赤泥的资源化利用.doc

赤泥的资源化利用（环境工程 王时亮 2011021289）摘要：调查了全国氧化铝生产的基本情况和赤泥堆放的环境问题，论述了赤泥的开发利用。关键词：赤泥；综合利用；氧化氧化铝厂赤泥的综合利用是世界性的难题。近年来，许多国家致力于赤泥中有用物质回收技术的开发，使有用的物质得以回收利用，同时也去除了大量有害物质，因此赤泥的综合利用具有广阔的前景。1 世界及我国氧化铝生产的基本情况目前，世界上主要生产氧化铝的地区有亚洲、大洋洲、拉丁美洲和欧洲。从2005年开始，亚洲成为每年氧化铝产量最高的地区。2009年，亚洲氧化铝产量占全球氧化铝产量的 36.9。亚洲氧化铝市场中，中国所占份额最大。2009年中国氧化铝产量占据亚洲氧化铝总产量77.99的份额。2010年我国部分省份氧化铝产量见表1。表1 2010 年我国部分省份氧化铝产量（万t）省份7月8月9月10月1-10月累计山西27.929.933.930.7291.9山东66.273.371.175.3744.7河南86.983.880.267.5807.4广西45.641.439.939.2443.0贵州11.410.011.911.3113.8全国总计238238.4236.92242400.9据统计：2009年国内氧化铝生产企业数量上升至40家（包括13家生产氢氧化铝的企业），平均产能规模达到91万t/a。年产量超过80万t的企业已上至18家，合计产量为2165万t，占全国总产量的比例为91。2 赤泥堆存危害及综合利用的情况2.1 赤泥堆存及危害赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后所排出的工业固体废渣，一般平均每生产1t氧化铝，附带产生1.0t2.0t赤泥。作为世界第四大氧化铝生产国的我国，每年所产生的赤泥保守估计也在3000万t以上，而大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场进行堆放。赤泥的堆存一方面需要一定的基建费用，占用大量土地，而且使赤泥中的许多可利用成分得不到合理利用，造成了资源的浪费；另一方面，赤泥在堆放过程中由于其化学成分渗入到土地中易造成土地和地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响身体健康。赤泥中的主要污染物碱、氟化物、钠及铝等的含量，大大超过了国家规定的排放标准（见有色金属工业固体废物污染控制标准GB 505885）。通常，碱的质量浓度30mg/L400mg/L 是公共水源的适合范围，而赤泥附液的碱的质量浓度高达26348mg/L，可见，高碱度的赤泥附液进入水体，其污染程度不言而喻。赤泥对生态环境的不良影响必须给予高度的重视和认真的研究。2.2 目前我国赤泥综合利用的情况赤泥作为生产氧化铝所产生的最大的污染物，其解决的根本途径是综合利用，而我国目前对赤泥的综合利用情况可分为以下几种：（1）回收赤泥中的氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化钙以及微量元素Ti、Ni、Sc、Nb、La等。（2）利用赤泥生产水泥。采用常压氧化钙水化法对赤泥进行深度脱碱过滤，将脱碱后赤泥配料进行常规的水泥生产。（3）利用赤泥生产砖。例如，以烧结法用赤泥制备的釉面砖，不但取代了传统的陶瓷原料，而且可以降低原材料费用，并具有极大的环保意义。此外，赤泥在建材工业中还可以生产玻璃、塑料填料等。（4） 赤泥在废水净化中的作用。赤泥颗粒对水体中的Cu2、Pb2、Zn2、Ni2、Cr6、Cb2等重金属离子具有较好的吸附作用。3 赤泥中有价成分的分析与可利用价值3.1 赤泥中有价成分通过近些年我国科研机构的研究表明，氧化铝赤泥中含有大量的有用成分，通过加工处理，可以变废为宝，变害为利。氧化铝赤泥中的主要成分见表2。表2 氧化铝赤泥的主要成分成分Al2O3Fe2O3SiO2CaONa2OTiO2Se2O3Nb2O3TREO质量19-8-17-14-4-4-0.0190.02150.31分数/%25162626883.2 赤泥可利用价值（1） 赤泥配焦炭还原焙烧，采用湿法磁选工艺，磁选出铁精矿粉。赤泥中铁的回收率达到80以上。铁精矿粉中铁的质量分数大于60。（2） 选铁以后的赤泥渣酸浸提取氧化钪、氧化钕、氧化钛等稀土金属氧化物。采用的工艺为：酸浸采用常温柱浸，浸出液萃取，反萃取，洗涤，沉积，焙烧等工艺过程。