赤泥綜合利用的工業化方法簡述

于水波，董菲，楊曉玲

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110000）

赤泥是氧化鋁生產過程中產生的工業廢棄物，處理三水鋁石氧化鋁廠的固體殘渣因富含氧化鐵而呈紅色。我國沿海地區的氧化鋁廠主要處理澳大利亞、幾內亞、印尼等地區的三水鋁石礦，這些礦的赤泥中含氧化鐵、氧化鋁、二氧化硅、鈉硅渣、二氧化鈦、有機物和其他微量金屬元素，其中幾內亞礦赤泥中富含氧化鐵。赤泥的附液因含有低濃度的氫氧化鈉而呈堿性。

2018年中國氧化鋁產量累計超過7000萬噸，居于世界首位，在擁有龐大的氧化鋁產量的同時，我國的赤泥排放量和歷年的堆存量也非常驚人。生產氧化鋁的干赤泥排放量因礦石而異，一般為1～1.5噸干赤泥每噸氧化鋁，推測2018年我國的干赤泥排放量應在0.7～1.05億噸之間。如此大的赤泥排放量將給環境、生態、安全造成巨大壓力，因此赤泥的綜合利用成了迫在眉睫的問題。

1 現有的赤泥綜合利用技術介紹

目前，赤泥綜合利用仍屬世界性難題，國際上對赤泥主要采用堆存覆土的處置方式。我國赤泥綜合利用工作近年來得到各方面的高度重視，開展了跨學科、多領域的綜合利用技術研究工作，如赤泥提取有價金屬，配料生產水泥、建筑用磚、礦山膠結充填膠凝材料、路基固結材料和高性能混凝土摻合料、化學結合陶瓷（CBC）復合材料、保溫耐火材料、環保材料等。但這些研究中的大部分尚處于實驗室階段，并未實現產業化。[1]以下為幾種赤泥綜合利用技術。

（1）低成本赤泥脫堿技術

（2）高鐵赤泥及赤泥鐵精礦深度還原再選鐵技術

（3）赤泥制備路基固結材料技術

（4）赤泥循環流化床鍋爐脫硫技術

（5）燒結法赤泥生產高性能混凝土摻合料技術

（6）赤泥生產新型建筑材料技術

（7）赤泥制備環境修復材料技術

（8）拜耳法高鐵赤泥強磁選技術

（9）拜耳法赤泥砂作為水泥生料中的硅質原料生產干法水泥技術

（10）赤泥生產化學結合陶瓷（CBC）復合材料技術

（11）綜合回收赤泥中多種有價組分技術

以上各項技術在各個相關單位的不斷研究和探索的情況下，都取得了一定的成進展，但現在取得工業化成果的并不多。大規模的赤泥綜合利用項目除了考慮技術上的可能性，還要進行小試、中試、工業化試驗，并考核經濟性、產品的市場、對環境的影響等一系列問題。赤泥成為有危險性的固體廢棄物，主要的原因在于赤泥中含堿，而現有的赤泥的鈣化、碳化等脫堿技術處理溫度高、且加入大量的石灰使脫堿后的赤泥量進一步增加，經濟性還有待考察。燒結法因能耗高、經濟性差等原因，在國內屬于落后氧化鋁產能，赤泥產量小。上述的十一種赤泥綜合利用辦法中，已經進行工業化生產的方法有三個，即赤泥強磁選提鐵、赤泥制磚和赤泥改性路基，以下將對這三種方法分別進行闡述。

2 赤泥強磁選提鐵

赤泥強磁選提鐵適用于鐵含量較高赤泥，如幾內亞礦和廣西礦赤泥。赤泥強磁選提鐵的流程為赤泥漿液經氧化鋁廠赤泥沉降倒數第二級洗滌底流泵輸送到赤泥緩沖槽，同時熱水也從氧化鋁廠熱水站經熱水泵輸送到赤泥緩沖槽，在赤泥緩沖槽內進行固含調節，待固含達到要求后，赤泥漿液自流進入圓筒隔渣篩。經圓筒隔渣篩分離出的大顆粒赤泥固體粗渣作為尾礦進入尾礦槽，通過圓筒隔渣篩的赤泥漿液自流進入中磁機。在中磁機中將鐵屑選出作為精礦進入一次強磁精選機，通過中磁機的赤泥漿液自流進入一次強磁粗選機。在一定的強場下，將鐵礦從赤泥中選出進入一次強磁精選機。一次強磁粗選機分選后的赤泥漿液進入二次強磁粗選機，尾礦進入總尾礦槽泵送入沉降末次洗滌槽，鐵礦進入二次強磁精選機，再次經過磁選以提高鐵礦石的品位，磁選出的鐵礦作為精礦進入鐵精礦濃密槽，分選后的鐵礦漿液作為尾礦與二次粗選尾礦合流。從濃密槽出來的溢流液作為一次強磁精選機的沖洗水返回工藝流程進行循環，濃密機的底流通過底流泵輸送進入壓濾機。經壓濾機壓濾后的鐵精礦通過皮帶機輸送到鐵精礦堆場，壓濾后的濾液進入濾液槽，濾液作為二次強磁粗選機的沖洗水返回工藝流程進行循環。鐵精礦堆場內設有抓斗天車用于取料，汽運精礦出廠。[2]廣西某氧化鋁廠的赤泥中三氧化二鐵含量平均43%左右，每年的赤泥量105萬噸左右。擁有110萬噸／年赤泥選鐵生產線，年可以產鐵精礦約11萬噸。

