氫氧化鋁生產中赤泥的處理與處置

韓福彬 趙睿明

摘要：對于拜耳法生產過程中產生的赤泥采用干法堆存，應考慮渣場方案選擇、渣場的布局及防滲、壩工設計等內容。并對其可能產生的風險事故做好預防措施。

關鍵詞：拜耳法赤泥干法堆存渣場防滲

1、概述

電解鋁產業是我國重要的產業之一，而從鋁土礦到電解鋁分為兩個大的工藝流程，氧化鋁生產和電解鋁的生產。其中氧化鋁的生產目前普遍采用拜耳法，基本流程包括：礦石的粉碎與細磨，礦石溶出，稀釋，分解，泥渣和氫氧化鋁的分離洗滌，氫氧化鋁的煅燒，碳酸鈉的苛性化以及母液蒸發等過程。

在拜耳法生產氫氧化鋁過程中，生成的固體廢物主要為經過洗滌和壓濾后的赤泥（含水率30%左右）、石灰消化產生的消化渣和高壓溶出、赤泥分離等工段設備敲擊下來的結疤渣。

2、赤泥的處理與處置

2.1 赤泥渣場的選擇

對于產生的赤泥等固體廢物，目前采用的主要處理處置方式是選取渣場進行堆存，而渣場方案的選擇顯得十分重要。

赤泥渣場選擇應經環境地質調查，對于場地及其外圍應未發現滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降及地裂縫等與地質作用有關的地質災害，場地整體穩定性較好。場地應屬抗震有利地段，場地處于抗震設防烈度6度區，場地土除殘坡積層外，基本為硬質厚塊狀巖體所構成。場地、環境、地基和抗振等穩定性均較好，場地建筑適宜性較好。場區水文地質條件簡單，地下水埋藏深度較大，對砼和建材無腐蝕性。

2.2 赤泥堆存方法

赤泥干法堆存與傳統濕法堆存相比，輸送至渣場的赤泥較低，干法赤泥含水只有濕法的1/5～1/6，從而大大降低了赤泥附液滲漏污染環境的風險。赤泥經壓濾后（含水率一般在25%～30%）用汽車運輸至赤泥渣場進行干法堆存。干法赤泥渣場一般先構筑初期壩，平均壩高10m～15m。在整個渣場內采用分區設庫，分區布料、分區進行干燥筑壩，以每級6m的高度向上構筑子壩，不斷向上延伸。渣場運行管理的主要內容是實施渣場均勻布料；利用機械輔助干燥赤泥；赤泥分離附液進入回水池后送回氫氧化鋁廠內；赤泥子壩外邊坡植被綠化護坡。

2.2.1 總體布局

渣場采用斜坡填埋，設置2個分格庫區，庫區分隔的中間壩在進行中由赤泥形成，每個小區設置2座窗口式排水豎井，收集赤泥附液河庫區垂直降雨。每個庫區底部整平標高坡向排水豎井，滲透到庫區底部的赤泥附液由底部濾水層收集到排水豎井。表面分離的赤泥附液和降落到赤泥層表面的雨水通過窗口進入排水豎井。整個渣場底部設置鋼筋線排水廊道，連接各庫區排水豎井。

2.2.2 壩工設計

壩工設計包括初期壩、中間壩和子壩三種。初期壩壩高按至少滿足3年庫容設計；中間壩為碾壓式赤泥壩，用于分隔各庫區，為節約基建投資，增加渣場庫容，中間壩可不采用土石壩，而是由渣場管理部門在生產運行中逐步構筑；各庫區初期壩堆滿后，將輪流進行赤泥子壩填筑，包括中間子壩和子外壩。子外壩完成后即可投入運行。

子壩填筑前，需對做為子壩壩基的赤泥層進行加固處理，直至2m深度內壩基干容重滿足1.8g/m3的控制要求。子壩壩頂路面應以1%坡度坡向外坡面。壩腳設置400mm寬漿砌石排水溝，收集子壩坡面雨水，并用鋼管沿初期壩外坡面排出庫外。子壩全部完成后，內坡面應及時放料形成保護層。外坡面應先鋪設300mm厚腐殖土，再種植草皮，保護外坡面。

在壩的下部設一收集水池，用于收集赤泥滲濾液。收集的滲濾液由防腐槽車運回廠區內，經污水處理站處理后回用于生產系統。

2.3 赤泥渣場防滲

防滲層采用耐堿復合土工膜（兩布一膜，膜厚1.5mm，總厚度不小于4.2mm）。土工膜上部設置保護層，下部設施墊底。滲透系數可小于1×10-12cm/s。此襯層系統除具有達到防滲標準外，還具有抗化學反應性、持久性、抗滲透性、沉降變形時抗斷裂性及施工方便等特性。

墊層采用300～500mm厚壓實粘土層，粘土層下鋪設300g/m2透水土工布，保護墊層免受地下水侵蝕、淘空。保護層采用300～500mm厚壓實粘土層，保護層粘土采用場平中產生的場地除耕植層外的原有第四系覆蓋土。

2.4 渣場封場

在渣場停止使用后頂面覆蓋一層粘土（500mm）并壓實，減少地表徑流進入壓實赤泥層，影響赤泥層強度。粘土層上覆蓋一層自然圖（500mm），再根據需要覆一層營養土（200mm），土表面進行綠化，總覆土厚度1m。2～3年后，渣場基本固結穩定后可作為經濟林用地或其他城市規劃用地，恢復原有生態環境。

3、渣場風險事故防范

3.1 防護措施

3.1.1 渣場周邊坡防護

渣場外邊坡是影響固廢庫的重要環節。應注意保持庫外邊坡和山體的穩定。強化防止產生滑坡泥石流的工程措施，主要是建好護坡。

3.1.2 固廢堆積

堆放場地要充分考慮固廢堆存對固廢堆場基地的壓力分配均勻。要避免固廢壓力向某一個方位傾斜，避免攔渣壩因受力不均導致攔渣壩變形、位移，并導致在不利氣候條件，輕度地震或其他不利情況下發生攔渣壩坍塌的風險。

3.1.3 尾礦庫設施防護

對因地基問題引起排洪設施傾斜、沉陷斷裂和裂縫的，應及時進行加固處理，必要時，可新建排洪設施；對地基情況不明的，禁止盲目設計；對停用的排水井，應按設計要求進行嚴格封堵；對壩體浸潤線過高、抗滑穩定性不足的，應增設排滲降水設施。

3.2 風險防范

3.2.1 暴雨風險防范

對防洪、調洪能力不足的，要應用當地最新版本水文手冊中的小流域或特小流域參數重新進行洪水計算和調洪演算。經計算確認尾礦庫防洪能力不足時，應采取增大調洪庫容或擴大排洪能力的措施。

3.2.2 地震風險防范

設計上應進行專門實驗研究，采取可行措施，降低浸潤線；廢石壓坡，增加壓重；加密壩體，提高相對密度。