氧化钪、氧化钕、氧化钛产品的纯度达 99.9，回收率大于80。（3） 提取氧化钪、氧化钕、氧化钛以后的酸性废渣与碱性原赤泥进行中和，中和后的赤泥用流化床进行高温快速活化、造粒、老化、再活化，生产分子筛。在国外已有这方面的应用。在我国，赤泥的利用尚停留在试验研究阶段，未形成工业规模。4 对赤泥开发的认识及实验情况中国作为世界第四大氧化铝生产国，每年排放高达百万吨的赤泥不能得到充分有效的利用，既占用了大量土地，又对环境造成了严重的污染。由于赤泥中富含铁、铝、钙、硅、钛、钠、镍、锰、铬、钒以及钪、钇和镧系稀土元素，尤其是有价金属钪作为一种典型的稀散稀土元素具有较高的化学活性、导电性良好、质软易切割等特点，在电光源、电子工业、核技术、超导技术、国防、航空航天等领域中都有广泛应用。从赤泥中提取稀土稀有元素的主要工艺采用酸浸提取工艺，即酸浸包括盐酸浸出、硫酸浸出、硝酸浸出等。由于硝酸具有较强的腐蚀性，且随之的提取工艺介质不能与之相衔接，因此，目前国内外大多采用盐酸浸出或硫酸浸出或盐酸、硫酸分段浸出提取有价金属钪。当赤泥采用盐酸浸出时，萃取介质为盐酸体系，适宜选用酸性磷类萃取剂，可使钪与大量铁、铝分离。在酸性磷类萃取剂中，二（2乙基己基磷酸）（P204）、2乙基己基磷酸单2乙基己基酯（P507）与钪离子形成的萃合物十分稳定。萃取能力很强，有相当高的萃取率，而铁、铝的萃取率较低，故采用P204或P507萃取剂，能使钪与铁、铝等达到较好的分离。除钪等稀土元素外，赤泥经酸浸后可从其浸出液中提炼加工获得如氧化钛、氧化铁、氧化铝、4A佛石、分子筛等多种产品。如山东理工大学化学工程学院的于先进等人对赤泥进行盐酸浸出后，在浸出液中加入NaOH沉淀得到氢氧化铁，氢氧化铁在500下烧结，经水洗、烘干得到氧化铁。中国铝业股份有限公司利用盐酸和硫酸对赤泥进行酸浸，再经加热焙烧后得到氧化钪、氧化钛。此外，中国科学院兰州化学物理研究所和中南大学的研究人员则利用赤泥浸出液中的铝、硅等元素制备了4A佛石及分子筛。图1是赤泥处理工艺技术流程。图1 赤泥处理工艺技术流程图本工艺技术流程在国内外现有研究的基础上，研究了工业化条件下的赤泥综合回收利用工艺，拟实现相关产品的规模化、产业化生产。5 赤泥开发的社会效益及经济效益5.1可达到的社会效益5.1.1减少环境污染的程度众所周知，氧化铝赤泥的长期堆放会向地下渗透大量的碱液，造成当地的地下水污染，使得地下水质恶化，严重影响人类的饮用水安全，甚至使得方圆10km内的农作物绝收，为此，每年氧化铝厂都向当地的村庄进行巨额的经济补偿。氧化铝赤泥的长期堆放会产生大量的扬尘，严重地影响当地的生态环境。赤泥的开发利用可大大降低环境污染的程度。5.1.2减少耕地的占用每年我国的氧化铝赤泥堆放占用大量耕地。据统计，每年全国氧化铝赤泥堆放占用耕地约200hm2。赤泥开发利用在我国的耕地保有量方面具有重要的意义。5.2可达到的经济效益5.2.1氧化铁精矿粉从长远来看，我国的铁矿属资源日益贫乏，铁精矿粉降价的可能性已经很小了。5.2.2氧化钪和钇及镧系稀土金属由于我国稀土金属的产量在国际上属于首位，但2011年国家出台了一系列针对稀土金属出口的限制政策，导致了国际上稀土金属的价格连续提高，国外的一些稀土矿也纷纷开始启动。由于此项目不属于国家稀土政策的限制范围，属于环保产业，所以，具有强大的优势。5.2.3 建材和4A沸石等其他产品由于建材和4A沸石等其他产品是人们日常生活中能用到的物质，所以也有一定的经济价值。6 赤泥开发的前景及展望赤泥作为铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物，如不能对其综合开发利用，不仅严重制约着铝工业的可持续发展，更重要的是赤泥中许多可利用的有价金属是不可再生资源，会造成资源的浪费，因此，赤泥开发利用的市场前景光明，是我国经济社会可持续发展的重要组成部分。7 结语综上所述，赤泥已从氧化铝生产中的废料转变为一种可利用的资源。国内外有关赤泥综合回收利用的研究已有不少的文献报道。从已查出的文献看，实验室条件下赤泥回收利用工艺已经较为成熟，部分产品已具有工业化生产的技术基础。所以，对由赤泥为源头的下游产品进行较为系统的工业化回收利用研究是下一步的重点。参考文献1柴东浩,屈值明.山西铝土矿中稀有稀土元素的新发现及工业意义J.轻金属，2001 （6）:6-11.2张元福,刘永刚.平果赤泥综合利用现状和开发研究展望J.轻金属，2004（12）:13-17.3王克勤,于永波.赤泥盐酸浸出提取钪的实验研究J.稀土