赤泥综合利用研究进展

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　　摘  要：赤泥是氧化铝行业产生的工业性废渣，具有粒度细、组成复杂、高盐性和强碱性的特点，极易造成土壤碱化、地下水污染等环境问题。文章分析了赤泥的基本性质，综述了赤泥在金属回收、建筑材料、土壤修复、水处理及废气处理中应用，探讨了应用中存在的一些问题，并提出了建议。
　　关键词：赤泥;性质;综合利用;脱硫;建筑材料
　　中图分类号：X75           文献标志码：A 文章编号：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
　　中国是世界上氧化铝行业最大的生产国，截至2015年我国氧化铝产能已达6800万吨，占全球总产能的50.2%[1]。因矿石品位、生产方法、技术水平而异，大多数生产厂每生产1t氧化铝同时产出1～2t赤泥[2]。赤泥是铁、钙、铝等化合物及二氧化硅固体残渣，具有碱性强、盐分高等特征。赤泥堆存既占用了大量土地，且随着污染物的迁移，易造成地下水污染和土壤盐碱化。特别是赤泥库溃坝对周边土壤、水体、大气和人体健康存在巨大的环境危害。
　　赤泥具有强碱性，成分与性质复杂，金属氧化物含量丰富，且本身还带有颗粒分散性好、比表面积大等多孔材料的特征，这些特点一方面对赤泥的处理及其周围环境安全造成了影响，一方面使其在冶金、建材、环保等领域可实现资源化利用。本文综述了近年来赤泥在金属回收、建筑材料、废水处理以及废气处理等方面的应用研究进展。
　　1 赤泥中的金属回收
　　赤泥中含有的铁、铝、钙、钛等有用金属元素，国内外各学者针对赤泥中的各種金属开展了大量回收工艺的研究。常军等[3]采用还原（碱性）焙烧-碱浸-磁选工艺，对拜耳法赤泥中的铁和铝进行资源化回收，结果显示铝的浸出率为88.37%，磁选铁精矿品位为 83.38%，回收率为72.46%。Agatzini等[4]在采用稀硫酸提取拜耳法赤泥中的钛。在最佳实验条件下，即酸浓度3mol/L，温度60℃，固液比5%，钛回收效率达到64.5%。在赤泥金属回收中各类工艺路线均具有一定的回收能力，但其回收方法大多存在投资大、能耗高、成本高等问题，不具有经济性。因此，赤泥的金属回收技术大多仍处于学术研究阶段，尚未达到工业化应用模式。
　　2 赤泥用于土壤修复
　　赤泥可用于土壤修复，添加高碱性赤泥可以提高酸性土壤pH，且赤泥中含铁铝的矿物组分还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，由于赤泥具有较好的吸附性能，可进行重金属污染土壤修复，达到重金属固化的作用。杨慧珠等[5]以拜耳法赤泥为主要原料，加入少量水泥等添加剂改性赤泥，应用于土壤中铅的稳定化，结果表明制备的赤泥颗粒对铅污染浓度分别为100mg/kg、250mg/kg、500mg/kg和800mg/kg进行固定化处理，当投加5%的赤泥颗粒，稳定10天后，土壤中游离态铅分别降低了72.52%、65.38%、64.73%和40.03%。但赤泥应用于土壤修复，具有较强的针对性，只能适用于一些特殊性污染的土壤，对赤泥的需求量小。
　　3 赤泥在水处理中的应用
　　赤泥在水介质中化学成分稳定、粒径较小，具有孔架状结构，比表面积高达40-70m2/g，是一种很有前途的低成本吸附剂。早在1996年，Pradhan等[6]就利用赤泥吸附去除水中的铅和铬。Lopez E等[7]利用赤泥处理金属离子污染水，实验结果表明赤泥对水中Zn2+、Cu2+、Ni2+和Cd2+的吸附量分别为12.59mg/g、19.72mg/g、10.95mg/g和10.57mg/g。Gupta V K等[8]利用赤泥吸附有机污染废水中的苯酚、2-氯酚、4-氯酚和2，4-二氯酚，其中对2，4-二氯酚和4-氯酚的吸附率高达94-97%，对2-氯酚和苯酚的去除率高达50-81%。但大多研究表明，赤泥用于水处理之前首先要通过酸化、热活化、酸热综合等方法进行活化，以避免处理过程中对水体造成二次污染，并增强对污染物的吸附能力。
