于水波，董菲，楊曉玲

（東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110000）

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)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(qū)的氧化鋁廠主要處理澳大利亞、幾內(nèi)亞、印尼等地區(qū)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(nèi)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(chǎn)量累計超過7000萬噸，居于世界首位，在擁有龐大的氧化鋁產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)在0.7～1.05億噸之間。如此大的赤泥排放量將給環(huán)境、生態(tài)、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(xiàn)有的赤泥綜合利用技術(shù)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(xué)科、多領(lǐng)域的綜合利用技術(shù)研究工作，如赤泥提取有價金屬，配料生產(chǎn)水泥、建筑用磚、礦山膠結(jié)充填膠凝材料、路基固結(jié)材料和高性能混凝土摻合料、化學(xué)結(jié)合陶瓷（CBC）復(fù)合材料、保溫耐火材料、環(huán)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(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。[1]以下為幾種赤泥綜合利用技術(shù)。

（1）低成本赤泥脫堿技術(shù)

（2）高鐵赤泥及赤泥鐵精礦深度還原再選鐵技術(shù)

（3）赤泥制備路基固結(jié)材料技術(shù)

（4）赤泥循環(huán)流化床鍋爐脫硫技術(shù)

（5）燒結(jié)法赤泥生產(chǎn)高性能混凝土摻合料技術(shù)

（6）赤泥生產(chǎn)新型建筑材料技術(shù)

（7）赤泥制備環(huán)境修復(fù)材料技術(shù)

（8）拜耳法高鐵赤泥強磁選技術(shù)

（9）拜耳法赤泥砂作為水泥生料中的硅質(zhì)原料生產(chǎn)干法水泥技術(shù)

（10）赤泥生產(chǎn)化學(xué)結(jié)合陶瓷（CBC）復(fù)合材料技術(shù)

（11）綜合回收赤泥中多種有價組分技術(shù)

以上各項技術(shù)在各個相關(guān)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(xiàn)在取得工業(yè)化成果的并不多。大規(guī)模的赤泥綜合利用項目除了考慮技術(shù)上的可能性，還要進行小試、中試、工業(yè)化試驗，并考核經(jīng)濟性、產(chǎn)品的市場、對環(huán)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(xiàn)有的赤泥的鈣化、碳化等脫堿技術(shù)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(jīng)濟性還有待考察。燒結(jié)法因能耗高、經(jīng)濟性差等原因，在國內(nèi)屬于落后氧化鋁產(chǎn)能，赤泥產(chǎn)量小。上述的十一種赤泥綜合利用辦法中，已經(jīng)進行工業(yè)化生產(chǎn)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(nèi)亞礦和廣西礦赤泥。赤泥強磁選提鐵的流程為赤泥漿液經(jīng)氧化鋁廠赤泥沉降倒數(shù)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(jīng)熱水泵輸送到赤泥緩沖槽，在赤泥緩沖槽內(nèi)進行固含調(diào)節(jié)，待固含達(dá)到要求后，赤泥漿液自流進入圓筒隔渣篩。經(jīng)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(jīng)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(huán)，濃密機的底流通過底流泵輸送進入壓濾機。經(jīng)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(huán)。鐵精礦堆場內(nèi)設(shè)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(chǎn)線，年可以產(chǎn)鐵精礦約11萬噸。

3 赤泥制磚

赤泥燒結(jié)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(jīng)擠出、切坯、運坯、碼坯等自動設(shè)備碼放于窯車上面，利用焙燒窯冷卻帶余熱形成的熱風(fēng)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(yù)熱和焙燒，在燒結(jié)過程中采用“低溫慢燒”技術(shù)進行燒結(jié)。焙燒后的產(chǎn)品經(jīng)過保溫、冷卻后用液壓頂車機頂出隧道窯，成品磚出窯后經(jīng)卸垛機、叉車運出后進行外售。

