摘要:赤泥是氧化鋁生產(chǎn)產(chǎn)生的最大工業(yè)廢渣,給社會(huì)、環(huán)境帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。本文概述了赤泥的工業(yè)特性,介紹了赤泥在金屬回收以及新材料制備等方面的研究概況。

關(guān)鍵詞:赤泥; 特性; 回收; 利用

赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時(shí)排出的污染性廢渣,一般平均每生產(chǎn)1 t氧化鋁,附帶產(chǎn)生1. 0～2. 0 t赤泥[ 1 ] 。我國(guó)作為世界第4大氧化鋁生產(chǎn)國(guó),每年排放的赤泥高達(dá)數(shù)百萬(wàn)噸。大量的赤泥不能充分有效的利用,只能依靠大面積的堆場(chǎng)堆放,占用了大量土地,也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。

我國(guó)借助國(guó)內(nèi)赤泥高鈣、高硅而低鐵的特點(diǎn),利用赤泥燒制水泥成為一條可喜的廢渣利用途徑。但是相對(duì)于赤泥巨大的排放量,有限的利用率仍然不能減緩赤泥給社會(huì)、環(huán)境帶來(lái)的沉重負(fù)擔(dān)。放眼21世紀(jì),資源、能源、環(huán)境成為這個(gè)時(shí)代最大的問(wèn)題,而工業(yè)廢渣能否最大限度的利用又牽扯到這些問(wèn)題的有效解決。

所以,更加全面深入研究赤泥的特性,如何研制工業(yè)廢渣類(lèi)新型材料,充分有效的回收利用赤泥已經(jīng)成為現(xiàn)階段一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)。

1　赤泥的特性

1. 1　赤泥的成分特征

赤泥是在從鋁土礦中提煉氧化鋁的過(guò)程中形成,主要成分為SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3 ,其各組分含量又因鋁土礦的產(chǎn)地和氧化鋁的生產(chǎn)工藝不同而異。

赤泥中含有可再生利用的氧化物和多種有用金屬元素,成為赤泥再生利用的基礎(chǔ)。利用赤泥中含有較高的CaO、SiO2 可生產(chǎn)硅酸鹽水泥及一些專(zhuān)用水泥; 利用它的SiO2、Al2O3、CaO、MgO 含量特征及少量的TiO2、MnO、Cr2O3 ,可以生產(chǎn)特種玻璃;同時(shí),赤泥中含有豐富的鐵、鈧、鈦等有用金屬元素。

1. 2　赤泥的礦物特征

赤泥的礦物組成也因氧化鋁的生產(chǎn)方法不同而異,景英仁等[ 2 ]采用偏光顯微鏡、掃描電鏡等7種手段對(duì)赤泥的礦物成分進(jìn)行測(cè)定,發(fā)現(xiàn)其主要成分為文石和方解石,其次為蛋白石、三水鋁石、針鐵礦,另有少量的鈦礦物、菱鐵礦、水玻璃、鋁酸鈉和火堿。

1. 3　赤泥的物理、化學(xué)性質(zhì)

赤泥具有膠結(jié)的孔架狀結(jié)構(gòu),主要由結(jié)構(gòu)2凝聚體、結(jié)構(gòu)2集粒體、結(jié)構(gòu)2團(tuán)聚體3級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。3者之間形成了凝聚體空隙、集粒體空隙、團(tuán)聚體空隙。這使赤泥具有較大的比表面積,而且以大小相差懸殊、變化幅度大為其明顯特征。

赤泥屬高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度廢渣。以山西鋁廠(chǎng)為例,其壓縮系數(shù)a200 = 1. 0～1. 6MPa- 1 ,內(nèi)摩擦角Φ =24°～33°,粘聚力C = 6. 6～33. 0MPa,二者都不會(huì)因溶液性質(zhì)的改變而變化[ 2 ] 。赤泥含水量大,在震動(dòng)時(shí)失水量為4. 7%～14. 9% ,震動(dòng)后剩余水為72. 0% ～81. 3% ,二者構(gòu)成了赤泥79% ～93%的大持水量[ 3 ] 。高持水量是造成赤泥堆放多年仍能不團(tuán)結(jié),呈軟塑2流塑淤泥質(zhì)狀態(tài)的主要原因。赤泥的陽(yáng)離子交換量波動(dòng)范圍大,最高可達(dá)57. 81mg/100g,最低20. 7mg/100g,大部分在25～35mg/100g[ 2 ] 。

