盧海峰

（中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司，北京 100082）

赤泥是在鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁流程中產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，按照《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》，屬于一般工業(yè)固體廢物（固廢代碼：SW09），赤泥中含有Fe、Al、Ca、Na等元素，具有強(qiáng)堿性、腐蝕性以及放射性。采用拜耳法工藝，每生產(chǎn)1噸氧化鋁，會(huì)產(chǎn)生1噸左右的赤泥，我國(guó)每年的赤泥排放量超過(guò)1億噸。赤泥堆場(chǎng)占用大量土地，并需要進(jìn)行堆場(chǎng)維護(hù)，成本較高，約占到氧化鋁生產(chǎn)成本的1.5%以上[1]。同時(shí)會(huì)造成土地污染和鹽堿化，同時(shí)由于赤泥的粒度極細(xì)，裸露的赤泥經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)水日曬后脫水風(fēng)化，會(huì)導(dǎo)致粉塵進(jìn)入空氣，影響空氣能見(jiàn)度并對(duì)人和動(dòng)物的健康造成危害。赤泥形成的高堿性液體腐蝕性強(qiáng)，且其中富集的放射性元素危害堆放區(qū)域附近的人以及動(dòng)植物，對(duì)周圍環(huán)境造成放射性危害[2]。

赤泥中含有大量的有價(jià)金屬元素，如鐵、鋁、鈣、鈉等，可以作為一種潛在的鐵鋁資源加以綜合利用[3]，其中鐵含量在30%左右，如不加以利用，會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。

圖1 赤泥多元素化學(xué)分析結(jié)果

本文對(duì)進(jìn)口鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁排出的赤泥進(jìn)行選鐵研究，達(dá)到了銷售要求，對(duì)赤泥固廢進(jìn)行減量化和綜合化利用。

1 進(jìn)口鋁土礦赤泥生產(chǎn)背景與技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 進(jìn)口鋁土礦背景

中國(guó)是鋁金屬制品生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，鋁冶煉使用的原料為氧化鋁，而氧化鋁需要開采鋁土礦進(jìn)行生產(chǎn)。隨著國(guó)內(nèi)鋁土礦資源不斷消耗，采用進(jìn)口礦生產(chǎn)氧化鋁已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)大型氧化鋁企業(yè)的必然選擇。2020年，中國(guó)進(jìn)口鋁土礦約1.34億噸，其中幾內(nèi)亞、澳大利亞、印尼占據(jù)中國(guó)進(jìn)口鋁土礦前三位。

進(jìn)口鋁土礦中鐵礦物含量高，噸氧化鋁赤泥產(chǎn)生量大，赤泥堆存占用土地面積大。鋁土礦溶出赤泥TFe含量高，但是，鋁針鐵礦占含鐵礦物50%以上，采用常規(guī)磁選方法選出的鐵精礦TFe含量達(dá)不到銷售要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)赤泥資源化、減量化利用。全世界堆存的待處理赤泥超過(guò)40億噸，我國(guó)年赤泥產(chǎn)生量超過(guò)1億噸，實(shí)際綜合利用率不足5%。

1.2 進(jìn)口鋁土礦赤泥選鐵技術(shù)現(xiàn)狀

由于赤泥中的鐵含量高，如果能做到技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的選鐵技術(shù)，則既可以處理赤泥固廢，同時(shí)可降低國(guó)家對(duì)鐵礦石的進(jìn)口依賴。因此，國(guó)內(nèi)對(duì)赤泥選鐵技術(shù)研究較多，形成了多種不同風(fēng)格不同路線的技術(shù)原型，例如國(guó)內(nèi)某氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)采用預(yù)富集-深度還原-磁選分離提鐵的技術(shù)路線，采用浮選、單一強(qiáng)磁選、選擇性疏水絮凝、磁選等方法，最終確定使用單一強(qiáng)磁選鐵作為預(yù)富集手段，得到全鐵品位為30.74%的富鐵赤泥，可以為后續(xù)的深度還原試驗(yàn)提供合格原料[4]。

在拜耳法生產(chǎn)氧化鋁流程中，為了提高溶出率，對(duì)礦石的粒度要求較高，原礦中的-0.315mm達(dá)到100%，-0.063mm要達(dá)到75%以上，而赤泥中鐵礦物的粒度是影響鐵的回收指標(biāo)的主要因素，赤泥中含有50%以上的粒度小于5微米的泥狀物中含鐵較高，鐵含量在23%以上，物理選礦方法難以有效回收這些微細(xì)粒狀的鐵礦，采用磁選機(jī)赤泥選鐵過(guò)程中，赤泥堿度在10g/l左右，對(duì)磁選機(jī)的磁介質(zhì)及生產(chǎn)流程容易產(chǎn)生結(jié)垢影響磁選效果，需要定期脫垢恢復(fù)磁選機(jī)的磁選力[5]。國(guó)內(nèi)某氧化鋁企業(yè)赤泥選鐵采用了DLS系列立環(huán)高梯度磁選機(jī)和ZH組合式強(qiáng)磁選機(jī)組合使用，用以提取赤泥中的鐵精礦[5]。

