赤泥的资源化利用

赤泥的资源化利用

摘要：:赤泥是氧化铝工业生产中的主要废料,对环境造成了严重污染。本文简述了赤泥的特性,介绍了近年来赤泥在金属回收及制备新型建材等方面的综合利用现状,以期为赤泥的有效利用找到新的途径。

关键词：:赤泥;氧化铝;综合利用

赤泥是氧化铝生产过程中产生的固体废渣,我国各铝厂每年排放赤泥一千多万吨,大都将赤泥在堆场堆放,筑坝湿法堆存,或赤泥干燥脱水后干法堆存。赤泥的堆存不仅占用大量土地和农田,晒干的赤泥形成的粉尘到处飞扬,破坏生态环境,造成严重污染,赤泥中的许多可利用成分还得不到合理利用,造成了资源的二次浪费。随着铝工业的发展和铝土矿石品位的降低,赤泥量将越来越大,因此赤泥的综合利用正成为日益重要的研究课题,倍受各国科技工作者的关注。

一.赤泥的特性

赤泥是在从铝土矿中提炼氧化铝的过程中形成,主要成分为SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3 ,其各组分含量又因铝土矿的产地和氧化铝的生产工艺不同而异。赤泥中含有多种可再生利用的氧化物和有用金属元素,这点成为赤泥再生利用的基础。利用赤泥中含有较高的CaO、SiO2 可生产硅酸盐水泥及一些专用水泥;利用它的SiO2、Al2O3、CaO、MgO 含量特征及少量的TiO2、MnO、Cr2O3 ,可以生产特种玻璃;同时,赤泥中含有丰富的铁、钪、钛等有用金属元素。

二.赤泥的危害

1.赤泥大量堆存，占用土地，浪费金钱

赤泥作为生产铝后得到的废渣，目前对赤泥的利用率还很低，大量的赤泥只能以堆积的形式进行处理，赤泥的贮存不仅需要占用大面积的土地及投入巨额资金筑坝，同时也需要耗费较多的堆场建设和维护费用，用于堆放赤泥的土地费用占Al2O3产值的1%~2%。

2.浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患

因为赤泥中含有大量的稀土金属及其他稀有元素，而赤泥却随意堆置。同时，又因为赤泥的pH值很高。其中浸出液的pH值为12．1～13．0，氟化物含量11．5～26．7 mg·L。赤泥的pH值为10．29～11．3，氟化物含量4．89～8．6，因此，如果赤泥淋滤液下渗，将会引起地下水体的水质硬度增加，有时甚至造成更严重的砷、铬等元素污染水体，赤泥堆场下游的地下水是受赤泥影响的主要对象，在未采取防渗措施的赤泥堆场附近，高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH 值升高，存在地下水中总硬度及pH 值升高，超过地下水III 类水质标准的现象，地下水总硬度最高的接近1600 mg/L(超标 2.53 倍)，pH 值达11.2(标准6.5~8.5)。赤泥中所含的氟化物也是水体污染的另一个主要的污染物质。

3.粉尘污染

赤泥的粒度因生产工艺有很大的差异，当赤泥脱水风化后，表层的粘结性变差，容易引起粉尘污染。晒干的赤泥形成的粉尘到处飞扬破坏生态环境，而且贮灰场中的赤泥由于风蚀扬尘影响能见度，造成严重污染。但在生产运行期，由于堆场表层一直在排放赤泥浆液，湿度较大，不会引起粉尘污染。其粉尘污染与沙尘暴类似。

4.影响植物生长环境

赤泥的强度碱化，会扰乱植物根系正常的生理活动，影响植物对养分的吸收，所以大多数植物都不适宜在赤泥堆场过的土壤中生长。赤泥及其附液的强碱性对地下的粘土层具有极强的盐碱化作用，其强碱性和附液可改变地下粘土层的结构和化学成分. 赤泥堆存过的土壤基本不可能被复垦和种植植物。

