赤泥綜合利用研究進展

羅丹 李紫龍 杜秋 張焦 張鑫

摘? 要：赤泥是氧化鋁行業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)性廢渣，具有粒度細、組成復(fù)雜、高鹽性和強堿性的特點，極易造成土壤堿化、地下水污染等環(huán)境問題。文章分析了赤泥的基本性質(zhì)，綜述了赤泥在金屬回收、建筑材料、土壤修復(fù)、水處理及廢氣處理中應(yīng)用，探討了應(yīng)用中存在的一些問題，并提出了建議。

關(guān)鍵詞：赤泥;性質(zhì);綜合利用;脫硫;建筑材料

中圖分類號：X75? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）15-0075-02

Abstract： Red mud is an industrial waste residue produced in alumina production process. It has the characteristics of fine granularity， complex composition， high salinity and strong alkalinity， thus causing environmental problems， such as soil alkalization， and groundwater pollution. This paper analyzes the basic properties of red mud and summarizes the application of red mud in metal recycling， building materials， soil remediation， water treatment and waste gas treatment. What's more， some problems in applications are discussed and some suggestions are put forward.

Keywords： red mud; properties; comprehensive utilization; desulphurization; building materials

引言

中國是世界上氧化鋁行業(yè)最大的生產(chǎn)國，截至2015年我國氧化鋁產(chǎn)能已達6800萬噸，占全球總產(chǎn)能的50.2%[1]。因礦石品位、生產(chǎn)方法、技術(shù)水平而異，大多數(shù)生產(chǎn)廠每生產(chǎn)1t氧化鋁同時產(chǎn)出1～2t赤泥[2]。赤泥是鐵、鈣、鋁等化合物及二氧化硅固體殘渣，具有堿性強、鹽分高等特征。赤泥堆存既占用了大量土地，且隨著污染物的遷移，易造成地下水污染和土壤鹽堿化。特別是赤泥庫潰壩對周邊土壤、水體、大氣和人體健康存在巨大的環(huán)境危害。

赤泥具有強堿性，成分與性質(zhì)復(fù)雜，金屬氧化物含量豐富，且本身還帶有顆粒分散性好、比表面積大等多孔材料的特征，這些特點一方面對赤泥的處理及其周圍環(huán)境安全造成了影響，一方面使其在冶金、建材、環(huán)保等領(lǐng)域可實現(xiàn)資源化利用。本文綜述了近年來赤泥在金屬回收、建筑材料、廢水處理以及廢氣處理等方面的應(yīng)用研究進展。

1 赤泥中的金屬回收

赤泥中含有的鐵、鋁、鈣、鈦等有用金屬元素，國內(nèi)外各學(xué)者針對赤泥中的各種金屬開展了大量回收工藝的研究。常軍等[3]采用還原（堿性）焙燒-堿浸-磁選工藝，對拜耳法赤泥中的鐵和鋁進行資源化回收，結(jié)果顯示鋁的浸出率為88.37%，磁選鐵精礦品位為 83.38%，回收率為72.46%。Agatzini等[4]在采用稀硫酸提取拜耳法赤泥中的鈦。在最佳實驗條件下，即酸濃度3mol/L，溫度60℃，固液比5%，鈦回收效率達到64.5%。在赤泥金屬回收中各類工藝路線均具有一定的回收能力，但其回收方法大多存在投資大、能耗高、成本高等問題，不具有經(jīng)濟性。因此，赤泥的金屬回收技術(shù)大多仍處于學(xué)術(shù)研究階段，尚未達到工業(yè)化應(yīng)用模式。

2 赤泥用于土壤修復(fù)

赤泥可用于土壤修復(fù)，添加高堿性赤泥可以提高酸性土壤pH，且赤泥中含鐵鋁的礦物組分還可提高土壤的固磷能力，有利于土壤中的植物和微生物生存及繁衍。此外，由于赤泥具有較好的吸附性能，可進行重金屬污染土壤修復(fù)，達到重金屬固化的作用。楊慧珠等[5]以拜耳法赤泥為主要原料，加入少量水泥等添加劑改性赤泥，應(yīng)用于土壤中鉛的穩(wěn)定化，結(jié)果表明制備的赤泥顆粒對鉛污染濃度分別為100mg/kg、250mg/kg、500mg/kg和800mg/kg進行固定化處理，當(dāng)投加5%的赤泥顆粒，穩(wěn)定10天后，土壤中游離態(tài)鉛分別降低了72.52%、65.38%、64.73%和40.03%。但赤泥應(yīng)用于土壤修復(fù)，具有較強的針對性，只能適用于一些特殊性污染的土壤，對赤泥的需求量小。

