中國(guó)粉體網(wǎng)訊 1888年前后，奧地利化學(xué)家拜耳（Carl Josef Bayer）開發(fā)了一種從鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁的方法。
原理很簡(jiǎn)單，先將鋁土礦和NaOH溶液混合加熱，鋁土礦所含氧化鋁可以在NaOH溶液中溶解成鋁酸鈉，過濾去除沉淀后，向鋁酸鈉溶液中添加Al(OH)3晶種使Al(OH)3重新析出，而剩下主要含NaOH的母液則重新用于處理下一批鋁土礦；得到的Al2O3通過煅燒即可制備Al2O3。現(xiàn)如今全球90%以上的工廠仍在采用改良的拜爾工藝來生產(chǎn)Al2O3。
赤泥的產(chǎn)生過程
拜耳工藝好是好，但“后遺癥”很明顯——那些被過濾出來沉淀很難處理掉。它們含大量的氧化鐵，還有氧化硅、鈣質(zhì)、氧化鈦以及未反應(yīng)的氧化鋁等，呈現(xiàn)為紅褐色，外觀與紅土相似，因此被稱為“赤泥”。
赤泥的危害
赤泥是一個(gè)全球性的大麻煩。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1t氧化鋁，大約會(huì)產(chǎn)生0.7～2t的赤泥。因其難以直接利用，只能進(jìn)行外排或者堆存處置。赤泥的處置方式主要有排水法、濕式堆存法和干式堆存法。
巴西阿盧米尼奧的大壩，水庫中含有2500萬立方米的“赤泥”，圖片來源：Nature
由于赤泥中含有大量的金屬離子，顆粒細(xì)小、堿度高（pH＝10～12.5），容易引發(fā)地下水和海洋環(huán)境的污染，赤泥中的堿液還會(huì)造成土壤的堿化、沼澤化，引起嚴(yán)重的土壤污染。此外，濕法堆存的赤泥漿中赤泥的含量?jī)H為15％～40％，堆積空間較大；干法堆存的赤泥，由于赤泥粉末顆粒細(xì)小，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的粉塵污染，嚴(yán)重危害人類的身心健康。同時(shí)，赤泥的堆存成本和管理費(fèi)用也很高，企業(yè)面臨較大的壓力。
從上表可以看出歷史上的赤泥泄露事件都給環(huán)境帶來了深重的災(zāi)難，以匈牙利赤泥泄露事件為首，赤泥所到之處都可能帶來生物的滅絕和生態(tài)的災(zāi)難，同時(shí)也導(dǎo)致氧化鋁廠無法正常生產(chǎn)，嚴(yán)重影響市場(chǎng)供應(yīng)。
我國(guó)氧化鋁規(guī)模全球最大，赤泥新增量大，據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，自2018年以來，每年我國(guó)氧化鋁企業(yè)產(chǎn)生赤泥量約1億噸。而在過去數(shù)年，赤泥的利用率僅為6%~7%。2023年，我國(guó)赤泥產(chǎn)生量1.06億噸，利用量超過1000萬噸、同比增長(zhǎng)25%，利用率達(dá)9.8%，與過去歷年相比，赤泥利用量雖然取得重大突破，但赤泥的堆積量仍在快速增加，因此，給赤泥找個(gè)“好婆家”，提高赤泥綜合利用率成為了一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性而又必須向前推進(jìn)的重要工作。
赤泥的組成
要對(duì)赤泥進(jìn)行有效的綜合利用，首先要搞清楚赤泥的組成。
由于鋁土礦來源、生產(chǎn)工藝及設(shè)備等的不同，赤泥組成存在差異，其分為化學(xué)組成和礦物組成。
化學(xué)成分主要有：Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO、Na2O及TiO2等，還含有少量稀有金屬、稀土元素及放射性元素。
另外，3種生產(chǎn)工藝所得赤泥中Na2O含量均較高，這是導(dǎo)致赤泥呈堿性的主要原因。
不同產(chǎn)地赤泥主要成分
赤泥中礦物組成比較復(fù)雜，通常所含礦物主要有：
赤鐵礦（Fe2O3）和針鐵礦（α-FeO（OH））、蛋白石（SiO2·nH2O）、方鈉石（Na2O·Al2O3·1.68SiO2·1.73H2O）、鈣霞石（3NaAlSiO4NaOH）、金紅石、銳鈦礦（TiO2）、一水硬鋁石（AlO（OH））、三水鋁石（Al（OH）3）、方解石（CaCO3）、鈣水化石榴石（3CaO·Al2O3·xSiO2–（6−2x）H2O）等。
拜耳法、燒結(jié)法和聯(lián)合法3種工藝所產(chǎn)生的赤泥各組分含量也存在很大差異。其中拜耳法赤泥相比燒結(jié)法赤泥具有低硅、低鈣的特點(diǎn)，但是拜耳法赤泥的Fe、Al、Na的含量比燒結(jié)法或聯(lián)合法赤泥高。廣西平果鋁拜耳法赤泥是國(guó)內(nèi)典型的拜耳法赤泥。
不同工藝赤泥主要化學(xué)組成與含量
赤泥綜合利用
結(jié)合赤泥特性可以發(fā)現(xiàn)，赤泥的利用主要體現(xiàn)在4個(gè)方面。
①赤泥中含有有價(jià)金屬，如鐵、鋁、鈦、稀土等，可以提取其中的有價(jià)金屬；
②赤泥中含較高的鈣、硅、鋁等硅酸鹽體系礦物，可以用作建筑材料的原料；
