顾明明，栗 伟

（1.中国资源综合利用协会，北京 100082；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

Al2O3赤泥综合利用关键技术与推广应用研究

顾明明1，栗 伟2

（1.中国资源综合利用协会，北京 100082；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

通过分析Al2O3赤泥综合利用现状，总结了国内外赤泥综合利用的关键技术，阐述了赤泥综合回收有价金属、赤泥生产新型建筑材料和赤泥生产环境修复材料等综合利用途径的特点，指出了目前存在的主要问题，展望了推广应用前景。

赤泥；综合利用；途径；有价金属回收；新型建筑材料；环境修复材料

赤泥是铝土矿经各种物理和化学处理，制取氧化铝过程中产生的红褐色粉泥状含水的强碱性固体废弃物，其产生量因矿石品位、生产的方法和技术水平等而异，每生产1t氧化铝将同时产生0.8～1.5t干赤泥。2009年我国氧化铝产量达到2378.6万t，据测算，赤泥产生量超过3 000万t。而目前我国赤泥的综合利用率仅为4%，赤泥累积堆存量达2亿t。赤泥大量堆存，不仅占用土地，浪费资源，而且易造成环境污染和安全隐患。

1 赤泥的组成

氧化铝的生产方法有：拜耳法、烧结法和联合法，这三种方法所产赤泥的成分、性质、物相各异。烧结法赤泥的主要化学组分为50%以上的SiO2、CaO，20%左右的铁铝氧化物，少量的TiO2、MgO、Na2O、K2O和几十种微量元素；与烧结法赤泥相比，拜耳法赤泥钠含量较高，氧化钙含量较低，铁含量较高。表1为不同的氧化铝生产方法所产赤泥的化学成分[1]。

表1不同的氧化铝生产方法所产赤泥的化学成分 %

图1中（a）和（b）分别为拜耳法赤泥和烧结法赤泥的扫描电镜图。可以看出，呈白色的Na2O等以球状和片状依附在其它物质表面，拜耳法赤泥中的白色物质明显高于烧结法赤泥。

2 赤泥综合利用的途径

赤泥堆存的环境风险早已引起各氧化铝生产国政府及企业的重视，并达成共识：解决赤泥问题的关键是研发赤泥综合利用技术。我国多年来一直重视赤泥综合利用的工作，围绕赤泥的资源化利用及无害化处理两大主题展开了多领域、多学科的技术研究，取得了一些研究成果[2～3]，积累了宝贵的技术经验，主要是在赤泥的安全堆存与复垦，有价金属的综合回收，生产水泥、空心砖等建筑材料以及生产环境材料等方面。表2为赤泥资源化综合利用的途径。

图1 赤泥的扫描电镜图

表2 赤泥综合利用的途径

2.1 综合回收有价金属

赤泥中富含铁、铝、钙、硅,并含有钛、钪、铌、钽、锆、钍和铀等稀有金属。从赤泥中经济有效地提取有价金属，并且不产生二次污染，具有重要的现实意义。

美国的氧化铝厂针对拜耳赤泥氧化铁含量高的特性，很早就提出利用赤泥生产铁的方法，并申请了专利。前苏联开发的高炉或电炉熔炼赤泥、回转窑处理赤泥炼铁等工艺方法，取得了显著的经济效益。俄罗斯研究出了一种树脂在赤泥矿浆中回收富集钪、铀、钍的吸入溶解工艺。印度提出自赤泥中回收TiO2以减少污染和保护陆地及矿物资源的方法。匈牙利学者提出的氯化焙烧处理赤泥熔渣工艺，可获得TiO2高含量的炉渣，Al2O3和V2O5也在炉渣中得到富集。匈牙利托拉斯工程和发展中心采用电弧炉熔炼赤泥，炉渣水淬后回收其中的碱和铝。盐浸、过滤后的滤渣可用作水泥生产原料。

