赤泥資源化綜合利用現(xiàn)狀及展望

耿 超,郭士會(huì),劉志國,劉建國

(1.中國消防救援學(xué)院,北京 102202;2.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100084;3.中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 引言

赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時(shí)排出的工業(yè)固體廢棄物,中國作為氧化鋁生產(chǎn)大國,每年排放的赤泥高達(dá)1億t[1-2]。赤泥由于堿性強(qiáng)、粒度細(xì)、礦物組成復(fù)雜等特點(diǎn),導(dǎo)致其大規(guī)模綜合利用困難。目前,我國大部分赤泥以堆存為主,不僅占用了寶貴的土地資源,而且赤泥會(huì)污染周圍的土壤和地下水資源對(duì)環(huán)境造成污染。此外,赤泥尾礦壩的維護(hù)需投入大量資金,且存在安全風(fēng)險(xiǎn),有潰壩、滑坡的隱患,對(duì)周圍廠區(qū)和附近居民的安全造成威脅。

為貫徹《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》,落實(shí)《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》和《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》,工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部等八部門印發(fā)《加快推動(dòng)工業(yè)資源綜合利用實(shí)施方案》,明確提出“提高赤泥綜合利用水平”。應(yīng)急管理部印發(fā)《防范化解尾礦庫安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》,明確提出“穩(wěn)妥推進(jìn)尾礦資源綜合利用,鼓勵(lì)尾礦庫企業(yè)通過尾礦綜合利用減少尾礦堆存量乃至消除尾礦庫,從源頭上消除尾礦庫安全風(fēng)險(xiǎn)。”因此,無論是從環(huán)境層面還是安全層面,赤泥的綜合利用勢(shì)在必行。本文從赤泥理化特性、產(chǎn)生現(xiàn)狀及赤泥綜合利用現(xiàn)狀三個(gè)方面進(jìn)行梳理總結(jié),以期為赤泥綜合利用發(fā)展提供參考。

1 赤泥的理化特性

1.1 赤泥物理特性

赤泥的成分隨鋁土礦成分、生產(chǎn)工藝及脫水、陳化程度等不同而有所差異[3]。目前,氧化鋁生產(chǎn)工藝主要有燒結(jié)法、拜耳法和聯(lián)合法3種方式。鋁土礦中鋁含量較高時(shí),采用拜耳法煉鋁,所產(chǎn)生的赤泥為拜耳法赤泥;鋁土礦中含鋁較低時(shí),采用燒結(jié)法或聯(lián)合法煉鋁,得到的赤泥為燒結(jié)法赤泥或聯(lián)合法赤泥。新堆赤泥呈流塑態(tài),沒有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,松軟易變形,易液化;堆存一段時(shí)間后發(fā)生物理、化學(xué)變化,由流塑態(tài)變?yōu)榭伤軕B(tài)或硬塑態(tài),形成具有一定強(qiáng)度的干基赤泥。干基赤泥的物理性質(zhì)如表1所示[4-5],表中數(shù)據(jù)表明,赤泥具有粒度細(xì)、比表面積大、孔隙比大、含水量高、持水性強(qiáng)、密度較大、熔點(diǎn)較高等特點(diǎn)。

表1 赤泥的物理性質(zhì)Table 1 Physical properties of red mud

1.2 赤泥理化特性

通過文獻(xiàn)梳理得到不同工藝方法產(chǎn)生的代表性赤泥主要化學(xué)組成與含量見表2[4-5]。由表2可知,不同工藝得到的赤泥化學(xué)成分含量有所差異,但主要化學(xué)成分均包括Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、Na2O、TiO2?？傮w來看,赤泥主要由硅酸鹽基氧化物組成,含量較高的金屬元素有鐵、鋁、鈦等,此外還含有微量的Zr、Y、Th、U和稀土元素[3]。另外,3種工藝所得赤泥中Na2O含量均較高,這是導(dǎo)致赤泥呈堿性的主要原因,赤泥浸出液的pH值一般在12.0以上,赤泥pH值為10.29～11.83,堿性強(qiáng)[5]。