DLS系統(tǒng)使用一粗一細(xì)兩級(jí)磁選配置，來(lái)處理沉降赤泥，精選后精鐵礦含量大于55%，精選尾礦鐵含量在45%左右，進(jìn)入粗選機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)，提高進(jìn)料品位同時(shí)降低粗選機(jī)進(jìn)料的固含[5]。

2 進(jìn)口礦赤泥選鐵技術(shù)研究

2.1 概述

通過(guò)對(duì)進(jìn)口鋁土礦進(jìn)行“重磁預(yù)選-階段分散階段磁化-梯級(jí)分選”試驗(yàn)，可以獲得產(chǎn)率35%以上，TFe含量56%以上的鐵精礦，滿足市場(chǎng)銷售要求。本項(xiàng)目在前期實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基礎(chǔ)，進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)，對(duì)赤泥預(yù)選、預(yù)選赤泥脫水干燥及懸浮焙燒進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化和固化，解決產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，為產(chǎn)業(yè)化推廣提供基礎(chǔ)參數(shù)和設(shè)計(jì)依據(jù)，提供一種資源化、減量化技術(shù)方案和產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)依據(jù)，赤泥堆存量降低35%。為公司新建氧化鋁企業(yè)提供更為環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的赤泥處理方案。

2.2 技術(shù)路線選擇

經(jīng)資料查閱，參考難選鐵礦石選鐵技術(shù)方法，采用磁化焙燒的方法，可將原礦中的弱磁性鐵礦物還原為強(qiáng)磁性的鐵礦物。赤泥經(jīng)馬弗爐在900℃磁化焙燒100min后進(jìn)行磁選，可以得到產(chǎn)率為20.52%、TFe含量為57.17%的鐵精礦。

針對(duì)有色金屬采用靜態(tài)焙燒，能耗較高，是國(guó)家明令淘汰的落后生產(chǎn)工藝裝備，根據(jù)幾內(nèi)亞低溫溶出赤泥的特性，實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了赤泥“強(qiáng)磁預(yù)富集-懸浮焙燒-弱磁選鐵”技術(shù)路線。針對(duì)TFe含量為42.76%的幾內(nèi)亞赤泥，在懸浮溫度為800℃，焙燒時(shí)間為2.5min時(shí)，可以得到產(chǎn)率為35.25%、TFe含量為56.21%的鐵精礦。解決了現(xiàn)有赤泥選鐵直接磁選方法無(wú)法獲得合格鐵精礦的技術(shù)難題。進(jìn)行了赤泥懸浮焙燒試驗(yàn)，提高工藝適應(yīng)性；通過(guò)焙燒轉(zhuǎn)化，采用弱磁選設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)鐵礦物的提取；預(yù)富集工藝，降低了赤泥焙燒量，降低了生產(chǎn)成本。

為確定赤泥選鐵生產(chǎn)中適宜的懸浮焙燒時(shí)間，解決赤泥濾餅高效分散、余熱逐級(jí)利用、焙燒礦無(wú)氧冷卻等技術(shù)問(wèn)題，需進(jìn)行赤泥高效烘干和懸浮焙燒技術(shù)及裝備研究，并開展赤泥選鐵工業(yè)試驗(yàn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行可行性分析，為產(chǎn)業(yè)化推廣提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

2.3 解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

一是解決了赤泥黏度大，水分高，分散效果差的問(wèn)題。通過(guò)重磁預(yù)選，進(jìn)行預(yù)先拋尾，改善赤泥脫水性能；同時(shí)開發(fā)赤泥拋尾工藝及高效烘干裝備，降低了脫水成本。

二是解決了鋁針鐵礦含量高，鐵精礦品質(zhì)差帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題。開發(fā)了赤泥階段磁化焙燒技術(shù)及裝備，提高鐵礦物磁性；同時(shí)提高赤泥選鐵產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)赤泥高值利用與規(guī)模消納。

3 主要研究?jī)?nèi)容及預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益

進(jìn)口鋁土礦低溫溶出赤泥重磁聯(lián)合預(yù)選工業(yè)試驗(yàn)研究，預(yù)選高鐵赤泥低能耗烘干及高效分散工業(yè)試驗(yàn)研究，目標(biāo)高鐵赤泥懸浮焙燒工業(yè)試驗(yàn)研究，焙燒赤泥弱磁梯級(jí)分選工業(yè)試驗(yàn)研究，鋁土礦低溫溶出赤泥產(chǎn)業(yè)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