我国针对赤泥提取有价元素也做了大量的研究工作[4～8]。赤泥中弱磁性铁占有很大的比例，直接磁选难以获得高品位铁精粉。平果铝和山东铝采用脉动高梯度强磁选分选赤泥中的铁矿物，选出的铁精矿品位达到56%，铁的回收率达到90%以上。广西冶金研究院[14]以平果铝土矿拜耳法赤泥为原料，以广西煤炭作为还原剂，进行了赤泥直接还原炼铁的研究，通过磁化焙烧，渣中弱磁性Fe2O3转变成磁性较强的Fe3O4，然后磁选得到高品位铁精矿。该工艺是将拜耳法赤泥和煤混合制团，干燥后进行还原焙烧，最后磁选制取高品位的海绵铁。试验结果：海绵铁产品中TFe达84.17%，铁的回收率86.96%。

拜耳法高铁赤泥综合利用的原则工艺流程见图2。

图2 拜耳法高铁赤泥综合利用的原则工艺流程

此外，赤泥中含有一定量的钛、钪等有用有价元素，可采用两段酸浸工艺提取。先用6 mol/L盐酸浸取，盐酸浸出液用质量分数1%的P507萃取，在50℃时用2.0 mg/L氢氧化钠溶液反萃取，钪的提取率达90%以上；再用17.1 mg/L硫酸浸取，酸渣质量比3∶1，浸取温度200℃，浸取时间2 h，钛提取率可达95%。

2.2 生产新型建筑材料

俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥，生料中赤泥配比达14%。日本三井氧化铝公司以赤泥为铁质原料配入水泥生料，赤泥利用量达到5～20 kg/t。日本和美国曾用赤泥制造人工轻骨混凝土，其强度比天然卵石混凝土高。德国将赤泥掺混沥青混凝土中，改善了沥青混凝土路面使用性能。俄罗斯曾将赤泥用作道路基层材料。

我国也研制出了一系列利用赤泥制备建筑材料的技术、工艺和设备，利用赤泥生产水泥、墙体用砖、微晶玻璃、路基材料、充填材料、防渗和绝热材料等。

2.2.1 生产水泥

赤泥中含有大量生产硅酸盐水泥熟料所必需的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等组分，有用成分占总量的75%以上。因此，赤泥可用于水泥生产，生产硅酸盐水泥、油井水泥及抗硫酸水泥等多种型号的水泥[9]。中铝山东分公司上世纪60年代开始以赤泥代替粘土等工业原料，采用湿法工艺生产普通硅酸盐水泥,主要产品有32.5R和42.5R普通硅酸盐水泥、API系列油井水泥等。利用赤泥生产的普通硅酸盐水泥具有抗折强度高、早期抗压强度高和增进率低及抗硫酸盐侵蚀性能好等特点。这种水泥适用于施工速度快和早期强度要求高的构件及水工工程、盐化工程等硫酸盐含量高的工作环境。山东铝业公司生产的水泥，赤泥最高加入量可达30%，40多年来共生产水泥3 000万t,累计消耗赤泥800余万t,是国内目前赤泥综合利用量最多的。上世纪90年代,国家实行了新的水泥标准,对水泥含碱量的要求提高,致使水泥生产中赤泥的掺加量不断减少。

2.2.2 生产各种新型墙体材料

（1）生产赤泥粉煤灰烧结砖。以赤泥、粉煤灰和煤矸石为原料，通过原料自身的发热量与烧成热量相平衡，实现全内燃生产烧结砖，实现了制砖不用土，烧砖不用煤。这种工艺利用煤矸石烧结后所得的偏高岭土成分与赤泥中的游离碱作用，防止了碱的析出，增大了砖的强度，既节约了煤炭资源和土地资源，又大量利用赤泥、粉煤灰、煤矸石等工业废渣。但国内利用赤泥制成烧结砖没能产业化。

（2）生产赤泥粉煤灰免烧砖。烧结法赤泥和热电厂粉煤灰混合，赤泥具有潜在的水化特性，粉煤灰含有活性硅铝成分，两者相互作用，在添加剂作用下，水化作用增强，固结产生类似水泥水化相和胶质凝结物，得到高强硬化体。赤泥和粉煤灰都是质轻材料，生产时只需将赤泥、粉煤灰、胶结剂、添加剂等按比例混合，进行轮碾、压制和养护，可制出符合国家标准的免蒸免烧砖[10～11]。赤泥粉煤灰免烧砖的性能达到MU15级优等品免烧砖的标准要求。然而由于产品质量、投资和效益等原因，目前还未正式投入工业化生产。