表2 赤泥主要化學(xué)組成與含量Table 2 Main chemical compositions and contents of red mud %

2 赤泥產(chǎn)生現(xiàn)狀

2.1 赤泥的分布情況

我國鋁土礦分布比較集中,主要分布山西、貴州、河南、廣西和山東5個(gè)省(自治區(qū)),五省(自治區(qū))儲(chǔ)量合計(jì)占全國總儲(chǔ)量的93.9%(山西41.6%、貴州17.1%、河南16.7%、廣西15.5%、山東3%)[6],其余擁有鋁土礦的14個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)的儲(chǔ)量合計(jì)僅占全國總儲(chǔ)量的6.1%。但是,目前我國鋁土礦對(duì)外依存度超過60%,2016—2021年各省(直轄市、自治區(qū))氧化鋁產(chǎn)能分布情況如表3[7-8]。2021年中國氧化鋁產(chǎn)量前十省(直轄市、自治區(qū))分別為山東省、山西省、河南省、廣西壯族自治區(qū)、貴州省、重慶市、云南省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省、江西省(表3)。按照1 t氧化鋁產(chǎn)1.45 t赤泥計(jì)算,2021年我國氧化鋁生產(chǎn)省(直轄市、自治區(qū))赤泥產(chǎn)生量如圖1所示。由圖可知,山東省、山西省、河南省、廣西壯族自治區(qū)、貴州省均是我國赤泥產(chǎn)生大省(自治區(qū)),五個(gè)省(自治區(qū))的赤泥產(chǎn)生量占全國赤泥產(chǎn)生量的95%以上。

圖1 2021年我國氧化鋁生產(chǎn)省(直轄市、自治區(qū))赤泥產(chǎn)生量Fig.1 Red mud production in alumina production major provinces,municipality and autonomous region in 2021

表3 2016—2021年中國十大主要省(直轄市、自治區(qū))氧化鋁產(chǎn)量Table 3 Alumina output of China's top ten major provinces,municipality and autonomous region from 2016 to 2021(10 thousand tons)萬t

2.2 赤泥產(chǎn)生情況

隨著我國電子、航空、醫(yī)藥、機(jī)械、陶瓷等行業(yè)的快速發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)金屬鋁的需求量增大,金屬鋁成為我國僅次于鋼鐵的第二大金屬材料。生產(chǎn)金屬鋁的主要原料是氧化鋁,1 t電解鋁約需要2 t氧化鋁,而生產(chǎn)1 t氧化鋁則需要2～3 t鋁土礦[2]。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局等相關(guān)資料顯示[7-8],自2017年起,我國每年產(chǎn)生的赤泥均超過1億t,2010—2021年我國赤泥產(chǎn)生量見圖2。

圖2 2011—2021年我國赤泥產(chǎn)生量Fig.2 The production of red mud in China from 2011 to 2021

2.3 目前我國赤泥利用情況

自20世紀(jì)30年代,赤泥綜合利用方面的相關(guān)研究工作開始進(jìn)展。然而,到目前為止,對(duì)于赤泥的利用大多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,除赤泥選鐵、筑路等工藝有小規(guī)模的應(yīng)用示范外,尚無大規(guī)模處理赤泥的工藝。2011—2020年赤泥綜合利用量和利用率如圖3所示[7-8],2020年我國赤泥綜合利用量為849萬t,綜合利用率約為8.32%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我國大宗工業(yè)固體廢棄物綜合利用率的平均水平。目前我國赤泥累計(jì)堆存量已超過10億t。

圖3 2011—2020年赤泥綜合利用量和利用率Fig.3 Comprehensive utilization and utilization rate of red mud from 2011 to 2020

3 赤泥綜合利用研究現(xiàn)狀

結(jié)合赤泥特性可以發(fā)現(xiàn),赤泥的利用主要體現(xiàn)在4個(gè)方面。①赤泥中含有有價(jià)金屬,如鐵、鋁、鈦、稀土等,可以提取其中的有價(jià)金屬;②赤泥中含較高的鈣、硅、鋁等硅酸鹽體系礦物,可以用作建筑材料的原料;③赤泥具有堿性和吸附性能,可以制備環(huán)保材料;④赤泥具有高比表面積且含有較高的硅、鋁、鐵和鈦等阻燃元素,可以制備用于消防的阻燃和滅火材料。因此,基于前期研究基礎(chǔ)以及文獻(xiàn)調(diào)研,本文重點(diǎn)梳理和總結(jié)赤泥在冶金、建筑材料、環(huán)保和消防4個(gè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。

3.1 冶金領(lǐng)域

3.1.1 鐵的回收

由于赤泥中鐵含量較高,如何高效回收赤泥中的鐵,是國內(nèi)外學(xué)者主流研究方向之一。目前對(duì)于赤泥中鐵的回收主要的工藝包括強(qiáng)磁選、磁化焙燒-弱磁選和直接還原-弱磁選等。

