赤泥 赤泥资源化利用现状

赤泥是从铝土矿中提取氧化铝后排放的工业固体废物，根据生产方法的不同，可分为烧结赤泥、拜耳赤泥和组合赤泥(即烧结法和拜耳法的组合)。其中烧结法单位能耗大，工艺复杂，一般用于从低品位铝土矿中提取氧化铝；拜耳法生产的氧化铝可以获得更高质量的氧化铝产品。2011年，烧结法生产的氧化铝仅占氧化铝总产量的2.5%左右。我国氧化铝年产量超过100万吨，生产1吨氧化铝就产生1 ~ 2吨赤泥。随着铝工业的扩大和铝矿品位的降低，赤泥的产量将逐年增加。目前，我国赤泥的处置方式主要是露天筑坝和露天堆放，不仅占用大量土地资源，而且对周围大气、水、土壤、微生物等环境造成严重污染，长期堆放处理对当地环境埋下了安全隐患。

赤泥碱度强，成分和性质复杂，金属氧化物丰富，特别是含铁量高，还具有颗粒分散性好、比表面积大等多孔材料的特点，在溶液中稳定性好。这些特点一方面对赤泥的处理及其周边环境的安全产生影响，另一方面在建材、冶金、环保等领域取得了巨大成就。因此，赤泥的回收利用具有重要的经济和环境意义。赤泥的回收主要包括有价成分的回收和赤泥的转化利用。

有价值成分的回收

随着对赤泥研究的深入，赤泥中大量的铁、铝、硅、钛、钠和稀土元素引起了人们的关注。赤泥中这些元素的质量分数为:铁(14% ~ 45%)、铝(5% ~ 14%)、硅(1% ~ 9%)和钛(2% ~ 12%)，但赤泥中这些元素基本上以矿物形式存在，赤泥的粒径和高碱度使资源回收困难。目前，国内外赤泥资源的回收主要集中在铁、钛和稀土元素的回收上。

1.铁回收

在目前的技术条件下，用于生产的铁矿物主要有磁铁矿、赤铁矿、针铁矿、菱铁矿和黄铁矿等。赤泥中氧化铁含量虽然高，但赤泥和氧化铝中的铝、硫、磷、钠、钙、镁、硅等杂质在实际运行中会产生高碱性渣，影响材料的耐火性能。目前常用的回收铁的方法有直接磁选、焙烧-还原磁选和酸浸回收。与焙烧法相比，直接磁选法从赤泥中回收铁可以节约能源，保持钛等金属的可溶状态。LI等人已经证明，高梯度超导磁分离(HGSMS)系统可以有效地将赤泥(粒径小于100μm)分离成高铁含量和低铁含量两部分。高铁部分可直接用于高炉炼铁，低铁赤泥可回收烧结生产建筑材料。朱等开发了碳酸钠焙烧还原-磁选法。结果表明，在还原温度1050℃，还原时间80分钟，碳酸钠添加量8%(质量分数)，磨矿细度大于0.074mm 90%，磁场强度为0.08T t的条件下，铁的总回收率可达95.76%。数据分析表明，磷酸和盐酸处理后的铁和钛回收率最高，分别为76% ~ 78%和23% ~ 24%，磷酸的硅和铝回收率也最高，分别为49

2.钛的回收

钛被认为是一种稀有金属，因为它在自然界中过于分散，难以提取。赤泥中含有大量的钛资源，尤其是印度赤泥中的二氧化钛，甚至超过20%。从赤泥中回收钛的方法主要有两种:焙烧法和酸浸法，其中焙烧法通常随着钛的回收过程而溶解。国外KASLIWAL等人。在60 ~ 90℃和1.0 ~ 1.5 mol/L的盐酸溶液中浸出赤泥中铁、钙、钠、铝等组分，然后用碳酸钠在850 ~ 1150℃焙烧，再用水洗涤除去可溶性部分，最后富集，钛的富集率达到76%。经过球磨、低浓度盐酸一次酸浸、硫酸二次酸浸和萃取离子交换分离，钛的浸出率可达80%以上。

3.稀土元素回收

赤泥中的钒、镓、锆、钪等稀土元素中，钪最受研究者关注，赤泥中Sc2O3的含量可达0.02%。目前提取钪的主要方法是酸浸，即通过酸浸出到溶液中，然后通过离子交换提取或富集，得到含量较高的含钪产品。王等用稀硫酸从赤泥中浸出钪。通过与三种有机酸萃取剂的对比实验，发现在40℃，pH=0.25，相比(A/O) 5: 1，0.05mol/L D2EHPA和0.05mol/L正磷酸三丁酯(TBP)的条件下，贝壳溶胶D70的萃取效果最好。此外，在希腊的奥切斯努克·HN-佩特鲁普勒等人研究了不同的酸类型、浓度和参数对稀土元素的影响。结果表明，赤泥采用硝酸浸出，浸出温度为25℃，浸出浓度为0.5mol/L，浸出时间为24h，固液比为1: 50。钪、钇、重稀土元素[镝、铒、镱、中稀土元素钕、钐、铕、钆]和轻稀土元素镧、铈由于硝酸的强腐蚀性，为了安全和降低成本，可以用盐酸或硫酸代替该工艺。

