赤泥综合利用产业化现状、存在问题及解决方略2023.docx

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1、赤泥综合利用产业化现状、存在问题及解决方略2023目录摘要11 .赤泥概况及理化特性21. 1.赤泥概况22. 2.赤泥理化特性32 .累积赤泥超13亿吨!中国氧化铝生产何去何从?33 .赤泥综合利用产业化现状53. 1.赤泥选铁进展54.运用赤泥制备建筑材料64. 1.制备水泥61. 2.制备糖64. 3.制备微晶玻璃75.提取赤泥中的金属元素75. 1.提取铁、铝、钾和其他有价元素75.2.稀有金属的提取86.赤泥在环境治理中的应用86.1.治理废气脱除SO286.2.治理废气捕集CO2106.3.治理污染废水116.3.1.去除污水中的阳离子116.3.2.去除污水中的阴离子116.3.

2、3.去除污水中的有机物116.4.修复土壤127 .赤泥作为共还原工艺中的添加剂128 .赤泥在其他方面的应用139 .展望13摘要赤泥作为铝工业大宗固废，具有“污染物”和“资源”的双重属性。回望过去，赤泥大多以污染物对待，大多走堆场填埋单一治理路线，对赤泥的资源化利用技术研究探索虽然很多，如赤泥用作建筑材料、环保材料、有价元素提取等，但真正产业化应用的技术却较少，只有赤泥选铁、赤泥做路基材料、赤泥做建筑材料等技术得到了实施。近年来，固体废物污染环境防治法关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见“十四五”循环经济发展规划等涉及固废的政策法规不断颁布，意味着未来国家对固废的治理要求将要增加

3、，赤泥的产业化应用将迎来更大的挑战和压力。关键词：赤泥；建筑材料；环保；全资源化利用1 .赤泥概况及理化特性1.1. 赤泥概况根据国家统计局数据，2023年中国氧化铝产量为7757.5万t,约占世界氧化铝产量的55%,持续保持世界第一大氧化铝生产国地位。按照It氧化铝排放1.5t赤泥测算，2023年全国赤泥产生量约1.2亿t,产出量前3的地区分别是山东、山西和广西，约占全国总量的75%。基于中商产业研究院发布的2023年我国氧化铝产能布局情况，推测中国赤泥地区分布情况如图1所示。目前全国赤泥累计堆存量超8亿to赤泥作为氧化铝行业的典型大宗固废，综合利用率不超过6%,年用量不足700万t。要实现

4、2025年，新增大宗固废综合利用率达到60%,存量大宗固废有序减少的目标，赤泥年综合利用量需要达到6000万t以上。目前的赤泥利用规模和利用率相比目标值还有很大的差距。1.2.赤泥理化特性赤泥主要成分由铝土矿提取氧化铝后的残渣及冶炼过程中添加的辅料（如碱、石灰）等构成。拜耳法工艺产生的典型赤泥成分及微量元素含量见表1,实际生产中各企业的赤泥成分取决于铝土矿组成类型及生产工艺。表1拜耳法工艺产生的典型赤泥成分及微量元素含量主要成分含量/%微量元素含量/(mgkg1)Fe2O33060U5060A12O31028Ga6080SiO2350V730Na2O210Zr1230CaO28Sc60120T

5、iO2O25Cr497P250.11Mn85MgO0.093Y60150K2O0.064Th2030赤泥粒度极细，粒径小于75m的赤泥占比在90%以上，平均粒径通常不大于10urn；赤泥的比表面积为1030m2g,其主要与铝土矿的磨矿程度有关。赤泥的塑性指数为17.0300孔隙比为2.532.95,PH值在10.0120氟化物含量为4.898.6mg10赤泥因具有强碱性，属于类一般工业固废。除此之外，赤泥还具有含水量大、抗剪强度低、压缩性高以及塑性良好等特点。2.累积赤泥超13亿吨!中国氧化铝生产何去何从？赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，其金属氧化物含量丰富,具有强碱性，成分、性质

6、复杂以及多孔结构的特点，含有大量氧化铁（Fez。,，故表观呈现红色。一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1O2.0吨赤泥。据统计，2017、2018年氧化铝产量均约为6900万吨，若按每生产1吨氧化铝产生1.45吨的赤泥计算，那么2017年我国大约产生的赤泥量为10007.46万吨，相比2015与2016年，同比增长率分别为22.04%和19.14%。中国作为世界第一大氧化铝生产国,每年排放的赤泥高达上亿吨。截至2018年底，13多亿人口的中国，累积堆存的赤泥就已经超过了13亿吨，占地超过12万亩。所有赤泥几乎全部露天堆存，没有得到任何有效的利用。作为全球最大的铝生产企业，魏桥集团每年产生310