三.赤泥的综合利用

1.稀土元素钪的提取

目前赤泥提钪的方法主要有还原熔炼法和酸浸—提取法,前者是将赤泥先行还原

除铁、炉渣提氧化铝后, 再用酸浸—萃取(或离子交换) 法或其他方法回收钪;后者是将赤泥进行酸浸处理,使钪转入溶液,然后酸浸液再萃取(或离子交换) 回收钪。结果表明，在浸出剂浓度均为0.5 mol/L、温度为25℃、浸出时间为24 h、固液比为1:50 条件下，其浸出率依次为硝酸>盐酸>硫酸，但相差不是太大，其中硝酸浸出时，钪的浸出回收率为80%，钇的浸出回收率达90%，重稀土(镝、铒、镱)浸出回收率超过70%，中稀土(钕、钐、铕、钆)浸出回收率超过50%，轻稀土(镧、铈、镨)浸出回收率超过30%。由于硝酸具有较强的腐蚀性，且不能与随后提取工艺的介质相衔接。因此，大多采用盐酸或硫酸浸出。此工艺侧重回收钪、钇，而其他稀土的回收率不高。即使如此，这其中还存在着一些难题。例如，大量使用酸易造成废水的回收难度增加，同时，也增加了经济成本，更为重要的是用酸浸法只能处理少数地方所产生的赤泥，才会有经济效益，在大范围应用中有局限性。因此，对稀土金属的提取还有待研究。

2.赤泥制作建筑材料

利用赤泥为原料生产多孔硅酸盐制品生产加气混凝土砌块，其容重、抗压强度均符合国家标准，赤泥加气混凝土的生产工艺与其他加气混凝土基本相同，且赤泥不需再次煅烧，也不需再烘干。因此，其生产成本经济，生产工艺可行。赤泥加气混凝土是加气混凝土的新品种，已成为综合利用赤泥的新途径。

3.赤泥净化废水

赤泥颗粒对水体中的 Cu2+、Zn2+、Pb2+、Ni2+、Cr6+、Cd2+等重金属离子具有较好的吸附作用。赤泥对这些重金属离子的高吸附能力归结为赤泥中氧化物矿物的表面反应活性。吸附柱实验研究表明，赤泥吸附剂具有工业应用价值，可直接用处理后的吸附柱，使被吸附的金属脱附，吸附剂可以重复使用，废水中盐类物质的存在也不会影响吸附效果。

4.赤泥用于燃煤脱硫

就目前实际应用的去除SO2各类方法中，以石灰石灰法最多，占87％以上。其原理是利用碱金属钙的化合物与烟气中的SO2发生化学反应，生成硫酸盐或亚硫酸盐。就目前实施的情况看，一方面，这一净化方式应用中的主要障碍仍然是运行成本问题，因为石灰石脱硫方法，不论采用哪一种方式，对钙化合物的粒度要求都很高，一定要达到微米级才符合工艺要求。即使今后研制出了高效粉碎设备，使粒度比较容易达到要求，但仍需耗用大量石灰石资源。虽然这样，又因赤泥的大部分成份为碱金属，与SO2有很强的反应活性，同时由于氧化铝生产的特点，外排赤泥的粒度也很小，完全符合脱硫过程的粒度要求。综合计算，赤泥脱硫的有效成分高于CaO含量50％左右的石灰石。赤泥有很小的粒度和非常大的比表面，分析数据表明，粒度小于45 m的赤泥占总量50％以上，比表面积可达到10～20 m2g-1，小粒径及较大的大比表面积均可加大化学反应速度和反应深度，符合脱硫过程中的粒度要求。但是另一方面，其中还存在一障碍。即是如何处理以废制废后所得到的产物，所得到的产物：硫酸盐、亚硫酸盐等物质应如何处理。这些产物是否会造成二次污染。在处理这些产物的同时，会不会影响整体的经济效益。

通过以上的理论分析，用赤泥代替石灰石／石灰乳进行烟气脱硫是可行的，经过脱硫反应。2种对环境十分有害的废弃物将会得以中和，特别是含碱赤泥，经与烟气中的二氧化硫反应后，原有的碱性及水硬性得以减弱或消除，达到了以废治废的目的。

5.放射性元素处理

土耳其研究者研究用赤泥吸附水中的放射性元素Cs137、Sr90。赤泥使用前要经过水洗、酸洗、热处理三个步骤，以产生类似吸附剂的水合氧化物。赤泥的表面处理有助于Cs137 吸附，但热处理对赤泥表面吸附Sr90的活性点不利，导致对Sr90 吸附能力不高。据日本报道，用酸活化过的赤泥吸附水中的铀，然后用碱液解脱，铀回收率达97%，使用过的赤泥可用35%盐酸再生。四.赤泥的发展展望

赤泥综合利用工作应该主要围绕大量消耗赤泥为主，以开发赤泥的高附加值产品