准备凝结剂和吸附剂

随着社会经济的发展，工业生产中废水、废气等污染物的排放量急剧增加，给全球生态环境带来了巨大压力。赤泥富含钙、铝、铁和硅，是生产水处理混凝剂的重要原料。另外，赤泥本身具有多孔性的特点，制作混凝剂和吸附剂的成本较低，因此受到广泛关注。

1.赤泥在水处理中的应用

目前，常用的废水处理技术主要分为物理、化学和生物方法，如泡沫浮选、离子交换、吸附、电解、微生物处理等。在各种处理技术中，吸附因其高效性而被广泛应用。赤泥因其物理和化学性质被认为是吸附剂和混凝剂的良好混合物，被广泛用于研究和处理水中的污染物，如阴离子、重金属有机物等。赤泥用于水处理前，应通过酸化、热活化和酸热合成进行活化，以避免对水体的二次污染，增强污染物的吸附能力。

2.赤泥在废气处理中的应用

工业生产中产生的大量氮氧化物、硫氧化物和H2S将导致严重的空气污染，如伦敦的烟雾、烟雾和酸雨。赤泥富含碱性物质，可以净化和吸附这些气体。然而，与其他应用相比，赤泥用于气体净化的研究较少。SAHU等人提出赤泥吸收H2S，通过反应前后的理化分析发现，氧化铁选择性地与H2S反应使其固化，NaOH、Ca(OH)2等碱性物质也能将H2S转化为硫化物，赤泥对H2S的吸附量为2.1g/100g。琼斯等人分别用冶炼厂的原赤泥和中和赤泥吸收CO2。结果表明，碳化5min后，两种赤泥的总碱度分别降低了85%和89%。SAHU等人还利用CO2碳化的活性赤泥研究了锌(ⅱ)的吸附。经高温焙烧活化后，CO2中和后的赤泥吸附量为14.92毫克/克。

赤泥在材料中的应用

1.制备催化材料

近年来，催化剂在工业生产中得到了广泛的应用，以废弃物为原料的廉价催化剂引起了学者和研究人员的极大关注。HU等人还制备了氧化铜负载活性赤泥催化剂，并考察了氧化铜用量和煅烧温度对催化性能的影响。结果表明，在200℃和20%氧化铜负载量下制备的催化剂活性最高，在170℃时催化剂能完全氧化一氧化碳，催化活性可稳定维持12小时，其中混合气体流量为50毫升/分钟，一氧化碳占10%

2.准备建筑材料和土壤改良剂

刘等总结了目前水泥生产用赤泥的研究现状:水泥生产用赤泥主要分为三个方向，即制备水泥材料、生产复合水泥和生产碱矿渣水泥；由于赤泥的超细泥粒，用赤泥制成的水泥稠度比普通水泥高，但这并不影响其流动性；通过实验发现，添加适量赤泥生产的水泥具有良好的物理力学性能和环境安全性；目前，赤泥在水泥生产中的应用仍基本处于实验室规模，研究重点是物理力学性能。今后，赤泥水泥的耐久性有待进一步研究。LIU等人在自密实砂浆的生产中也用赤泥代替粉煤灰，说明赤泥的加入对砂浆的性能有很大的影响:相比之下，用赤泥制成的自密实砂浆流动性降低，泌水减少，硬化密度略有降低，吸水率和渗透性增加；在力学性能方面，赤泥有效提高了砂浆的抗压强度和抗折强度，当取代率达到50%时，抗压强度和抗折强度达到最大；用赤泥代替粉煤灰生产的自密实砂浆表明，各试样的干燥收缩值均有所增加，但自收缩值有所下降，当取代率为50%时，下降趋势更加明显。

此外，HE等人利用赤泥和黄河淤泥制备烧结砖。当赤泥含量为40%，烧结温度为1050℃，烧结时间为2h时，烧结砖性能最佳，浸出毒性和放射性指标均低于标准值，其中烧结砖的烧失量主要是由于吸附水和结晶水的蒸发；烧结收缩主要取决于赤泥中的钠化合物和铁化合物。烧结过程可以将原料中的一些成分转化为热稳定性更好的晶体。赤泥也可以用于土壤修复。添加高碱性赤泥不仅可以提高酸性土壤的pH值，还可以提高土壤的固磷能力，有利于土壤中植物和微生物的生存和繁殖，对防止水体富营养化有积极的影响。此外，赤泥还可以用于修复重金属污染的土壤，降低土壤中重金属元素的含量，抑制生物和微生物对重金属的吸附。LOMBI等人发现，在土壤中添加2%的赤泥可以抑制作物对Cu2+、Ni2+、Zn2+和Cd2+的吸附。土壤孔隙水和生菜中的锌含量分别下降了95%和97%。GARAU等人通过实验发现，在砷污染土壤中添加赤泥(砷总量为2428mg/kg)后，水溶性砷明显减少，土壤中的砷(无法提取)含量比不添加赤泥的土壤增加了300%，具有固定砷的作用。此外，赤泥的加入显著增加了土壤中微生物数量和酶活性，促进了土壤活性的恢复。

赤泥的处理和利用是目前世界铝工业面临的主要环境问题。回收赤泥可以降低其环境风险，防止土壤和地下水污染，释放土地资源用于赤泥填埋。通过从赤泥中回收有价金属和制备建筑材料，赤泥可以最大限度地回收、还原和无害化。

来自昆明理工大学林兵等。