③赤泥具有堿性和吸附性能，可以制備環(huán)保材料；
④赤泥具有高比表面積且含有較高的硅、鋁、鐵和鈦等阻燃元素，可以制備用于消防的阻燃和滅火材料。
1、有價(jià)金屬的回收利用
赤泥中Al2O3和Fe2O3含量豐富，不同產(chǎn)地的赤泥中含有的元素不盡相同，但幾乎所有的赤泥都含有不同種類和數(shù)量的金屬元素，所以赤泥中有價(jià)金屬具有較大的回收利用潛力。
（1）回收鐵和鋁
赤泥中的鐵含量為5％～50％，在赤泥中主要存在于赤鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦等礦物中，對(duì)于赤泥回收鐵的主要方法有磁選法和濕法冶金等；赤泥中的鋁含量為4％～30％，在赤泥中主要存在于一水硬鋁石和三水鋁石等礦物中，對(duì)于赤泥回收鋁的主要方法有“鈣化－碳化”法和濕法冶金等。
文山鋁業(yè)與云南九州合作的赤泥選鐵、高鋁鈣項(xiàng)目
還原焙燒磁選法工藝流程圖，“鈣化－碳化”法工藝流程圖
（2）回收稀有金屬
稀土元素是17種特殊元素的統(tǒng)稱，在發(fā)光材料、航空航天、電池及國(guó)防軍工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是攸關(guān)國(guó)家安全和科技發(fā)展的戰(zhàn)略資源。除Al2O3、Fe2O3、SiO2、TiO2和CaO等主要成分外，赤泥還含有V、Sc、Ni、Ga等稀有金屬。研究表明，赤泥中的稀土元素主要存在于鈣化石榴石、金紅石、針鐵礦、赤鐵礦、三水鋁石及一水硬鋁石等物相中。在拜耳法中，約98%的稀土元素轉(zhuǎn)移到赤泥中，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，赤泥中稀土元素的回收具有重要的研究?jī)r(jià)值。
對(duì)于稀土元素的回收以浸出萃取為主，在回收稀土元素時(shí)，對(duì)于浸出后的液相環(huán)境需要進(jìn)行分離除雜萃取等步驟，最后再對(duì)萃取后的液相環(huán)境富集回收，所以主要關(guān)注工藝的最佳浸出條件和萃取條件。
焙燒-酸浸-萃取法從赤泥中分離稀土元素的工藝流程
2、制備建筑材料
目前，赤泥消耗量最大的利用方式是制備建筑材料，由于赤泥中含有SiO2、Al2O3、CaO等成分，可以用于生產(chǎn)水泥、免燒陶粒、免燒磚，或作為路基用于道路的建設(shè)。建筑材料市場(chǎng)龐大，在保證赤泥儲(chǔ)量安全性的情況下，將赤泥用于建筑材料，不僅可以大量消耗赤泥，還可以減少水泥等建筑材料的用量，降低碳排放。
赤泥制備建筑材料及產(chǎn)品主要性能
此外，利用赤泥中的SiO2、Al2O3、CaO等成分制備陶瓷材料及微晶玻璃也是值得研究的一大方向。
3、制備環(huán)保材料
由于赤泥的pH值高、粒度細(xì)、孔隙率高且富含氧化鐵，所以赤泥有著良好的吸附性能。赤泥不僅可以用來提取金屬元素和制備建筑材料，還可以用來制備性能良好的無機(jī)環(huán)保材料，處理污水，凈化尾氣，同時(shí)也可以作為土壤改良劑用于改性土壤。
將赤泥用于污水處理和土壤修復(fù)時(shí)，需要注意的是，赤泥本身就含有部分重金屬離子，在使用中可能會(huì)發(fā)生重金屬離子浸出的情況，所以需要在利用赤泥前對(duì)赤泥進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)赤泥基環(huán)保材料的穩(wěn)定性加強(qiáng)研究。
4、消防領(lǐng)域
鋁系、硅系等阻燃劑因具有無毒、環(huán)保、穩(wěn)定性好、塑料燃燒時(shí)能夠減少發(fā)煙量等優(yōu)點(diǎn)，受到消防領(lǐng)域青睞。而赤泥中含有較高的SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2等物質(zhì)，這些物質(zhì)具有良好的阻燃性能。因而，部分學(xué)者對(duì)將赤泥作為阻燃劑和滅火劑在消防領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用開展了一系列的研究。
赤泥綜合利用面臨的難題與建議
隨著我國(guó)加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，有色行業(yè)將綠色發(fā)展作為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素。赤泥綠色利用不斷引起各行業(yè)重視，但赤泥綠色利用依然面臨著不少問題。
一是產(chǎn)生量很大。從歷史沉積看，過去主要以堆存為主，20多年來，隨著我國(guó)鋁工業(yè)發(fā)展壯大，赤泥產(chǎn)生量猛增，需消納基數(shù)龐大，增加了難度。如何消納赤泥是擺在氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)面前的難題。
