拜耳法赤泥脱碱研究现状_朱晓波

第33卷第9期

硅酸盐通报Vol．33No．92014年9月BULLETIN OF THE CHINESE CEＲAMIC SOCIETY September ，2014

拜耳法赤泥脱碱研究现状

朱晓波，李望，管学茂，马娇

（河南理工大学材料科学与工程学院，焦作454000）

摘要：叙述了拜耳法赤泥脱碱的意义以及我国拜耳法赤泥的物理化学性质以及物相特点，

结合国内外拜耳法赤泥脱碱研究现状，总结了目前拜耳法赤泥脱碱工艺存在的问题，并提出了拜耳法赤泥高效脱碱的建议和意见。

关键词：拜耳法赤泥；脱碱；综合利用；稀有金属；建筑材料

中图分类号：TD98文献标识码：A 文章编号：1001-

1625（2014）09-2254-04Ｒesearch Status on Dealkalization of the Ｒed Mud by Bayer Process

ZHU Xiao-bo ，LI Wang ，GUAN Xue-mao ，MA Jiao

（Henan Polytechnic University ，School of Materials Science and Engineering ，Jiaozuo 454000，China ）

基金项目：河南理工大学博士基金（B2014-

012）作者简介：朱晓波（1985-），男，讲师，博士．主要从事二次资源综合利用及矿物化学提取方面的研究．Abstract ：The significance of dealkalization on the red mud of Bayer process was described．The

chemical and physical properties and phase characteristics of the red mud were expounded．The existing

problems on the dealkalization process were summarized and the suggestions on efficient dealkalization of

the red mud of Bayer process were put forward according to the research status on dealkalization of the red

mud of Bayer process at home and abroad．

Key words ：red mud of bayer process ；dealkalization ；comprehensive utilization ；rare metals ；building

material

1引言

赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的尾渣，因其含有一定量的赤铁矿而成红色，故称之为赤泥。拜耳

法提铝工艺以其能耗低和效益好的特点，得到了国内外氧化铝厂的广泛应用［1］。拜耳法赤泥是一种碱性污

染源，矿物组成及化学成分较复杂，全球每年生产总量达7000余万吨，其中中国每年赤泥产生量为3000多万吨。堆存赤泥筑坝不仅会造成地下水体和土壤污染，同时由于赤泥的粒度极细，还会随风飞扬造成空气污染，因此必须采取有效的措施处理该类固体废弃物。目前，拜耳法赤泥的综合利用主要包括以下三个方面：

一是制备建筑材料，如免烧砖、蒸压砖、陶粒等［2］。二是提取其中的有价金属，如浸出提铝［3-5］，磁化焙烧选

铁［6，7］，酸浸提取钪、

钛、钒等稀有金属［8-12］。三是制备吸附材料，应用于废水处理。由于拜耳法提铝工艺是采用强碱（NaOH ）高温溶出铝土矿中氧化铝的过程，故此该工艺产生的尾渣（拜耳法赤泥）中游离碱和结构碱含量均较高，同时几乎不含2CaO ·SiO 2等活性成分，很难直接应用于建材行业。拜耳法赤泥中含有多种

有价金属，例如除铝、铁等常见金属外，还包括钪、钛、钒、铅和其他稀土金属等

［13-16］

。从拜耳法赤泥中提取有价金属一般需采用湿法冶金中的酸浸工艺，因此拜耳法赤泥在酸浸之前若不进行预先脱碱，会导致浸出过程酸耗量大、成本高等问题。在赤泥制备吸附材料之前，若不进行预先脱碱，吸附材料在应用过程中，其结构中的碱会溶解到废水中造成二次污染。

第9期朱晓波等：拜耳法赤泥脱碱研究现状2255

综上所述，拜耳法赤泥碱含量过高是制约其综合利用的关键因素，脱碱工序是其进行下一步综合利用的必要前提。

2拜耳法赤泥的物化性质

拜耳法赤泥是铝土矿在碱性介质中高温溶出产生的废渣，其中主要的矿物组成为赤铁矿（Fe2O3）、水化石榴石（Ca3Al2（SiO4，CO3，OH）3）、钙霞石（Na6CaAl6Si6（CO3）O24·H2O）、钙钛矿（CaTi4O9）、氧化铝