2　赤泥的綜合回收

赤泥中含有豐富的鐵、鋁、鈣、鈦、鈧等有用金屬元素。這些金屬資源目前未得到充分的利用,尤其是在礦產(chǎn)資源日益缺乏的條件下,對(duì)赤泥中有用元素的回收顯得日漸重要。

2. 1　鐵的回收

在現(xiàn)今鐵礦產(chǎn)資源日益枯竭的情況下,高鐵赤泥成為重要的鐵礦產(chǎn)資源。鐵在赤泥中的賦存狀態(tài)主要以Fe2O3 為主,伴有少量的FeO,黃柱成[ 4 ]研究表明,從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)來(lái)看,從赤泥中還原鐵是完全可行的。磁選法是回收鐵的重要方法,姜平國(guó)等[ 5 ]在50～1250℃左右對(duì)赤泥進(jìn)行燒結(jié),完成晶體結(jié)構(gòu)的重整,可使細(xì)粒分布的鐵鋁分離,磁性部分被還原熔煉產(chǎn)生生鐵。

2. 2　二氧化鈦的回收

圖1　回收TiO2 工藝

二氧化鈦也是赤泥中含量較豐富的資源之一,有較大的回收價(jià)值。目前比較先進(jìn)的赤泥回收工藝流程如圖1。從赤泥中回收TiO2 成本較高,但如果考慮環(huán)境的破壞和長(zhǎng)期占用土地資源所造成的損失,通過(guò)副產(chǎn)品路線(xiàn)回收是值得的。

2. 3　鈧的回收

鈧是一種典型的稀散金屬元素,迄今為止在自然界中發(fā)現(xiàn)的獨(dú)立的鈧礦物,如鈧釔石、水磷鈧礦、鈧鈦硅礦,資源很少,不能通過(guò)自然界開(kāi)采來(lái)成為鈧的來(lái)源�；厥珍X土礦等礦物的尾礦或廢渣中的伴生鈧成為工業(yè)上獲得鈧的主要途徑。

氧化鋁工業(yè)中,原料鋁土礦含有豐富的鈧,經(jīng)過(guò)冶煉后,在其殘?jiān)嗄嘀械玫竭M(jìn)一步富集。肖金凱[ 6 ]通過(guò)淋濾實(shí)驗(yàn)、酸處理實(shí)驗(yàn)以及電子探針?lè)治鲎C實(shí),赤泥中的鈧不是離子吸附型,也不存在于新形成的鋁硅酸鹽礦物中。池汝安等[ 7 ]探討了從赤泥中提取鈧的方法,先將赤泥還原熔煉產(chǎn)生鐵和鋁鈣渣,把鋁鈣渣用碳酸鈉溶液浸出,形成白泥,再?gòu)陌啄嘀杏没瘜W(xué)方法回收鈧,得到純度大于99. 7%的鈧,鈧回收率為60% ～80%。邵明望[ 8 ]將赤泥先后用硫酸、水浸出,然后用P204 +仲辛醇+磺化煤油進(jìn)行萃取,NaOH溶液進(jìn)行反萃取,之后加入鹽酸、草酸,得到草酸鈧,灼燒后得到白色氧化鈧粉末,鈧回收率大于80%。