二是赤泥綜合利用技術(shù)成本高。赤泥具有堿性強(qiáng)，比表面積大，各種組分互相包裹、嵌布等特征，使其利用難以直接借鑒其他領(lǐng)域成熟的工藝、技術(shù)和設(shè)備，導(dǎo)致赤泥利用技術(shù)成本增加，存在大規(guī)模消納的“瓶頸”。
三是赤泥利用主體責(zé)任不強(qiáng)。依據(jù)“誰污染、誰治理”原則，氧化鋁企業(yè)應(yīng)作為赤泥治理的責(zé)任主體，必須承擔(dān)起赤泥綜合利用的主體責(zé)任。
四是缺乏標(biāo)準(zhǔn)支撐，市場(chǎng)消納存在瓶頸。赤泥目前可制備的產(chǎn)品種類繁多，但由于缺乏赤泥相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，其利用過程面臨與市場(chǎng)對(duì)接難、市場(chǎng)不認(rèn)可等問題。
五是跨領(lǐng)域協(xié)同利用交流少，產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)緩慢。赤泥成分復(fù)雜，排放量巨大，僅依靠單一的技術(shù)手段很難規(guī)�；{，且容易造成產(chǎn)品種類單一，引起產(chǎn)能過剩。
六是更需要社會(huì)上對(duì)赤泥的認(rèn)識(shí)公正客觀地看待。讓人們接受赤泥產(chǎn)品應(yīng)用于民生領(lǐng)域，如道路建設(shè)、建陶材料等，首先需要全社會(huì)對(duì)赤泥產(chǎn)品有更加公允的認(rèn)知。赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢料，在生產(chǎn)加工過程中添加的原料僅為堿，而堿在日常環(huán)境中是最容易稀釋的元素，在應(yīng)用過程中同樣是經(jīng)過安全檢測(cè)后得以應(yīng)用。
因此建議：
1）強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)政策引領(lǐng)。政府、企業(yè)要從戰(zhàn)略和頂層設(shè)計(jì)上把赤泥應(yīng)用納入到當(dāng)?shù)鼐C合利用產(chǎn)業(yè)布局或企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中，堅(jiān)持政策引領(lǐng)、規(guī)劃先行、市場(chǎng)導(dǎo)向，科學(xué)編制赤泥利用產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、園區(qū)規(guī)劃、實(shí)施方案及行動(dòng)計(jì)劃，引領(lǐng)赤泥利用產(chǎn)業(yè)健康高質(zhì)量發(fā)展；
2）建立完善赤泥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)和規(guī)范的基礎(chǔ)作用；
3）加大政產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，降低赤泥處置成本。加深氧化鋁企業(yè)、設(shè)計(jì)院及高校間的創(chuàng)新交流與合作，推動(dòng)校企間科技資源與人才共享，消除校企之間的信息不對(duì)稱問題，逐步提升企業(yè)自主研發(fā)水平；
4）搭建跨領(lǐng)域合作平臺(tái)，推動(dòng)赤泥產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。鑒于赤泥具有成分復(fù)雜屬性，針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域和行業(yè)，建立精細(xì)的管理數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步摸清赤泥及其他工業(yè)固廢產(chǎn)生和利用情況，加強(qiáng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的研判應(yīng)用，提升各項(xiàng)管理措施的精準(zhǔn)性和可操作性，為赤泥協(xié)同利用多源固廢提供支撐。
參考來源：
[1]于目深等.赤泥資源化利用現(xiàn)狀研究
[2]耿超等.赤泥資源化綜合利用現(xiàn)狀及展望
[3]楊 慧等.赤泥資源化綜合利用研究進(jìn)展
[4]赤泥綠色利用的春天來啦.中國(guó)有色金屬報(bào)
[5]張喜剛等.1000萬噸的突破——2023年我國(guó)赤泥綜合利用取得重大進(jìn)展
[6]李帥等.赤泥綜合利用產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀、存在問題及解決方略探討
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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