（Al

2O

3

）、铁钛矿（Fe

9

TiO

15

）等。根据赤铁矿含量的不同，拜耳法赤泥的颜色可呈灰红色、深红色和暗红色。

其粒度一般在2 32μm之间，孔隙较少。由于原料性质及氧化铝生产工艺参数的不同，产生赤泥的化学成分也不尽相同。通常拜耳法赤泥的化学成分主要包括Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、Na2O和MgO，其中Na2O的含量一般在6% 12%之间，此外还含有一定量的TiO2、Sc2O3、V2O5和稀土元素等。

3拜耳法赤泥脱碱研究

华中科技大学、东北大学、中国科学院过程工程研究所、中国矿业大学、郑州大学、青岛理工大学等国内诸多高等院校和科研院所的学者们均对拜耳法赤泥的脱碱进行了相关的研究，同时提出了多种脱碱工艺，研究现状如下所示。

3．1实验方法及标准

张国立等［17］提出了拜耳法赤泥水洗脱碱的方法，实验所用赤泥中含有大量的Al2O3、SiO2和Fe2O3，三者含量总和占赤泥总量的72．26%，此外碱性氧化物主要是Na2O，含量为12．74%。实验主要考察了洗涤水用量、温度、时间以及洗涤次数对赤泥脱碱效果的影响。研究表明水的用量与水温对赤泥浆液的pH值影响不明显。当液固比大于3ʒ1时，浆液中的钠离子浓度将维持在一定的水平。水温对赤泥料浆中钠离子浓度的影响不明显，浸泡时间与洗涤次数对赤泥浆液的pH值和钠离子浓度影响较大，随着浸泡时间的延长，pH 值和钠离子浓度均有所提高，说明有更多的碱从赤泥中析出。随着洗涤次数的增加，pH值和钠离子浓度均显著降低，说明赤泥中大部分的碱已被水除去。最终得出结论：在室温条件下，液固比为5ʒ1，浸泡时间为1 d，洗涤次数为5次以上，可去除赤泥中95%的钠离子。

张乐观等［18］也提出了水洗处理赤泥的初步脱碱研究，实验原料的主要化学成分：Na2O为8．31%、Al2O3为25．45%、SiO2为26．1%、CaO为20．21%、Fe2O3为8．84%和TiO2为5．13%。主要考察了洗涤次数和洗涤温度对脱碱效果的影响，研究结果表明：首次洗涤所得洗涤液中碱的质量浓度较高，6次洗涤液的平均质量浓度在2．44 2．72g/L，其中冷水洗涤赤泥所得的溶液质量浓度最高。不同温度条件下洗涤赤泥，回收碱的效率相差不明显，前3次洗涤碱的回收量占总量的70%以上。冷水洗涤赤泥回收碱的质量最多，经过6次洗涤后，每克赤泥中最终回收的氢氧化钠的质量最高达8．18mg。

3．2湿法碳化脱碱工艺研究

王志等［19］研究了拜耳法赤泥的湿法碳化脱碱工艺，利用二氧化碳对具有强碱性的拜耳法赤泥进行加压脱碱实验，该赤泥的化学成分：Fe2O3为26．06%、Al2O3为27．67%、SiO2为27．91%、Na2O为12．51%、CaO 为2．28%、TiO2为1．98%和MgO为0．18%。研究结果表明：在CO2气流量为0．3L/min，反应温度为50ħ，液固比为7ʒ1，反应压力为4MPa，反应时间为2h条件下，拜耳法赤泥的脱碱率达到50%以上。同时初步分析了该过程的脱碱机理：拜耳法赤泥中碱性物质成分复杂，且含量远高于其他生产工艺产生的赤泥。拜耳法赤泥中的碱主要包括残留于赤泥中的NaOH、Na2CO3以及在熔炼过程中形成的偏铝酸钠（NaAlO2）、硅酸钠（Na2SiO3）、沸石类物质钠硅渣（Na2O·Al2O3·1．7SiO2·2H2O）和铝土矿与强碱液形成亚稳态、无定形态的非溶性碱性物质。在加水搅拌过程中，附着于赤泥颗粒表面的碱溶于反应体系中，并在赤泥颗粒表面与溶液界面处形成溶解平衡。当CO2进入反应体系后，一方面与赤泥中碱发生反应，改变了原来的碱溶解平衡体系，造成液固界面的碱浓度差，致使赤泥中的碱不断溶解。另一方面CO2与处于亚稳态、无定形态的非溶性碱性物质发生反应，生成可溶性盐溶于溶液中，最终完成脱碱反应。