3　赤泥的綜合利用

3. 1　用于制備建筑材料

燒結(jié)法赤泥的主要礦物是硅酸二鈣,與硅酸鹽水泥生料接近,因而可用其配以適當(dāng)?shù)氖沂⑸皫r來(lái)制備水泥生料。

將赤泥與少量的石灰和粉煤灰以適當(dāng)?shù)谋壤苽涞男滦统嗄嗟缆坊鶎硬牧?完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并且有較好的凍穩(wěn)定性和干縮、溫縮性[ 9 ] 。將赤泥、粉煤灰、石渣等工業(yè)廢料以適當(dāng)比例混合,加入固化劑,加水?dāng)嚢韬笾苯訅褐瞥尚筒B(yǎng)護(hù),可制出符合國(guó)標(biāo)的免蒸養(yǎng)磚。將赤泥結(jié)合粉煤灰等其他廢料可以制作燒結(jié)磚。

目前已研制出利用赤泥、粉煤灰等加入一定的天然礦物添加劑制備出的高性能的藝術(shù)型清水磚[ 10 ] ,孔隙率達(dá)到40%～50% ,抗折強(qiáng)度可達(dá)到50～85MPa。

另外,還可以以赤泥為主要原料,添加鉻礦渣、石英砂、工業(yè)純堿、長(zhǎng)石等可制得以透輝石為主晶相的,具有較高耐磨、耐腐蝕性以及良好機(jī)械強(qiáng)度的微晶玻璃[ 11 ] ,主要用作結(jié)構(gòu)材料。

3. 2　用于制備硅鈣復(fù)合肥料

赤泥中含有植物生長(zhǎng)所必需的微量元素,因而可用來(lái)制備效果良好的堿性復(fù)合肥料。其生產(chǎn)方法是先將赤泥經(jīng)過(guò)脫水,再在120～300℃進(jìn)行烘干活化,磨細(xì)后即可成為農(nóng)業(yè)肥,對(duì)水稻、小麥等農(nóng)作物具有良好的增產(chǎn)作用。

3. 3　用于塑料填料

在塑料工業(yè)中,赤泥主要用作塑料功能性填料。由于赤泥特有的化學(xué)組成,使其具有良好的抗老化性能及熱穩(wěn)定性能,同時(shí)赤泥對(duì)PVC具有補(bǔ)強(qiáng)作用。同時(shí),因?yàn)槌嗄嗟牧鲃?dòng)性要好于其它填料,這就使塑料具有良好的加工性能。赤泥的加入也使紅泥塑料具有較好的耐酸、堿性和更強(qiáng)的阻燃性[ 12 ] 。

3. 4　用于廢水處理

赤泥經(jīng)過(guò)一些特殊處理,可分別對(duì)應(yīng)吸附廢水中的放射性元素銫、鍶、鈾,重金屬離子Cd2 + 、Zn2 + 、Cu2 + ,

以及非金屬離子含磷、氟、砷的離子等[ 13 ] 。同時(shí),赤泥可用來(lái)制作酪業(yè)廢水處理的絮凝劑[ 14 ] ,紡織行業(yè)廢水處理的絮凝劑和混凝劑,以及過(guò)濾污水用多孔陶瓷濾料。

4　結(jié)　語(yǔ)

鋁業(yè)是金屬冶煉行業(yè)中僅次于鋼鐵的第二大產(chǎn)業(yè),隨著鋁工業(yè)的不斷發(fā)展,外排的赤泥越來(lái)越多,赤泥的綜合利用成為全世界共同關(guān)注的一大問(wèn)題。雖然國(guó)內(nèi)外已在這方面做了大量的研究工作,也開(kāi)發(fā)了不少赤泥制產(chǎn)品。但赤泥徹底性的綜合治理仍然任重而道遠(yuǎn),需要我們展開(kāi)更深的研究工作,綜合分析赤泥的組成和性質(zhì)、擴(kuò)大赤泥的應(yīng)用領(lǐng)域、探索高附加值赤泥產(chǎn)品的生產(chǎn)方法是今后回收、利用赤泥的主要途徑。赤泥的有效利用不僅會(huì)給鋁工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)極大的促進(jìn),而且也會(huì)帶動(dòng)其他工業(yè)領(lǐng)域的良性發(fā)展,解決資源浪費(fèi)、環(huán)境惡化等問(wèn)題,帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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