　　此外，赤泥还可制作成水处理絮凝剂，以赤泥为原料制备的絮凝剂中含有大量的Fe3+和Al3+，具有较高的正电荷，可有效降低或消除水中悬浮胶粒的ξ电位。当在铁盐和铝盐中加入聚硅酸， 制成复合型絮凝剂后， 对水中胶粒具有较强的电中和作用，使胶粒脱稳，同时有吸附架桥作用。因此不少研究者将赤泥用于制备聚硅酸金属盐复合型高分子絮凝剂和聚合氯化铝铁絮凝剂。目前，赤泥制作絮凝剂的相关技术还处于科研单位学术研究阶段。 　　4 赤泥在废气处理中的应用
　　赤泥脱硫处理方法有干法和湿法两种。在赤泥湿法脱硫中，高碱性赤泥浆液与酸性烟气接触后，烟气中SO2在水中形成亚硫酸根离子和氢离子，氢离子与赤泥浆液中的碱性物质发生中和反应，亚硫酸根离子被烟气中的氧气氧化成硫酸根离子，硫酸根离子与赤泥中的金属离子结合固定生成沉淀或者络合物，最终使SO2达到固定的目的。
　　目前，国内中国地质大学、中国矿业大学、昆明理工大学等高校已进行了大量的学术研究，证明了赤泥脱硫的技术可行性。竹涛等[9]采用赤泥进行烟气脱硫，结果表明赤泥具有良好的脱硫性能，在固液比10：1，烟气流速为3m/s，液气比为15：1的条件下，脱硫率可高达98.8%。位朋等[10]采用赤泥进行烟气脱硫，验证了赤泥吸收SO2具有的高效、工艺简单，操作方便等优点。同时，脱硫赤泥后的pH值可降低至中性，满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准GB18599-2001》中I类工业固废的标准要求（浸出pH=6～9），因此，采用赤泥脱硫达到了以廢治废的目的，环境效益突出。
　　赤泥作为干法脱硫剂需经过化学处理、热处理、添加催化剂等措施提高其脱硫效率，赤泥粉末易团聚可能造成输送管道堵塞。此外，铝厂堆场中的赤泥存在一定的含水量，赤泥有板结现象，无法直接进入干法脱硫工艺，需先进行烘干球磨，才能进一步应用，从而大大提高了脱硫成本。因此，在赤泥脱硫应用方面，应主要采用湿法脱硫技术。
　　5 赤泥在建筑材料方面的应用
　　由于赤泥中含有氧化硅、氧化铝、氧化亚铁、氧化钙及一定的硅酸盐矿物，这些物质可作为高性能建筑材料制备的重要组成部分，如制砖、建筑陶瓷、路基材料、保温材料和混凝土等。李国昌等[11]以赤泥制备透水砖，在赤泥参比为45.1%，砖成型压力为40MPa，烧结温度为1080℃，烧结时间为60min的条件下，形成的透水砖抗压强度为35.32 MPa，透水系数为0.028cm/s。王清涛等[12]利用赤泥制备轻质高强保温建筑材料，研究结果表明赤泥用量为35%，发泡剂添加量为5%，烧结温度为1100℃时，制备样品气孔分布均匀，体积密度为0.26g/cm3，孔隙率为73.28%，闭气孔率达到90.52%，抗压强度为7.83MPa。利用赤泥制备建筑材料具有吃渣量大，市场广等优点，有利于赤泥的整体处理，达到环境治理的目的。
　　6 结束语
　　赤泥可通过脱碱和脱盐处理，达到无害化降低其环境风险，再进行填埋，但该处理方式仅达到环保目的，而实际应用性较差。赤泥的综合应用主要有金属回收、土壤修复、水处理、大气处理以及制备建筑材料，其中金属回收、土壤修复、水处理还处于学术研究阶段，赤泥应用于燃煤电厂烟气脱硫已经过大量的学术研究，目前已有中试项目，而赤泥制备建筑材料，如水泥、建筑陶瓷和混泥土，建筑材料需求量大，市场大。因此，提出赤泥用于烟气处理及制备建筑材料技术路线，最大限度实现赤泥的资源化、减量化和无害化，符合环境友好型社会对资源和固废处置的新要求。
　　参考文献：
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　　[3]常军，邵延海，李硕，等.云南某赤泥还原焙烧-磁选试验研究[J].轻金属，2017（08）：8-14.
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　　[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.
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　　[11]李国昌，王萍.赤泥透水砖的制备及性能研究[J].金属矿山，2009，39（12）：154-157.
　　[12]王清涛，李森，于华芹，等.利用赤泥制备轻质高强保温装饰一体化建筑材料[J].硅酸盐通报，2018（04）：274-279.
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