7、0万吨固体废弃物赤泥。巨量赤泥堆放不仅产生扬尘，还占用大量土地。3100万吨赤泥，相当于620万头成年非洲象或者460艘满载的瓦良格航母的重量。截至2017年底，魏桥集团已堆存赤泥7250万吨，占用土地18000亩。建议：赤泥技术亟待夯实，氧化铝厂需逐渐外移1、在结构材料中掺杂赤泥的工艺，要保证成品原料中有害元素清除干净，达到国家标准；保证材料强度达到使用要求；同时对强碱性的赤泥进行酸化处理，防止泛霜现象的产生。2、使用赤泥作为吸附剂处理污水时，应该评估赤泥所含重金属元素对水体的影响。同时可通过焙烧等方式对赤泥进行改性，增大其比表面积和孔隙率，以增强其吸附效果。3、赤泥有价金属的回收研究大部分

8、还停留在实验室阶段，其主要原因是不同工艺甚至不同厂商得到的赤泥组分差异大，适应性差、实际应用较难。因此,对于赤泥有价金属回收的研究应更注重于基础性研究，例如弄清金属元素的赋存状态，元素的迁移形式等。4、要以赤泥的减量化、高值化、无害化、全组分利用为目标，将矿物加工、冶金和材料等多学科深度交叉，通过基础理论研究一关键共性技术与装备开发一技术集成创新一应用示范的全链条系统研究，攻克赤泥有价组分协同提取高值利用新技术及装备等世界性难题，为加快我国铝工业可持续健康发展和支撑生态文明建设提供科技保障。5、在电解铝产量巨大、赤泥问题进展缓慢的现实下，鼓励铝企业到国外建氧化铝厂，才是目前的紧要政策。6、作为

9、铝业大国，不光要从技术方面着手解决赤泥的问题，还要从金融政策上支持、鼓励技术研发、政策引导新技术推广方面着手。赤泥是制铝工业提炼氧化铝时排放出的一种固体废渣，因其含有大量的氧化铁，常为红色，故被称为赤泥。按生产方法可分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥3种。每生产It氧化铝将产生1018t赤泥，截至2017年，全球累计排放赤泥40亿t左右，并以12亿t的年排放量增加。而我国是赤泥排放大国，每年排放赤泥约6000万t,赤泥利用率很低，大多数采用筑坝堆存。赤泥的主要成分为氧化铁、二氧化硅、氧化钙、氧化铝、氧化钠以及二氧化钛等，此外还含有一定量的稀土元素和微量的放射性元素，如铢、钱、铉等,其矿物组

10、成主要是水软铝石、高岭石、石英、赤铁矿、方解石等。目前，赤泥的大量堆存给生态环境带来了巨大的压力，筑坝需要占用大量的土地，并投入大量的资金；止匕外，由于赤泥含有重金属离子，会污染地下水和土壤；并且有些赤泥含有镭、针等放射性物质，从而对环境会造成放射危害。但由于赤泥含有一定量的金属元素和具有许多优良的性质，因此，其也是一种极具价值的资源。针对上述问题，如何有效地利用赤泥资源已刻不容缓，基于此背景，本文介绍了赤泥制备建筑材料、提取有价金属元素、赤泥作为共还原工艺中的添加剂以及其在其他方面的应用进展，以期为赤泥资源合理化利用提供参考。3 .赤泥综合利用产业化现状目前，赤泥的规模化应用主要集中在赤泥选

11、铁、赤泥材料化(建筑材料、道路材料、功能材料)两大领域。3.1. 赤泥选铁进展随着国内铝土矿资源储量减少、品位下降，以国内一水硬铝石矿为主的铝产能逐渐减少，以进口铁含量高的三水铝石矿为原料的铝产能不断增加。据估算当前国内约一半以上新增赤泥为高铁赤泥(TFeN30%)。2023年我国钢产量超过10亿t,铁矿石对外依存度超80%,寻找新的铁矿石资源势在必行。尽管赤泥中铁品位相对较低，但考虑到赤泥排放量巨大，高铁赤泥被认为是低品位铁矿石替代原料之一。赤泥中铁主要以赤铁矿(Fe2O3)、针铁矿(a-FeOOH)、铝针铁矿和铝磁铁矿等复合矿相形式赋存，回收铁是实现赤泥减量化的重要途径之一。国内外学者对赤