強(qiáng)磁選主要是通過粒度分級(jí)、強(qiáng)磁分選赤泥中的赤鐵礦[9-10],但由于赤鐵礦的磁性弱,且赤泥本身的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,導(dǎo)致分選流程復(fù)雜,圖4為1種赤泥強(qiáng)磁選回收鐵流程圖。通過強(qiáng)磁選分選獲得的鐵精礦TFe品位在55%～60%,但鐵回收率僅20%左右,分選效果不理想。

圖4 赤泥強(qiáng)磁選試驗(yàn)流程Fig.4 The flow chart of high intensity magnetic separation test of red mud

通過磁化焙燒-弱磁選工藝[11-13]使赤泥強(qiáng)磁選工藝存在的問題得到了進(jìn)一步的解決,該工藝首先將赤泥在600～800℃進(jìn)行磁化焙燒,這個(gè)過程需要在還原氣氛下進(jìn)行,可將赤泥中弱磁性的赤鐵礦還原為強(qiáng)磁性的磁鐵礦,然后通過磨礦-弱磁選工藝將磁鐵礦回收。通過磁化焙燒-弱磁選工藝可得到TFe品位60%～63%、鐵回收率45%～80%的鐵精礦產(chǎn)品,此精礦可直接用于煉鐵,但鐵回收率稍低。

直接還原-弱磁選工藝[14-16]與磁化焙燒-弱磁選工藝較為相似,不同之處在于,直接還原溫度更高,目的是通過更高的溫度將赤鐵礦直接還原為金屬鐵。在該工藝過程中,先將赤泥與還原劑混勻,在1 100～1 300℃下進(jìn)行直接還原,赤泥中的赤鐵礦被直接還原為金屬鐵,通過磨礦-弱磁選將其回收。直接還原-弱磁選工藝可回收赤泥中90%以上的鐵,得到TFe品位90%以上的還原鐵產(chǎn)品,此還原鐵可作為電爐煉鋼的原料。

3.1.2 鋁的回收

鋁回收的研究較多,相比較而言,東北大學(xué)特殊冶金創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提出了“鈣化-碳化法”處理赤泥的工藝路線[17-19],是目前較為推廣的回收鋁和赤泥脫堿技術(shù)。首先,通過鈣化轉(zhuǎn)型將赤泥中的硅全部進(jìn)入水化石榴石得到鈣化渣;其次,通入CO2對(duì)鈣化渣進(jìn)行碳化處理,得到主要組成為硅酸鈣、碳酸鈣以及氫氧化鋁的碳化渣;最后,碳化渣再通過低溫溶鋁即可得到主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結(jié)構(gòu)赤泥。具體工藝如圖5所示。一般情況下,拜耳法赤泥經(jīng)過“鈣化-碳化法”處理后,Na2O殘留量降至0.8%以下,Al2O3回收率達(dá)30%以上,回收效果好。此外,采用高溫?zé)Y(jié)-浸出的方法從赤泥中回收鋁也取得較好的成果[20],通過向赤泥中添加碳酸鈉等添加劑,并在1 000～1 100℃進(jìn)行高溫?zé)Y(jié),最后利用堿液對(duì)燒結(jié)渣進(jìn)行浸出,氧化鋁回收率可達(dá)85%～90%。另外,采用燒結(jié)法-浸出方法,通過改變一定的工藝參數(shù),也可以獲得Al(OH)3干膠,以Al(OH)3干膠和工業(yè)磷酸為原料,通過中和反應(yīng)、縮合反應(yīng)和水化反應(yīng)能夠合成防腐材料三聚磷酸鋁[21]。

圖5 “鈣化-碳化法”處理赤泥工藝流程Fig.5 The process flow chart of red mud treatment by“calcification carbonization method”

3.1.3 其他金屬的回收

赤泥中除鐵、鋁外,還含有鈦以及一些稀土元素等。而這些金屬的提取方法較為相似,主要采用濕法冶金的方法,通過利用鹽酸、硫酸、硝酸等對(duì)赤泥進(jìn)行溶解,再用萃取或者離子交換方法回收目標(biāo)金屬[22-25]。在回收鈦的研究中,一般使用硫酸浸出赤泥中的鈦,在最佳反應(yīng)條件下,鈦的浸出率高達(dá)80%。對(duì)于鈧等稀土元素的回收,大多采用浸出-萃取的方法,用鹽酸將赤泥進(jìn)行浸出,然后采用萃取劑對(duì)鹽酸浸出液中的鈧進(jìn)行萃取,最后采用NaOH溶液進(jìn)行反萃取,鈧的回收率可達(dá)到95%以上。