（1）針對(duì)TFe≥40%的鋁土礦低溫溶出赤泥，通過(guò)50～100kg/h工業(yè)試驗(yàn)，經(jīng)“重磁預(yù)選-階段分散階段磁化-梯級(jí)分選”技術(shù)選鐵后，鐵精礦產(chǎn)率≥35%，品位TFe≥56%。

（2）1噸TFe≥40%的鋁土礦低溫溶出赤泥經(jīng)“重磁預(yù)選-階段分散階段磁化-梯級(jí)分選”后，最終鐵精礦按產(chǎn)率35%、TFe含量56%計(jì)算：參考當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格，TFe含量56%的鐵精礦售價(jià)按310元/噸計(jì)算，折算噸赤泥生產(chǎn)的鐵精礦售價(jià)為：310元＊35%=108.5元。減少噸赤泥堆存費(fèi)用：40元＊35%=14元。赤泥選鐵制造成本為：86.25元/噸-赤泥。

綜上，赤泥采用本技術(shù)方案進(jìn)行選鐵后產(chǎn)生的效益為：108.5+14-86.25=36.25元/噸-赤泥。按300萬(wàn)噸/年赤泥量計(jì)算，則每年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益10875萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益較為顯著。

（3）我國(guó)目前年進(jìn)口鋁土礦超過(guò)1億噸，海外三水鋁石型高鐵鋁土礦的大量使用，促使氧化鋁廠對(duì)赤泥選鐵技術(shù)的需求增加，市場(chǎng)推廣應(yīng)用前景廣闊。

4 預(yù)期實(shí)施效果

進(jìn)口鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁排出的赤泥，堿性強(qiáng)、鹽分高，養(yǎng)分匱乏，土壤結(jié)構(gòu)差、土壤演化過(guò)程慢，堆場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)難，進(jìn)行選鐵后，開展赤泥土壤化修復(fù)、赤泥微生物修復(fù)、耐性作物篩選種植等工作，通過(guò)赤泥鹽堿調(diào)控、微生物驅(qū)動(dòng)、團(tuán)聚體構(gòu)建、養(yǎng)分調(diào)理等，對(duì)赤泥堆場(chǎng)進(jìn)行原位生態(tài)修復(fù)，修復(fù)后赤泥土壤肥力恢復(fù)良好，可種植經(jīng)濟(jì)能源型作物，形成規(guī)?；脖桓采w，改善赤泥堆場(chǎng)生態(tài)環(huán)境，為堆場(chǎng)還林、還耕提供了基礎(chǔ)條件[6]。

5 結(jié)論及展望

進(jìn)口鋁土礦生產(chǎn)排出的赤泥處理和利用作為世界性難題，越來(lái)越受到重視，越來(lái)越多的研究人員開始關(guān)注赤泥的開發(fā)利用問(wèn)題。

對(duì)高鐵赤泥的減量化和資源化利用技術(shù)，主要有物理分選、火法還原與濕法酸浸出等工藝原型，都可以有效提取赤泥中富集的鐵，但各有利弊。物理分選的優(yōu)點(diǎn)是清潔環(huán)保、生產(chǎn)成本低，但獲得的鐵精礦品位和回收率均偏低，雜質(zhì)含量高；高溫還原焙燒工藝可以獲得高品位和回收率較高的鐵精礦，但能耗高，生產(chǎn)成本高；酸浸出法具有浸出率高的有點(diǎn)，但存在酸的消耗量大，腐蝕性強(qiáng)等問(wèn)題。

總體看，高鐵赤泥的鐵回收可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約資源，還可以減輕環(huán)境的壓力，緩解工業(yè)發(fā)展對(duì)環(huán)境的壓力以及固廢堆積對(duì)企業(yè)造成的負(fù)擔(dān)。但各種技術(shù)大多還停留在實(shí)驗(yàn)室研究或工業(yè)試驗(yàn)階段，受經(jīng)濟(jì)成本的制約，工業(yè)化示范以及推廣之路還很漫長(zhǎng)，尚需繼續(xù)攻克各種問(wèn)題與困難[7]。本文介紹的“重磁預(yù)選-階段分散階段磁化-梯級(jí)分選”赤泥選鐵技術(shù)，解決了關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的突破和技術(shù)的可行問(wèn)題，具備工程化條件，選鐵效率高，適合科技成果轉(zhuǎn)化，提高科技成果的經(jīng)濟(jì)效益，為赤泥的綜合利用，提供了一條技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理的工藝路線。