赤泥脱碱的研究现状

 

引 言

     赤泥是拜耳法处理铝土矿提炼氧化铝后的高碱性残渣，因其含氧化铁，外观与赤色泥土相似，故称赤泥。随着铝工业的快速发展，赤泥排放成了一个世界难题。据铝土矿的特性及工艺条件，每生产 1 吨氧化铝大约产生 0.6 ～ 2.5 吨 的赤泥。截至 2015 年全世界赤泥累积预测约 40 亿吨，作为氧化铝生产第一大国，我国累计堆存量约 4 亿吨。目前全球赤泥综合利用率约为15%，而我国仅为5%。赤泥的处理方式很多， 而主要的方式就是堆存，这不仅占用土地，而且赤泥中的碱性物质会对土壤和水资源造成严重污染。因而对赤泥的有效利用和无害化处理 一直备受关注，本文重点综述目前赤泥的脱碱工 艺，据此提出赤泥脱碱的可行性工艺，为今后赤 泥的无害化处理提供参考。

1.赤泥的性质与组成

1．1 赤泥的物理性质 

     赤泥由于含铁量不同，其颜色会有暗红色、 棕色和灰白色，形状呈颗粒状。颗粒直径 0.088 ～ 0.25 mm，熔点为 1 200 ～ 1 250℃，最大的比表面 积为 186.9 m2 /g，孔隙比 2.53～2.95。 

1．2 赤泥的化学成分及其矿物组成 

        赤泥中主要元素为 Fe、Si、Ga、Al、Na、K 等， 另外还含有少量的稀土元素。不同地区赤泥 的化学成份及物理性质与氧化铝的生产方法、生产过程中添加的物质以及铝土矿的化合物等有关。拜耳赤泥中通常含有 6．8 ～ 71．9%的氧化铁，2.12% ～ 33.1% 氧 化 铝 和 0.1 ～ 12.4% 氧 化钠。 

        赤泥主要的矿物为文石和方解石，其次是蛋白石、三水铝石、针铁矿，最少的就是钛矿石、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和烧碱。通常赤泥的PH值约为 12，并含有微量氟化物。根据 GB5058－85 有色金属工业固体废物污染控制标准，赤泥属于固体废渣，其附液则为超标废水。

2.赤泥脱碱工艺

2．1 湿法脱碱 

        (1) 石灰脱碱法，常用的湿法石灰脱碱有常压和高压石灰脱碱。刘喜会等人采用常压石灰脱碱法对长铝公司的赤泥进行脱碱处理，脱碱效率可达 75%。杨久俊等人采用石灰处理烧结法赤泥，结果表明反应时间和石灰掺量是脱碱效果的主要因素，在最佳条件下可使 K2O、Na2O 的溶出率分别达到 50.75%和 71.40%。张亚莉等的研究结果表明温度和石灰的添加量是赤泥脱碱的关键因素，脱碱率达到 80%以上。韩亚美等将石灰和赤泥混合后，放入温度为 100 ℃ 的低压釜中加热，最后可使 Na2O 的溶出率高达 87.58%。

      (2) 盐类脱碱法，利用某些无机盐或其酸性溶液作溶出剂溶出赤泥中的碱。王利英等人利用脱硫石膏法对赤泥进行脱碱处理，原理是脱硫石膏中的钙离子取代赤泥中的钠离子，使钠离子从赤泥中溶解出来，从而降低赤泥的碱性。最佳条件下，赤泥中的碱含量由 8.2%降低至 2.7%。崔姗姗等人利用盐酸法生产磷酸氢钙工艺中产生的 CaCl2废液与赤泥相互作用，使赤泥中钠与废液中的 CaCl2进行离子交换，降低赤泥碱含量。在最佳的实验条件下，钠的去除率达到 75%，处理后的 CaCl2废液 PH 约为 7，实现了“以废治废”的目的。利用该工艺，张振等研究表明，使赤泥中的 Na2O 含量从 2%降低到 0.13%， 即使在常温常压下也能达到工业上生产水泥原料的碱含量 小于 0.80% 的要求指标。王 云 山 等采用氯化铵处理赤泥，可使赤泥中的 Na2O 含量从 8．3%降低至 1%以下，可满足脱碱赤泥作 为生产水泥添加料的要求。

      (3) 酸法脱碱。由于赤泥中含有大量的游离碱，所以采用酸中和处理赤泥中的碱，也是赤泥脱碱的研究热点之一，该工艺的难点在于酸的选择，酸用量的控制。李望等人提出了赤泥草酸脱碱的实验研究，使赤泥的脱碱率超过了95%。但是该方法的不足就在于脱碱处理后废酸的处理。