通過以上分析可知,通過改變工藝條件,均能夠?qū)崿F(xiàn)赤泥中有價(jià)金屬的回收。但是,無論利用哪種工藝方法在冶金領(lǐng)域回收有價(jià)金屬,均存在幾個(gè)問題:①工藝流程長、工藝復(fù)雜,②提取金屬后剩余的尾渣仍然為固體廢物,③涉及到濕法冶金工藝,酸消耗量大,易造成酸污染。

3.2 建筑材料領(lǐng)域

3.2.1 路面基層材料

赤泥作為路面基層材料是一個(gè)具有良好應(yīng)用前景的大規(guī)模消納赤泥的綜合利用技術(shù)[26]。齊建召等[27]利用我國山東鋁業(yè)公司產(chǎn)生的燒結(jié)法赤泥,通過添加少量粉煤灰和石灰,在水作用下,發(fā)生水化反應(yīng),具有一定膠凝性能。研究發(fā)現(xiàn),水化產(chǎn)物主要為C—S—H凝膠、鈣礬石和Ca3Al2(SiO4)(OH)8等類水泥水化產(chǎn)物,產(chǎn)物膠凝性強(qiáng)、穩(wěn)定性好,能夠用作路面基層材料?；谠撗芯?山東省淄博市建成了一條寬度15 m、長度4 km的以赤泥為原料的公路,檢測(cè)表明,該公路的強(qiáng)度能夠達(dá)到我國一級(jí)公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 生產(chǎn)水泥和混凝土

赤泥含有較高的SiO2和Al2O3等物質(zhì),具有一定膠凝性和水硬性,應(yīng)用于水泥和混凝土中可以增強(qiáng)建筑材料的力學(xué)性能。很多學(xué)者將赤泥作為水泥的添加劑配合使用,利用赤泥中的硅鋁酸鹽等物質(zhì)來進(jìn)一步提高水泥的強(qiáng)度[1,3,28]。研究表明,在水泥熟料制備過程中,添加10%～30%的赤泥,通過優(yōu)化水泥窯焙燒溫度,可以得到赤泥基水泥,性能優(yōu)于硅酸鹽水泥。但是,赤泥中的鈉堿對(duì)水泥窯是有害的。在赤泥制備混凝土的研究中發(fā)現(xiàn)[29],赤泥可以替代5%～10%的水泥制備混凝土,與普通混凝土比較,28d強(qiáng)度性能沒有顯著區(qū)別。

3.2.3 燒結(jié)磚

大量研究表明[30-32],通過添加石英、頁巖、硅石灰等物質(zhì),補(bǔ)充赤泥中的SiO2含量,經(jīng)過壓制成型、干燥、燒結(jié)可制備性能良好的燒結(jié)磚。該方法制備的燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度大,可達(dá)到80 MPa以上,符合國家燒結(jié)磚標(biāo)準(zhǔn)。并且,在傳統(tǒng)制備黏土燒結(jié)磚工藝中[33],利用赤泥替代10%～30%黏土,同樣能夠制備出與黏土燒結(jié)磚性能相似的赤泥燒結(jié)磚。

總體來看,赤泥經(jīng)過加工作為建筑材料,特別是在水泥、制磚、路基材料方面,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模的應(yīng)用,但是實(shí)踐表明,赤泥在建筑材料應(yīng)用中,存在一定問題。由于赤泥成分復(fù)雜,堿含量較高,當(dāng)用作建筑材料時(shí),與水混合,堿在水化過程中會(huì)析出NaOH和KOH,導(dǎo)致水泥、磚和道路體積發(fā)生膨脹、開裂,這些鹽類還會(huì)逐漸析出,在表面形成“泛霜”,影響水泥、磚和道路質(zhì)量。另外,如果赤泥作為水泥熟料的原料直接添加,則其中的堿會(huì)腐蝕水泥窯壁,影響水泥窯壽命。

3.3 環(huán)保領(lǐng)域

3.3.1 煙氣脫硫技術(shù)