圖1 赤泥燒結(jié)磚生產(chǎn)線

赤泥透水磚屬于赤泥制磚的另一種，屬于專利技術(shù)。該技術(shù)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(lǐng)域可作為原料安全使用，其赤泥廢渣綜合利用率可達(dá)50%～70%。山東某公司投資4000余萬元建設(shè)日產(chǎn)3000平方米生態(tài)赤泥透水磚全自動生產(chǎn)線，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。該生產(chǎn)線現(xiàn)可生產(chǎn)各種型號、規(guī)格鋪路磚、廣場磚、六角磚、異型磚、植草磚、護坡磚并可根據(jù)客戶要求調(diào)制顏色。該產(chǎn)品磚的技術(shù)指標(biāo)經(jīng)過國家建筑材料工業(yè)工業(yè)陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心及國家陶瓷與耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測放射性、重金屬溶出等指標(biāo)均符合和優(yōu)于建筑材料要求。赤泥透水磚生產(chǎn)利用赤泥等工業(yè)固體廢渣和尾礦等廢棄物作為主要生產(chǎn)原料，生產(chǎn)過程中無二次污染。環(huán)保達(dá)到規(guī)定的第四時段排放標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)過程中無固廢、廢水排放，有較好的社會、經(jīng)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(shù)。該技術(shù)是以拜耳法赤泥為基礎(chǔ)，經(jīng)改性固化處理后形成的環(huán)保復(fù)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(jīng)拌勻、壓實處理，達(dá)到需要的路用性能指標(biāo)，同時大幅度降低赤泥的強堿性和污染性，使其達(dá)到環(huán)保要求。該改性固化劑產(chǎn)品對溫度變化穩(wěn)定，具有固定金屬離子的作用，能阻止金屬離子對產(chǎn)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(huán)境中，改性固化劑，即高聚合物復(fù)合材料能夠在很短的時間內(nèi)就能達(dá)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(dá)標(biāo)，污染可控等特點。符合交通運輸部《公路路基設(shè)計規(guī)范》JTG D30-2015及國家現(xiàn)行環(huán)境保護的有關(guān)規(guī)定。

赤泥改性固化劑為高分子復(fù)合材料，加入赤泥后，可以通過提高溶液堿度來實現(xiàn)早期強度的提高。在堿性條件下，高聚合復(fù)合材料可使赤泥轉(zhuǎn)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(yīng)生成硅酸鈣、硅鋁酸鈣等復(fù)合物。當(dāng)混合體系生成物濃度達(dá)到一定值時，它們便互相嚙合形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，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(xué)鍵，緩慢地生成硅、鋁等含氧酸的復(fù)合物結(jié)晶，新生晶體會逐漸長大、發(fā)展，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并逐漸脫水干涸以穩(wěn)定的結(jié)晶縮合結(jié)構(gòu)成為結(jié)晶整體，而成為具有較高強度的水穩(wěn)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(wǎng)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(jié)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(chǔ)等工程填筑填料，是大規(guī)模消耗赤泥的前沿技術(shù)。已經(jīng)在山東省多處氧化鋁廠公路、濟青高速公路路段、貴州清鎮(zhèn)氧化鋁廠公路等處應(yīng)用。改性固化赤泥路用材料系列產(chǎn)品很好的解決了赤泥工程應(yīng)用和環(huán)境保護的雙重問題。不僅可以為赤泥的上游企業(yè)的解決工業(yè)廢料的堆存問題，同時也為工程建設(shè)單位解決了取土難的問題。對降低工業(yè)廢料的環(huán)境危害、減少對耕地破壞具有革命性的意義。

5 結(jié)論

綜上所述，赤泥強磁選提鐵技術(shù)成熟，生產(chǎn)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(yīng)該綜合考慮周邊地區(qū)條件及赤泥提鐵精礦的市場，建設(shè)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(yōu)勢，但透水磚運輸和使用范圍受限，應(yīng)先進行可行性研究后再確定是否建廠及工廠規(guī)模。赤泥改性路基可以大規(guī)模消化赤泥，在多次應(yīng)用實例中均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，效果良好。赤泥改性固化劑屬于專利技術(shù)，可以對相關(guān)技術(shù)提供方進行考察與經(jīng)濟性評估，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況規(guī)劃赤泥路基的使用地點及赤泥用量?？傊?，氧化鋁廠應(yīng)結(jié)合多種手段，堅持赤泥綜合利用，為中國工業(yè)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展擔(dān)負(fù)起應(yīng)有的責(zé)任。