3 赤泥制磚

赤泥燒結磚工藝是將頁巖、爐渣等原料進行破碎、篩分獲得顆粒級配合格均勻的原料，利用定量給料機將赤泥、爐渣、頁巖等原料按比例進行摻配均勻（其中赤泥比例占40～50%，均為選鐵后赤泥），待陳化后使用。物料經擠出、切坯、運坯、碼坯等自動設備碼放于窯車上面，利用焙燒窯冷卻帶余熱形成的熱風將碼放好的磚坯進行干燥脫水，干燥后的磚坯含水率降到3%以下。后用擺渡車將干燥合格的磚坯送入隧道窯進行預熱和焙燒，在燒結過程中采用“低溫慢燒”技術進行燒結。焙燒后的產品經過保溫、冷卻后用液壓頂車機頂出隧道窯，成品磚出窯后經卸垛機、叉車運出后進行外售。

圖1 赤泥燒結磚生產線

赤泥透水磚屬于赤泥制磚的另一種，屬于專利技術。該技術解決了赤泥堿金屬、重金屬的溶出問題，使其在透水鋪裝材料領域可作為原料安全使用，其赤泥廢渣綜合利用率可達50%～70%。山東某公司投資4000余萬元建設日產3000平方米生態赤泥透水磚全自動生產線，現已批量生產。該生產線現可生產各種型號、規格鋪路磚、廣場磚、六角磚、異型磚、植草磚、護坡磚并可根據客戶要求調制顏色。該產品磚的技術指標經過國家建筑材料工業工業陶瓷產品質量監督檢驗測試中心及國家陶瓷與耐火材料產品質量監督檢驗中心檢測放射性、重金屬溶出等指標均符合和優于建筑材料要求。赤泥透水磚生產利用赤泥等工業固體廢渣和尾礦等廢棄物作為主要生產原料，生產過程中無二次污染。環保達到規定的第四時段排放標準，生產過程中無固廢、廢水排放，有較好的社會、經濟效益。

4 赤泥改性路基

圖2 赤泥改型路基施工

改性固化赤泥路用材料專利技術。該技術是以拜耳法赤泥為基礎，經改性固化處理后形成的環保復合高分子材料。簡要的操作辦法為，赤泥摻入一定量的固化劑，經拌勻、壓實處理，達到需要的路用性能指標，同時大幅度降低赤泥的強堿性和污染性，使其達到環保要求。該改性固化劑產品對溫度變化穩定，具有固定金屬離子的作用，能阻止金屬離子對產品的消極作用，是一種具有多種特殊性能的表面活性劑。在常溫常壓和弱堿性環境中，改性固化劑，即高聚合物復合材料能夠在很短的時間內就能達到很好的吸附效果，大大降低重金屬離子的浸出量。改性赤泥路基具有強度高、施工和易性好、耐水性好、承載力高、PH值、放射性、重金屬析出達標，污染可控等特點。符合交通運輸部《公路路基設計規范》JTG D30-2015及國家現行環境保護的有關規定。

赤泥改性固化劑為高分子復合材料，加入赤泥后，可以通過提高溶液堿度來實現早期強度的提高。在堿性條件下，高聚合復合材料可使赤泥轉化為活性SiO2和Al2O3。而且提高溶液堿度，可加快活性SiO2和Al2O3的溶出速度，與Ca(OH)2逐步反應生成硅酸鈣、硅鋁酸鈣等復合物。當混合體系生成物濃度達到一定值時，它們便互相嚙合形成網狀結構，形成凝膠，從而使強度提高。隨著赤泥基混凝土的堿性降低，形成化學鍵，緩慢地生成硅、鋁等含氧酸的復合物結晶，新生晶體會逐漸長大、發展，形成網絡結構，并逐漸脫水干涸以穩定的結晶縮合結構成為結晶整體，而成為具有較高強度的水穩性材料。赤泥改性固化劑加入赤泥主要有以下幾方面作用，即電荷中和、架橋作用、網捕作用、吸附作用。

形成赤泥基層強度的最后一個必要條件是機械壓實。赤泥基道路混凝土在壓實成型后，體系由固相(赤泥聚合體)、液相(水溶液)和氣相(空氣)三相組成。三相之間相互作用的結果，使得赤泥基道路混凝土具有很高的強度和剛度。

赤泥改性路基可以用于高速公路、國省干線公路、市政道路、港口貨場、建筑基礎等工程填筑填料，是大規模消耗赤泥的前沿技術。已經在山東省多處氧化鋁廠公路、濟青高速公路路段、貴州清鎮氧化鋁廠公路等處應用。改性固化赤泥路用材料系列產品很好的解決了赤泥工程應用和環境保護的雙重問題。不僅可以為赤泥的上游企業的解決工業廢料的堆存問題，同時也為工程建設單位解決了取土難的問題。對降低工業廢料的環境危害、減少對耕地破壞具有革命性的意義。

5 結論

綜上所述，赤泥強磁選提鐵技術成熟，生產成本低，鐵回收率約為21%左右，可減少～10%的赤泥排放量。處理含鐵量高的赤泥應該綜合考慮周邊地區條件及赤泥提鐵精礦的市場，建設赤泥提鐵車間。赤泥透水磚項目赤泥綜合利用率較高，具有一定的成本優勢，但透水磚運輸和使用范圍受限，應先進行可行性研究后再確定是否建廠及工廠規模。赤泥改性路基可以大規模消化赤泥，在多次應用實例中均達到國家標準，效果良好。赤泥改性固化劑屬于專利技術，可以對相關技術提供方進行考察與經濟性評估，并結合當地實際情況規劃赤泥路基的使用地點及赤泥用量。總之，氧化鋁廠應結合多種手段，堅持赤泥綜合利用，為中國工業、環境的可持續發展擔負起應有的責任。