赤泥具有堿含量高、粒度細(xì)、多孔疏松、吸附性強(qiáng)等物化特性,利用赤泥中附著堿CaO、Na2O、Al2O3等有效固硫成分,能用于煙氣脫硫[34-37]。同時(shí),赤泥的多孔疏松結(jié)構(gòu)以及較強(qiáng)的吸附特性還可有效吸附煙氣中的重金屬。實(shí)踐表明,以赤泥漿體為脫硫劑,代替石灰石/石灰乳對(duì)煙氣進(jìn)行濕法脫硫,在吸收塔內(nèi)噴淋吸收SO2,可使煙氣達(dá)標(biāo)排放。該方法在實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫的同時(shí),還實(shí)現(xiàn)了赤泥脫堿,脫硫后赤泥的Na2O含量可以降低到2%以下,可用于建筑材料、路基材料等領(lǐng)域。

3.3.2 土壤改良

赤泥用于土壤改良主要表現(xiàn)在2個(gè)方向。一是赤泥中堿含量較高,可以修復(fù)酸性土壤。研究表明[38-40],將赤泥用于酸性土壤,可調(diào)節(jié)土壤的pH值,使得土壤呈現(xiàn)中性,并且可有效抑制磷元素的流失,使土壤從根本上得到改良。二是赤泥具有顆粒小、活性高和比表面積大的特點(diǎn),具有良好的吸附性能,可有效吸附污染土壤中的有毒物質(zhì)。研究表明[41-42],以赤泥原料制備的土壤修復(fù)材料,用于重金屬污染土壤修復(fù),可降低土壤中銅、鎳、鋅及鉻等重金屬含量。

3.3.3 工業(yè)廢水治理

赤泥用于工業(yè)廢水治理機(jī)制與土壤改良相似,均是利用了赤泥自身含堿量高和吸附性強(qiáng)的特點(diǎn)。研究表明[43-46],利用赤泥不僅可以中和酸性污染水體,并且赤泥的吸附特點(diǎn)能夠吸附污染水體中的重金屬,如銅、鎳、鋅及鉻等。同時(shí),還能夠吸附水體中的有機(jī)污染物,例如工業(yè)廢水中的劇毒污染物靛藍(lán)胭脂紅、羅丹明B、酸性紫、剛果紅等的去除率均可達(dá)90%以上。

總體來看,赤泥在環(huán)保領(lǐng)域方面,對(duì)大氣、水、固體中的污染物治理均有較好的效果。但是赤泥本身具有一定的污染性,除堿污染外,還含有一定的重金屬。在以上研究中,盡管實(shí)現(xiàn)了污染物質(zhì)的解毒,卻忽略了赤泥自身有害物質(zhì)可能對(duì)環(huán)境造成的威脅。

3.4 消防領(lǐng)域

鋁系、硅系等阻燃劑因具有無毒、環(huán)保、穩(wěn)定性好、塑料燃燒時(shí)能夠減少發(fā)煙量等優(yōu)點(diǎn),受到消防領(lǐng)域青睞。而赤泥中含有較高的SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2等物質(zhì),這些物質(zhì)具有良好的阻燃性能。因而,部分學(xué)者對(duì)將赤泥作為阻燃劑和滅火劑在消防領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用開展了一系列的研究。

3.4.1 制備阻燃劑

上海大學(xué)、青島科技大學(xué)、中國消防救援學(xué)院等研究團(tuán)隊(duì)利用赤泥制備高值化類水滑石綠色阻燃劑[47-49]。在這些研究中,以赤泥為原料,通過導(dǎo)入碳酸根離子和二價(jià)鎂離子Mg2+,利用焙燒復(fù)原法、共沉淀等方法,制備含有水滑石的赤泥基阻燃劑,并將制備的赤泥基阻燃劑進(jìn)行改性,改性后的赤泥基阻燃劑與乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和熱塑性聚氨酯(TPU)等常規(guī)的易燃材料復(fù)合形成赤泥基阻燃材料。對(duì)赤泥基阻燃材料與常規(guī)鋁系和鎂系等復(fù)合型阻燃材料的阻燃、抑煙及熱降解性能進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn),二者在阻燃、抑煙及熱降解方面呈現(xiàn)的性能相差無幾,由此可知赤泥基水滑石作為新型高效阻燃劑、抑煙劑是可行性的。

