙成分，再从余渣中酸浸溶出80%以上的钪。

然后再将含有钪的酸浸溶液先采用P204萃取剂进行粗萃取钪，之后用P350萃取剂进行二次萃取，最终得到含量在99%以上的氧化钪产品。

从赤泥中提取稀有金属，尚还再实验研究阶段，实验室内微量元素提取多采用萃取或离子交换法，会产生大量废水，加大了环保处理难度，且富集后的稀有金属含量较低，工业化后是否有经济效益，尚待实践证明。

3赤泥的综合利用3.1 用于建筑领域由于烧结法赤泥中含有大量的2GaO·SiO2及其亚粘土特性，因此可以将其用于水泥、砖、陶瓷、混凝土、路面材料、微量玻璃及塑料等。

国内外大量研究及实践表明，赤泥可用于生产多种型号的水泥。

中铝山东铝厂借鉴前苏联的经验，1963年建成了全国第一座利用赤泥生产水泥的水泥厂，50多年来利用赤泥湿法生产了3000万t水泥，共消化赤泥800万t以上。

2003年，该公司新建了新型干法水泥熟料生产线，赤泥掺杂量达到45%，并提高了水泥质量（由425#提高到525#），目前年产能超过300万t [7]。

近年来研究表明利用赤泥为主要原料可以生产多种砖，包括免蒸免烧砖、粉煤灰砖、陶瓷釉面砖以及黑色颗粒料装饰砖等。

将赤泥、粉煤灰、石渣等工业废料以适当比例混合，加入固化剂，加水搅拌后直接压制成型并养护，可制出符合国标的免蒸养砖。

以赤泥、粉煤灰及煤矸石为原料，可以制成烧结砖，在赤泥掺加量小于30%时，都可以烧出符合国家烧结普通砖的标准的烧结砖[8]。

目前已研制出利用赤泥、粉煤灰等加入一定的天然矿物添加剂制备出的高性能的艺术型清水砖，孔隙率达到40%～50%，抗折强度可达到50～85MPa[9]。

2008年，中铝山东分公司利用赤泥制砖试生产近10万块赤泥标准砖及多孔砖[10]。

利用赤泥作为路基材料是一种赤泥大量消耗的应用方式。

赤泥用作路基材料具备成本低廉、性能优良的优点，具在广阔的市场应用前景。

2005年，中铝山东分公司利用烧结法赤泥修建了一条4km长的赤泥路基示范性路段，性能达到了石灰稳定土的一级和高速路的高度要求[8]。

2008年，由该公司提供配方，再次在淄博市铺筑了一条500m 长，27m宽的试验路段。

目前，两条试路路段运转良好[10]。

在国内外都有赤泥生产微晶玻璃的报道，例如，吴建锋等报道了采用烧结法和熔融法制备赤泥质微晶玻璃，赤泥的含量高达50%[11, 12]。

赤泥还可用作塑料功能性填料，由于赤泥特有的化学组成，使其具有良好的抗老化性能及热稳定性能，因此制品是普通聚氯乙烯（PVC）制品寿命的2~3倍；由于赤泥的流动性要好于其它填料，这就使塑料具有良好的加工性能，同时具有较好的耐酸、碱性和更强的阻燃性[13]。

同时赤泥还用于生产多孔陶粒、绝热材料等。

3.2用于环保领域赤泥可用于水处理、大气处理及土壤修复等环保领域。

2.2.1 水处理赤泥具有良好的吸附性能，经水洗、酸洗及焙烧活化等处理后，可以制备出性能良好的无机吸附材料，可用于吸附水中的Cd2+、Hg2+、Pb2+、Ni2+以及Cu2+等重金属离子，F-及PO43-等无机污染物，同时也可用于有机废水的脱色、COD去除及放射性废水的处理[14-16]。

赤泥中含有大量铝、铁及硅酸盐，因此可用于制备聚合氯化铝、铁絮凝剂及新型聚硅酸盐类无机高分子絮凝剂。

庞世花等[17]利用拜耳法氧化铝生产产生的赤泥和工业盐酸为主要原料并添加适量粉状铝酸钙，制备出絮凝剂聚合氯化铝铁，其物理化学指标和絮凝效果优于一些传统的絮凝剂。

同时，赤泥可与粉煤灰及煤矸石等固体废弃物为主要原料生产新型环保陶瓷滤料，可用于替代石英砂用于饮用水过滤处理[10]。

2.2.2大气处理赤泥中含有大量的固硫成分如Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO及Na2O等以及比表面积大，可用于代替石灰/石灰乳湿法脱硫。

由于赤泥中存在溶解性的碱，能够吸收SO2、SO3、H2S等酸性含硫气体，因此净化效果更好，并且赤泥经过吸收这些酸性气体后，更易于综合利用。

赤泥用于废气处理分干法和湿法两种，目前，两种方法均已应用于废气净化处理，且都获得较高的脱硫效。

据报道，赤泥经干燥、焙烧活化处理后，用于500ºC下处理含硫为0.2%的发电厂废气，脱硫率达100%，经10次循环后，脱硫效率仍达93.6%[18]。

另外，赤泥也可用于生产新型燃煤脱硫剂，例如，2009年中铝山东铝业成功开发出活性高、固硫效果好的循环流化床锅炉用燃煤固硫剂。

赤泥用于脱硫具有吸收能力强、选择性好、化学稳定性好，黏度小、稀释后对设备腐蚀性小、价廉易得、不易产生二次污染等众多优点，并且具有广阔的市场前景，是实现以废治废的有效途径，有着很好的经济效益和社会效益[8]。

另外，由于赤泥中含有大量的碱，可以用于吸收CO2，JonesG.等发现赤泥可以快速大量吸收CO2[19]。

2.2.3土壤修复由于赤泥本身具有良好的吸附性能，尤其是重金属。

因此，可以将赤泥用于重金属污染的土地进行修复。

赤泥对土壤中的Cu2+，Ni2+，Zn2+，Pb2+，Cd2+等重金属离子有较好的固着作用，使其由可交换态转变为键合氧化态，从而降低重金属离子的活动力和反应性，有利于土壤中微生物和植物的生长。

研究表明，经赤泥修复后的重金属污染土壤孔隙水中的重金属含量大大下降，例如，Zn 含量由50~100 mg/L降至5 mg/L；同时，土壤中微生物含量得到了提高，农作物种子及叶子中的重金属含量大为降低，例如，实验莴苣叶子中Zn，Ni，Cu的含量分别降低了97.1%，98.2%，99.1% [20]。

3.3用于农业领域赤泥中含有大量的钙、硅、钾、磷，同时还含有数十种农作物必需的微量元素，及具有一定碱度。

赤泥经脱水后，在高温下烘干活化并磨细后，即可配制硅钙农用肥。

对于酸性土壤有一定的调节作用，可作为基肥改良土壤；对缺钙、硅、钾、磷及相应微量元素的土地有一定的增产作用。