12、泥选铁开展了大量研究工作，主要的选铁路线有物理分选、火法冶金、湿法冶金，不同技术路线的优缺点如表2所示。表2物理分选、火法冶金、湿法冶金技术路线的优缺点4 .运用赤泥制备建筑材料由于赤泥中含有大量的SiO2、Cao以及铝硅酸盐，具有较好的水硬活性，故可将其用于建筑行业，从国内外学者的研究和工业应用来看，其主要体现在制备水泥、破和微晶玻璃方面。4.1.制备水泥赵艳荣等以粉煤灰、拜耳法赤泥为原料制备贝利特硫铝酸盐水泥，研究赤泥掺入量变化对水泥熟料烧结温度、工作性能和力学性能的影响。结果表明，赤泥的掺入能降低熟料的烧成温度，提高水泥的抗压强度，当赤泥掺量在4%时,水泥的28d抗压强度达到48.9MP

13、ao吴峰等以某赤泥为原料，通过碳化脱钠法将赤泥中碱含量降至小于1%,部分替代生料制备水泥熟料。研究表明，脱碱赤泥掺量小于15%时，掺入后基本不改变生料的化学组成、矿物组成，可以使熟料中晶粒和液相微观结构更加均匀，降低烧成温度，28d抗压强度能达到525R水泥强度。以赤泥为主要原料制备水泥或将其作为添加剂活化水泥，所得到的产品的抗压强度等性能均优于普通水泥。我国山东铝厂建成了综合利用赤泥的大型水泥厂，水泥原料中赤泥的用料比例为20.0%38.5%,每吨水泥可资源化利用20020kg赤泥，产出赤泥的综合利用率30%55%。4.2.制备破王梅等利用铝厂赤泥、粉煤灰和石灰矿渣等工业废渣生产免烧免蒸破。

14、结果表明，利用赤泥、粉煤灰、建筑用中粗砂、生石灰、生石膏、32.5普通硅酸盐水泥和自制的外加剂，可以生产出7d抗折强度在IOMPa以上、28d抗折强度在20MPa以上的免烧免蒸砖。吕常胜等利用联合法赤泥、页岩为主要原料制备烧结破，研究了页岩掺入量对赤泥烧结破性能和物相组成的影响。结果表明：页岩掺入量在18%24%时效果较好，抗压强度在14MPa以上，吸水率在20%以下，无石灰爆裂，中等程度泛霜。运用赤泥制备砖是一种可行的办法，制备的砖在密度、抗压强度以及抗折强度等性能方面符合建筑用砖的要求，采用赤泥制备破可降低原料费用，但由于赤泥中盐类的析出，会出现“泛霜”现象，会影响破块的观感效果，从经济上

15、看，目前仍未大规模应用。4.3.制备微晶玻璃杨会智等以赤泥为原料采用烧结法制备了赤泥微晶玻璃。研究结果表明，所得赤泥微晶玻璃的主晶相为硅灰石；晶粒呈针状物，初始玻璃粉体粒度不同可影响最终样品的色观，采用该法制备的赤泥微晶玻璃有较好的力学、耐酸碱腐蚀等物理化学性能。采用赤泥烧结法和熔融法均可制备弯曲强度高、硬度较好以及耐酸耐碱性优良的微晶玻璃，但能耗高且存在着碱性与放射性较高的问题。利用赤泥制备建筑材料在性能指标上均可达标，但成本较高、利用率较低以及碱性与放射性较高的问题。5.提取赤泥中的金属元素赤泥中含有铁、铝、钾以及稀有金属等元素，其中铁主要以赤铁矿的形式存在，铝的赋存状态为铝硅酸钠，铳、钱等稀土金属主要以类质同象形式分散于铝土矿及其副矿物中，故可从赤泥中回收金属元素。5.1. 提取铁铝钾和其他有价元素1iu等提出赤泥与粉煤灰联合处理工艺，考察了粉煤灰与赤泥质量比、A12O3与Si2质量比等因素对氧化铝提取效率和浸出浆液的过滤速率的影响，当使用AI2O3与*。2质量比为135的粉煤灰，且粉煤灰与赤泥的质量比为110t,氧化铝提取率可从72.14%提高至91.70%,浸出浆液的