赤泥的产生、种类及成分

赤泥的产生

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PART

生产氧化铝的方法为拜耳法、烧结法和联合法。

拜耳法是在高温条件下用苛性碱溶出铝土矿，将其中氧化铝转化为易溶的铝酸钠，所述铝酸钠进入液相，矿石中的Fe2O3、TiO2、CaO等不与苛性碱而进入残渣，反应结束后经过滤收得铝酸钠溶液和分解残渣，所述分解残渣即赤泥。将所得铝酸钠溶液送种分工序，添加Al(OH)3晶种，控制工艺条件进行种分反应析出Al(OH)3，然后经过滤得氢氧化铝和种分母液。所述种分母液为氢氧化钠溶液。分离所得氢氧化铝经煅烧得到氧化铝，母液经浓缩后返回溶解工序用做铝土矿的碱溶剂。

烧结法是将铝土矿与碳酸钠、石灰或石灰石混合进行烧结，使铝土矿中的氧化铝与碳酸钠反应生成可溶性的铝酸钠，石灰或石灰石与铝土矿中的硅反应生成难溶的硅酸钙，铁转化为难溶的氢氧化铁。用水或稀碱液为浸出剂将熟料中的铝酸钠溶出并进入液相，反应结束经过滤得铝酸钠溶液和主要成份为硅酸钙和氢氧化铁等的赤泥。所得铝酸钠溶液经脱硅处理后用二氧化碳进行分解生成氢氧化铝，将过滤所得氢氧化铝煅烧得氧化铝，母液主要成份为碳酸钠，经浓缩或浓缩结晶收得碳酸钠返回烧结工序循环配料。

联合法是首先采用拜耳法对铝土矿富矿进行处理，然后将所产赤泥与贫矿混合，经烧结、溶出并生产氧化铝的方法，所排放的弃渣为联合法赤泥。根据联合方法的不同，联合法分为并联、串联和混联三种基本流程。

拜耳法适合于处理高铝硅比的铝土矿，烧结法主要用于处理低铝硅比的铝土矿，采用拜耳法和烧结法联合生产工艺可以兼得两种方法的优点，取得较单一的拜耳法、烧结法更好的经济效果，同时又能使铝土矿资源得到更充分合理的利用。

赤泥的种类

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不论是拜耳法、烧结法还是联合法，每生产1吨氧化铝平均要产生1~2t以氧化铁等为主要成份的强碱性废物——赤泥。根据氧化铝生产工艺的不同，赤泥分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥三类。

所述拜耳法赤泥的矿物组成比较复杂，主要有赤铁矿或针铁矿、水和铝酸钠、水化石榴石、石英、钛酸钙、石灰及少量未溶出的氧化铝水合物等。烧结法赤泥的主要物相是硅酸钙及数量不等的钙水化石榴石、水合铝酸钠、赤铁矿或针铁矿、铁酸钙、碳酸钙及钛酸钙等。

赤泥的化学成分

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我国赤泥的化学成份见下表,单位为%：

由表中数据可知，赤泥的主要化学组成是SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2和K2O，生产方法不同化学组成各不相同。其中拜耳法赤泥含铁、铝、钛较高，烧结法及联合法赤泥含铁、铝、钛较低。需要指出的是，赤泥中除含有上述主要化学成份外，还含有一定量的稀土元素和其它稀散金属元素，如Re,Ga，Y，Ta，Nb，U，Th和La系元素,如Sc等。

以山西赤泥为例，稀土及稀有金属元素含量见下表，单位为mg/kg（ppm）：

由于赤泥中，尤其是拜耳法赤泥中含有丰富的铁、铝、钛元素及珍贵的稀土及稀散金属元素，因此是一种难得的二次资源，具有十分可观的资源化利用前景及价值。

近年来，我国氧化铝产业发展迅速，年氧化铝产量约.2万t,预计年将达到万t/a,而每生产1t氧化铝要产生1~2t赤泥。年我国赤泥排放量达1亿t，年预计达1.05亿t,累计赤泥堆积量达10亿t以上。目前，世界上赤泥的利用率为15%左右，而我国利用率远低于这个水平，约为8%。

赤泥对环境的影响

赤泥属强碱性有害残渣，含水率高，容重~kg/m3，比表面积0.5~0.8m2/g。其对环境的影响与所含元素没有太大的关系，污染环境的主要因素是含有氧化钠，附液含碱2~3g/L，pH值13~14，呈强碱性，对环境的污染主要是碱污染。