（3）生产低温陶瓷胶凝材料。赤泥制备低温陶瓷胶凝材料的关键在于赤泥活化，活化方法有：①低温热力活化，②机械活化，③化学活化，可根据用途灵活选用。以赤泥为主要原料生产建筑砖、道路材料、筑坝材料及赤泥固化，赤泥可不经热力活化，直接选用其它工业废渣制备的低温陶瓷胶凝材料与赤泥配用；若以赤泥为主要原料生产高附加值的产品，则拜耳法赤泥需要以热力活化为前提。

2.2.3 用作路基材料

用赤泥作为路基材料既能大量消耗赤泥，又可以显著降低筑路成本，有较好的社会和经济效益。2005年中铝山东分公司修建了一条长4 km的赤泥路基示范性路段，其以烧结法赤泥、粉煤灰、石灰等为主要原料，赤泥作为路基材料基本配方，该路段达到了石灰稳定土一级和高速路的强度要求。这是国内第一项在实际公路中应用的烧结法赤泥路面基层工程，共消耗烧结法赤泥2万余t，是近年来赤泥使用量最大的工程，一直正常使用到现在。2008年该企业与当地公路部门再次合作，利用赤泥作为路基材料修建了长500 m的公路,经检测各项指标基本合格。

2.3 生产环境修复材料

美国凯撒铝化学公司研究制造出填充废料覆盖层和吸收剂两种赤泥制品。日本报道，用酸活化过的赤泥吸附水中的铀，然后用碱液解脱，铀回收率达97%。美国用碱性的赤泥除去HF、AlF3、碳氟化合物冷却剂等制备过程中产生的含氟酸性废水。印度将赤泥用作制酪业废水处理的絮凝剂。

赤泥具有巨大的比表面积并含有大量的纳米和亚微米级孔隙，可以生产具有可控孔结构、高气孔率、高比表面积和高强度的环境修复材料，如赤泥吸附剂、赤泥絮凝剂等。可以将赤泥进行热处理后制成多孔的吸附剂来吸附酸性污染物，或者利用赤泥制成吸收剂，利用赤泥中的碱性物质来吸收空气中酸性污染物（SO2、CO2、H2S等），同时还可以对地表水体、酸性矿水、工业废水、城市污水进行净化处理。中科院生态环境研究中心也研究开发了利用赤泥进行酸性矿水中和沉淀处理，富营养化水体控磷除藻，作为工业脱硫脱氮剂等等。烧结法赤泥含有大量活性氧化钙和铁铝硅组分，经过简单低温煅烧活化后，可制备高效固磷控重金属环境吸附材料，用于农村面源、城市污泥、河湖疏骏底泥固磷、重金属矿山污染修复（酸性矿水中和剂、酸性重金属土壤固定剂），活化赤泥掺混量为10%～30%。东南大学[12]利用赤泥具有比较稳定的化学成分、非常细的分散度、高的比表面积、较好的吸附性能、在水介质中稳定性较好等特点，制成多孔的吸附剂对废水中的磷进行净化。研究结果证明：其具有较高的吸附性能，磷的去除率达到97%以上。

3 赤泥综合利用存在的主要问题

3.1 对资源综合利用的重要性认识不足

氧化铝行业为国家提供了大量性能优良的原料和制品，但是对产生的各种废弃物的治理和综合利用没有应有的紧迫感和压力感。一些企业仅仅是将赤泥作为废物进行处理，对资源综合利用的重要性认识不足。

3.2 赤泥综合利用的成熟技术不多

赤泥综合利用缺乏具有重大带动作用的共性和关键技术，可利用范围较窄，途径较为单一，现有的综合利用方法技术含量低，产业链条短，产品附加值不高，且产业化体系薄弱。而赤泥综合利用的研发，存在着一定的技术和经费限制，其未能形成合力进行解决。因此迫切需要国家组织人力对赤泥综合利用进行科技攻关和产业化试点并推广。