      (4) 酸性气体脱碱。除了直接使用酸浸以外，也有研究者使用酸性气体溶于水形成相应的酸，然后与赤泥中的碱反应，达到脱碱的目的。国内科学家对氧化铝厂拜耳赤泥吸收净化SO2废气进行了研究。南相莉等人利用赤泥吸收SO2，脱碱率达70.45%，实现了赤泥的脱碱和降低了SO2的排放。王志等使用二氧化碳对拜耳法赤泥进行湿法碳化脱碱实验，使赤泥的脱碱率达到了50%以上。唐小辉等提出用含 CO2 为 20%左右的石灰窑尾气对赤泥进行脱碱实验。实验结果表明该方案可行，且能脱掉赤泥中的可溶性碱，脱碱率为31．1%，符合以废治废的循环经济理念。因此，拜耳赤泥作为酸性气体的吸收剂，具有吸收效率高、吸硫量大、流程简单等优点。

     (5) 水洗脱碱法，利用水浸泡或冲洗，从而溶解赤泥中所含的游离态碱组分。张国立等人对水洗脱碱工艺进行了探索，使赤泥中的钠离子减少95%。朱晓波等人进行了拜耳法赤泥水浸脱碱实验及动力学研究，实验结果表明，赤泥的脱碱率可达 71%。但是该类方法在实验过程中会产生大量的碱性废水，需后续处理。

2．2 火法脱碱 

      何润德等人采用纯碱烧结法对赤泥进行脱碱处理。以烧结法赤泥为原料，加入石灰进行 二次烧结，在最佳的实验条件下，使氧化铝的溶出率达到 98%，其中脱碱率可达 92%左右。梅贤功等对广西三水铝石铝土矿拜耳法赤泥的脱碱进行了研究，并初步提出火法脱钠。通过考查烧结温度、烧结时间、碱度、碳添加量，最后在最佳工艺条件下使脱钠率达到了67．46%。李军旗等人采用添加石灰和纯碱烧结法处理，使脱碱率达到了84．97%。纪利春等以电石渣为活化剂处理赤泥，并考察了活化条件和浸出条件对赤泥中氧化铝浸出率的影响。在最佳活化条件下， 赤泥中氧化铝的浸出率高达 88．1%，而溶出的残渣经洗涤后，其碱含量低于1%，可以满足作为水泥的原料。

2．3 其它赤泥脱碱技术 

2．3．1 微生物脱碱 

        生物脱碱属于新型脱碱工艺，只要找到合适的菌种，加以培养，根据其生活习惯来与赤泥相互作用，达到脱碱目的。美铝公司采用氧化亚铁硫杆菌与赤泥作用，使脱碱率达到 95%，廖建雄等人的研究发现加入木质纤维素废渣可显著降低赤泥的 PH 值，利用木质纤维素废渣和 复合微生物菌剂在一定的质量比下，可使赤泥的PH由 11.08 降到 8.35，同时也达到了以废治废的目的。细菌脱碱技术中，对细菌的选择和培养都有较高的难度和要求，而且脱碱时间较长，效率减低。

2．3．2 膜分离技术和选择性絮凝技术脱碱 

     膜脱钠技术就是借助半透膜将稀赤泥浆和纯分散剂隔开，使赤泥浆中的钠以及其它碱金属离子透过半透膜，从而进入分散剂中，然后被分离开，如果加入真空抽滤的作用，将会加快钠的渗透速度。Cengeloglu Y 等人通过膜技术回收赤泥溶液中的有价金属，在最佳的条件下，赤泥洗脱液的Na+有 33%被回收利用。选择性絮凝技术采用高效絮凝剂选择性的吸附在赤泥表面， 而碱金属处于分散状态从赤泥中脱掉，但该技术因处理成本过高未能推广。 

        综上对赤泥脱碱工艺的综述，各种方法的优 缺点比较如表 1。

 

        根据上述所总结的脱碱工艺来看，湿法脱碱操作简单，经济成本较小，脱碱的效果较好，但该方法需要改善，诸如所使用的酸会对仪器设备造成腐蚀以及带来二次污染的问题。在火法脱碱中，可通过控制各种影响因素，使脱碱效果较好， 但能耗高，处理成本难以控制，同时，操作条件苛刻，易产生灰尘废气等二次污染。细菌脱碱周较长，而且操作过程复杂，对技术的要求较高，而膜脱钠经济性较差。利用酸性废气、废酸和废物与赤泥协同处理实现赤泥脱碱的技术思路，具有成本低及废物循环利用的优点，更加符合工业可持续发展理念，是一种值得大力探索和发展的赤 泥脱碱技术。

结 语

      作为铝行业的一大固废，赤泥的综合利用及无害化处理，不仅是铝行业持续健康发展的必然趋势，同时也是对国家环境保护政策的践行，对保护生态环境意义重大。本文介绍了赤泥的特性及其潜在的污染危害性，在此基础上着重阐述了目前国内外常用赤泥脱碱的方法，并对此进行了分类探讨。笔者认为，赤泥的脱碱工艺应根据其所处区域及处理成本选择合理的脱碱方法，最理想的赤泥脱碱是“以废治废”，同步实现不同废料的循环利用。