3 赤泥在水處理中的應(yīng)用

赤泥在水介質(zhì)中化學(xué)成分穩(wěn)定、粒徑較小，具有孔架狀結(jié)構(gòu)，比表面積高達40-70m2/g，是一種很有前途的低成本吸附劑。早在1996年，Pradhan等[6]就利用赤泥吸附去除水中的鉛和鉻。Lopez E等[7]利用赤泥處理金屬離子污染水，實驗結(jié)果表明赤泥對水中Zn2+、Cu2+、Ni2+和Cd2+的吸附量分別為12.59mg/g、19.72mg/g、10.95mg/g和10.57mg/g。Gupta V K等[8]利用赤泥吸附有機污染廢水中的苯酚、2-氯酚、4-氯酚和2，4-二氯酚，其中對2，4-二氯酚和4-氯酚的吸附率高達94-97%，對2-氯酚和苯酚的去除率高達50-81%。但大多研究表明，赤泥用于水處理之前首先要通過酸化、熱活化、酸熱綜合等方法進行活化，以避免處理過程中對水體造成二次污染，并增強對污染物的吸附能力。

此外，赤泥還可制作成水處理絮凝劑，以赤泥為原料制備的絮凝劑中含有大量的Fe3+和Al3+，具有較高的正電荷，可有效降低或消除水中懸浮膠粒的ξ電位。當(dāng)在鐵鹽和鋁鹽中加入聚硅酸， 制成復(fù)合型絮凝劑后， 對水中膠粒具有較強的電中和作用，使膠粒脫穩(wěn)，同時有吸附架橋作用。因此不少研究者將赤泥用于制備聚硅酸金屬鹽復(fù)合型高分子絮凝劑和聚合氯化鋁鐵絮凝劑。目前，赤泥制作絮凝劑的相關(guān)技術(shù)還處于科研單位學(xué)術(shù)研究階段。

4 赤泥在廢氣處理中的應(yīng)用

赤泥脫硫處理方法有干法和濕法兩種。在赤泥濕法脫硫中，高堿性赤泥漿液與酸性煙氣接觸后，煙氣中SO2在水中形成亞硫酸根離子和氫離子，氫離子與赤泥漿液中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，亞硫酸根離子被煙氣中的氧氣氧化成硫酸根離子，硫酸根離子與赤泥中的金屬離子結(jié)合固定生成沉淀或者絡(luò)合物，最終使SO2達到固定的目的。

目前，國內(nèi)中國地質(zhì)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、昆明理工大學(xué)等高校已進行了大量的學(xué)術(shù)研究，證明了赤泥脫硫的技術(shù)可行性。竹濤等[9]采用赤泥進行煙氣脫硫，結(jié)果表明赤泥具有良好的脫硫性能，在固液比10：1，煙氣流速為3m/s，液氣比為15：1的條件下，脫硫率可高達98.8%。位朋等[10]采用赤泥進行煙氣脫硫，驗證了赤泥吸收SO2具有的高效、工藝簡單，操作方便等優(yōu)點。同時，脫硫赤泥后的pH值可降低至中性，滿足《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB18599-2001》中I類工業(yè)固廢的標(biāo)準(zhǔn)要求（浸出pH=6～9），因此，采用赤泥脫硫達到了以廢治廢的目的，環(huán)境效益突出。

赤泥作為干法脫硫劑需經(jīng)過化學(xué)處理、熱處理、添加催化劑等措施提高其脫硫效率，赤泥粉末易團聚可能造成輸送管道堵塞。此外，鋁廠堆場中的赤泥存在一定的含水量，赤泥有板結(jié)現(xiàn)象，無法直接進入干法脫硫工藝，需先進行烘干球磨，才能進一步應(yīng)用，從而大大提高了脫硫成本。因此，在赤泥脫硫應(yīng)用方面，應(yīng)主要采用濕法脫硫技術(shù)。