3.3 缺乏统一的资源评价和标准体系，产品很难与其他下游产业接轨

赤泥是氧化铝产业在冶炼过程中产生的一种固体废弃物，其综合利用存在着产品与其他行业衔接的问题。赤泥综合利用制成的水泥、各种砖、CBC复合材料、硅肥等需要进入水泥、建材、农业等下游行业进行销售，而进入这些行业面临一定的行业壁垒和准入要求。目前，赤泥综合利用产业缺乏资源评价、技术标准、产品检测和数据统计体系，缺少协调单位将铝行业生产和废弃物治理的上下游建立起产业链关系，特别是与建材行业形成产业链的有机衔接。

3.4 政策法规和资金支持力度不够

赤泥资源综合利用的相关政策体系和法律规范还不完整，经济激励力度较弱，没有形成长效激励机制，利用赤泥开发的产品与同类产品相比无国家政策和价格优势，难以产生较好的社会效益和经济效益。

4 赤泥综合利用的方向

赤泥综合利用是一项跨越多领域、多学科的技术难题，我国专业工作者围绕赤泥的无害化和资源化利用做了大量的研究工作，取得了一定的成果，为赤泥的综合利用奠定了坚实的基础。未来赤泥综合利用的重点和推广应用方向应是大宗利用和高附加值利用：

（1）赤泥固液分离、脱水沉降。脱除赤泥中大部分水，是赤泥回收和利用必须进行的前期工作。

（2）赤泥低成本脱碱。为赤泥的大宗高值利用奠定重要基础，还能回收利用其中的碱。

（3）高铁赤泥及赤泥铁精矿深度还原再选铁。高铁赤泥（含铁量在30%以上）直接深度还原和赤泥铁精粉深度还原再选铁技术，可以使还原铁粉的品位达到90%以上，实现赤泥中铁回收率在90%以上。

（4）赤泥脱硫。利用赤泥中Na2O、CaO等碱性物质含量高的特点，将其用于烟气脱硫、脱硝、脱碳。

（5）烧结法赤泥生产高性能混凝土掺合料。利用烧结法赤泥碱金属含量相对较低，且含有大量亚微米和纳米级超细矿物颗粒的特点，将赤泥团聚体颗粒大部分分散到原始的粒级后，少量掺入到高性能混凝土中取代水泥或其他掺合料，提高混凝土强度和耐久性。

（6）赤泥配料烧制节能型空心建筑砌块。利用赤泥中含有粘土矿物且粒度极细的特点，将其初步脱水后与煤矸石、粉煤灰及其他工业废渣混合生产烧结空心砌块。

（7）赤泥生产化学结合陶瓷（CBC）复合材料。利用赤泥单体颗粒的亚微米和纳米超细特征，将赤泥和农作物秸秆碎屑、木屑、林业三剩物碎屑与树脂复合，生产化学结合陶瓷（CBC）复合材料。

赤泥的综合利用是一项世界性的难题，必须联合政府、企业等多方力量进行解决。赤泥综合利用工作应该以赤泥的大宗利用为主,开发高附加值产品为辅,多途径综合开发,合理利用,最终实现零排放,从根本上解决赤泥堆存带来的资源浪费、环境污染和堆存成本等一系列问题，促进赤泥综合利用产业发展的市场化、规范化和集约化。

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Abstract:The key technology for comprehensively utilizing the red mud at home and abroad was summarized based on analyzing the present status of comprehensive utilization of Al2O3red mud.The characteristics of comprehensive utilization ways were presented,including that using the red mud to comprehensively recover the valuable metals,to produce the new building material and environmental remediation materials.The main existing problems were pointed out,and the application prospect of comprehensive utilization of red mud was given.

Key words:red mud;comprehensive utilization;way;recovery of valuable metals;new building material;environ⁃mental remediation materials

Research of key technology of comprehensively utilizing Al2O3red mud and its application

GU Ming-ming;LI Wei

TF821；X756

B

1672-6103（2011）02-0049-05

顾明明(1980—)，女，硕士研究生，工程师，中国资源综合利用协会信息咨询部项目主管，主要从事资源综合利用领域技术及政策研究工作。

2010-11-02

2011-01-17