赤泥的堆存分为湿法和干法。湿法堆存时将赤泥置于堆场中，赤泥中的附液通过排水系统导出和风干蒸发，若附液渗透土壤中，会污染地下水，使周围土壤碱化，从而影响作物生长，收得赤泥污染的土地几乎寸草不生，对农业生产及人类健康造成巨大危害，同时还有可能发生堆坝泄露事故。干法堆存首先是将赤泥中大部分水份通过机械压滤的办法去除，然后在堆场中风干。干燥的赤泥粉末在风中很容易形成扬尘，弥散到空气中，对大气造成污染，严重影响居民及牲畜健康。同时，赤泥的堆存需要占用大量的土地，投入大量的资金。因此赤泥的堆存不仅会造成环境污染，也会造成土地资源的浪费。

赤泥的可利用性及潜在的经济价值

赤泥虽然为重大污染源，但由于含有多种有价元素，因此具有较高的利用价值。多年来，国内外针对赤泥的综合利用进行了许多研究，主要包括赤泥在建材工业的应用，如生产水泥和混凝土，制砖，用作路基填充材料，用于生产地聚物等。在环保功能材料行业的应用，如用于生产吸附材料，絮凝剂，脱硫剂，催化剂，土壤修复剂等。赤泥在建材、环保功能材料及其它领域中的应用可以消耗大量的赤泥，是赤泥大宗量利用的潜在途径，但是由于不同的铝土矿、不同的生产工艺所产赤泥的化学组成不同，所制备出的产品性能及安全性具有不确定性，因此尚未获得大规模工业化应用。

同时，由于上述利用途径属对赤泥的初级利用，虽然消纳量较大，会造成赤泥中铁、铝、钛及其它贵重的稀土元素、稀散金属元素的流失，不仅难以创造较好的经济效益，而且会造成有价资源的实质性浪费。因此不是赤泥，尤其不是含铁、铝、钛较高的拜耳法赤泥资源化利用的最佳途径。

赤泥中含有丰富的铁、铝、钛和稀土等有价金属，是一种宝贵而丰富的二次资源，因此对赤泥中金属的回收具有更为重要的意义，代表着赤泥的资源化利用方向。

以从拜耳法赤泥中回收铁、铝、钛、钕、钪为例，采用合适的工艺处理含铁量（按氧化铁计）为37%、含钛（按氧化钛计）为5%，含铝（按氧化铝计）为20%，含钪（以Sc计）0.%的赤泥，收率分别按90%、95%、97%和92%计，可收得铁含量为92%的直接还原铁kg，价值.5元；含量为98%钛白粉49kg，价值元；含量为99%的阻燃用氢氧化铝kg，价值元，含量为99.5%的氧化钪0.85kg，价值元。总计产出.5元。可以创造十分可观的经济效益。

如果采用湿法工艺处理上述污泥，所产铁产品为电池用氧化铁，钛产品为钛白粉，铝产品为聚合氯化铝，钪产品为氧化钪，收率分别按95%、95%、97%、95%和92%计，可收得铁含量为99.6%的电池用氧化铁kg，价值1元；含量为98%钛白粉49kg，价值元；含量为29%的聚合氯化铝kg，价值元，含量为99.5%的氧化钪0.85kg，价值元，总产出高达元。

以上所述分离有价元素后的赤泥残渣主要成份为二氧化硅、氧化钙和少量氧化铁等，可用做水泥生产原料，也可用作工程土等。

综上，赤泥是氧化铝行业所产出的强碱性工业固废，按生产工艺的不同分为烧结法赤泥，拜耳法赤泥和联合法赤泥。其中拜耳法赤泥含铁、铝、钛较高，同时还含有一定量的稀有金属元素，适宜于进行金属元素的分离与提取，联合法和烧结法赤泥铁、铝、钛含量较低，脱碱处理后适宜于生产建筑材料，用作工程土等。

赤泥的产生与堆存不仅会对环境造成污染，而且还将造成所含有价金属资源的流失与浪费。对赤泥的资源化利用途径有多种，但能够实现环境效益和经济效益高度统一的资源化利用途径为对其中金属元素的分选与利用，对赤泥中金属元素的分选与利用代表着赤泥资源化利用的方向。从资源化利用和经济效益角度考虑，赤泥，尤其是拜耳法赤泥是一种资源化利用价值很高的二次资源，具有十分可观的经济价值。