5 赤泥在建筑材料方面的應(yīng)用

由于赤泥中含有氧化硅、氧化鋁、氧化亞鐵、氧化鈣及一定的硅酸鹽礦物，這些物質(zhì)可作為高性能建筑材料制備的重要組成部分，如制磚、建筑陶瓷、路基材料、保溫材料和混凝土等。李國昌等[11]以赤泥制備透水磚，在赤泥參比為45.1%，磚成型壓力為40MPa，燒結(jié)溫度為1080℃，燒結(jié)時間為60min的條件下，形成的透水磚抗壓強度為35.32 MPa，透水系數(shù)為0.028cm/s。王清濤等[12]利用赤泥制備輕質(zhì)高強保溫建筑材料，研究結(jié)果表明赤泥用量為35%，發(fā)泡劑添加量為5%，燒結(jié)溫度為1100℃時，制備樣品氣孔分布均勻，體積密度為0.26g/cm3，孔隙率為73.28%，閉氣孔率達到90.52%，抗壓強度為7.83MPa。利用赤泥制備建筑材料具有吃渣量大，市場廣等優(yōu)點，有利于赤泥的整體處理，達到環(huán)境治理的目的。

6 結(jié)束語

赤泥可通過脫堿和脫鹽處理，達到無害化降低其環(huán)境風(fēng)險，再進行填埋，但該處理方式僅達到環(huán)保目的，而實際應(yīng)用性較差。赤泥的綜合應(yīng)用主要有金屬回收、土壤修復(fù)、水處理、大氣處理以及制備建筑材料，其中金屬回收、土壤修復(fù)、水處理還處于學(xué)術(shù)研究階段，赤泥應(yīng)用于燃煤電廠煙氣脫硫已經(jīng)過大量的學(xué)術(shù)研究，目前已有中試項目，而赤泥制備建筑材料，如水泥、建筑陶瓷和混泥土，建筑材料需求量大，市場大。因此，提出赤泥用于煙氣處理及制備建筑材料技術(shù)路線，最大限度實現(xiàn)赤泥的資源化、減量化和無害化，符合環(huán)境友好型社會對資源和固廢處置的新要求。

參考文獻：

[1]王強，翁雪鶴，潘登，等.我國鋁產(chǎn)業(yè)“十二五”總結(jié)暨“十三五”展望[J].冶金經(jīng)濟與管理，2016（3）：17-19.

[2]吳素彬，聶登攀，王振杰，等.逆流浸取法回收赤泥中的堿[J].化工進展，2014，33（06）：1607-1609.

[3]常軍，邵延海，李碩，等.云南某赤泥還原焙燒-磁選試驗研究[J].輕金屬，2017（08）：8-14.

[4]Agatzini-Leonardou S， Oustadakis P， Tsakiridis P E， et al. Titanium leaching from red mud by diluted sulfuric acid at atmospheric pressure[J]. Journal of Hazardous Materials， 2008，157（2-3）：579-586.

[5]楊慧珠，程乾坤，王新璋，等.改性拜耳法赤泥顆粒的制備及對土壤鉛的穩(wěn)定化處理[J].環(huán)境工程學(xué)報，2018，12（4）：1171-1181.

[6]Pradhan J， Das S N， Das J， et al. Characterization of Indian red muds and recovery of their metal values[R]. Minerals， Metals and Materials Society， Warrendale， PA （United States）， 1996.

[7]Lopez E， Soto B， Arias M， et al. Adsorbent properties of red mud and its use for wastewater treatment[J]. Water research， 1998，32（4）：1314-1322.

[8]Gupta V K， Ali I， Saini V K. Removal of chlorophenols from wastewater using red mud： an aluminum industry waste[J]. Environmental science & technology， 2004，38（14）：4012-4018.

[9]竹濤，夏妮，李光騰，等.基于赤泥脫硫劑的煙氣脫硫特性試驗研究與應(yīng)用[J].中國科技論文，2016，11（9）：1056-1061.

[10]位朋，李惠萍，靳蘇靜，等.氧化鋁赤泥用于工業(yè)煙氣脫硫的研究[J].化工進展，2011（s1）：344-347.

[11]李國昌，王萍.赤泥透水磚的制備及性能研究[J].金屬礦山，2009，39（12）：154-157.

[12]王清濤，李森，于華芹，等.利用赤泥制備輕質(zhì)高強保溫裝飾一體化建筑材料[J].硅酸鹽通報，2018（04）：274-279.