3.4.2 制備滅火劑

河南理工大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)以拜耳法赤泥為原料,經(jīng)過酸法脫堿、溶膠-凝膠法改性等處理后,得到比表面積高達(dá)255 m2/g的具有豐富微孔結(jié)構(gòu)的改性赤泥粉體材料,并將改性赤泥與尿素為原料制備復(fù)合材料[50-51]。通過爆炸試驗(yàn)驗(yàn)證,赤泥基復(fù)合材料具有良好的抑制燃燒和抑制爆炸的性能,能夠升高燃點(diǎn)、降低火焰?zhèn)鞑ニ俣群捅▔毫?。還有研究表明,將赤泥、無機(jī)纖維噴涂棉、膨脹珍珠巖粉、海藻酸鈉和水等裝入犁耙式混料機(jī)中進(jìn)行高速攪拌,得到赤泥復(fù)合型阻燃發(fā)泡劑膏狀物,再與過氧化氫、二甲基硅油和水混合輸入高速攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌,通過過程控制,最終可以得到具有良好滅火效果的赤泥網(wǎng)狀凝膠泡沫泥漿防滅火劑。

總體來看,赤泥用于消防領(lǐng)域,優(yōu)點(diǎn)較多,無需將赤泥進(jìn)行脫堿,赤泥中的硅、鋁、鈣、鈦等均是無毒環(huán)保的阻燃物質(zhì),用于消防領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。但是,經(jīng)過加工處理后得到的赤泥基阻燃劑并不能直接形成阻燃或者滅火材料,需要經(jīng)過一系列的改性,與其他物質(zhì)復(fù)合形成阻燃材料或者抑制材料。而由于經(jīng)過加工處理后的赤泥,成分仍然復(fù)雜,即使制成阻燃劑并對(duì)其改性,仍然存在與其他物質(zhì)兼容性差的問題[46]。因此,在消防領(lǐng)域的應(yīng)用,需要進(jìn)一步攻克赤泥基阻燃劑兼容性差的問題。

4 結(jié)論與展望

目前我國赤泥的利用率僅為8%,與1億t的赤泥年產(chǎn)量比較,氧化鋁生產(chǎn)大省未來可能將面臨巨大赤泥處理壓力。雖然目前國內(nèi)外相關(guān)機(jī)構(gòu)開展了大量的赤泥研究工作,但是這些工藝或多或少都存在一些瓶頸問題,導(dǎo)致目前無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。因此,開發(fā)赤泥減量化、無害化和資源化的關(guān)鍵技術(shù),依靠科技進(jìn)步減輕和消除日益增長的赤泥危害,在未來很長一段時(shí)間內(nèi)仍然是國內(nèi)外氧化鋁工業(yè)界面臨的重大課題。借助筆者研究團(tuán)隊(duì)多年對(duì)赤泥的研究,建議可以從以下幾個(gè)方面繼續(xù)開展研究工作,尋求突破。

1)在確定處理某一地方赤泥之前,充分分析赤泥的性質(zhì),結(jié)合赤泥的特性,量身定做資源化利用方案。

2)將赤泥利用方法跨領(lǐng)域跨學(xué)科相互結(jié)合,例如建筑領(lǐng)域和冶金領(lǐng)域。赤泥在提取完有價(jià)金屬后存在二次尾渣處理問題,冶金企業(yè)產(chǎn)生的二次尾渣進(jìn)入建筑領(lǐng)域后,還需要攻克脫堿問題。因此,兩者可以相互融合,通過聯(lián)合工藝對(duì)不同金屬進(jìn)行回收(先通過還原焙燒實(shí)現(xiàn)金屬鐵的回收,再通過浸出-萃取、鈣化-碳化等方法實(shí)現(xiàn)其他金屬的回收),因?yàn)榻鲞^程以酸法浸出為主,可同步實(shí)現(xiàn)赤泥脫堿,脫堿后的尾渣可作為建筑材料繼續(xù)利用。同時(shí),產(chǎn)生的含酸廢水可進(jìn)行循環(huán)使用,形成閉環(huán),徹底實(shí)現(xiàn)赤泥資源化利用。

3)在環(huán)保領(lǐng)域,赤泥脫硫技術(shù)是值得推廣的技術(shù),但赤泥用于土壤修復(fù)和水污染治理,還需考慮赤泥自身對(duì)環(huán)境的污染。因此,在研究赤泥治理污染土壤和水體過程中,還需從治理過程的整體性和長效性進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià),防止出現(xiàn)赤泥自身污染物質(zhì)帶來新的環(huán)境污染。

4)在消防領(lǐng)域的應(yīng)用研究,還需進(jìn)一步解決赤泥基阻燃劑或滅火劑與其他物質(zhì)復(fù)合兼容性差的問題。建議可以從納米材料方向?qū)ふ彝黄瓶?將制備的赤泥基阻燃劑或滅火劑,通過機(jī)械化學(xué)等手段實(shí)現(xiàn)納米級(jí),或許是有效解決兼容性問題的一種可行方法。