墨阳

赤泥（Red mud）是氧化铝冶炼工业生产过程中排出的固体粉状废弃物，因其外观颜色与赤色泥土相似而得名。是目前排量较大，对自然环境危害严重又难以利用的主要工业废渣之一。

       氧化铝冶炼方法主要有三种，即：拜耳法、烧结法和联合法，三种不同的方法产生的赤泥成分、性质、物相各异。

    烧结法冶炼氧化铝时，首先必须在原料铝矾土中配合一定量的碳酸钠，然后在回转窑内经高温煅烧制成以铝酸钠为主要矿物的中间产品，即铝酸钠熟料，再经溶解、结晶、焙烧等工序制取氧化铝，溶解后分离出的浆状废渣便是烧结法赤泥。采用烧结法冶炼氧化铝，赤泥外排量平均为0.7~0.8吨/吨氧化铝。

    拜耳法冶炼氧化铝采用的是强碱 NaOH溶出高铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿，这个过程中，作为主要原料的铝矾土越过高温煅烧环节被直接用来溶解、分离、结晶、焙烧等工序得到氧化铝，溶解后分离出的浆状废渣是拜耳法赤泥。采用拜尔法冶炼氧化铝，赤泥外排量平均为1~1.1吨/吨氧化铝。

    联合法是拜耳法和烧结法的联合使用，联合法所用的原料是拜耳法排出的赤泥，然后采用烧结法再制取氧化铝，最后排出的赤泥为烧结法赤泥

    赤泥的主要特性为

    赤泥的化学成分和矿物组成主要取决于铝土矿的成分、生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成分等。一般说来，联合法和烧结法所产赤泥的成分大致相同，而与这两种赤泥相比，拜耳法赤泥氧化铁及氧化铝含量高，碱含量及氧化钙含量低。

赤泥的化学组成  %

名称 Al2O3 SiO2 CaO Fe2O3 Na2O TiO2 K2O

赤泥（烧结法） 5~7 19~22 44~48 8~12 2~2.5 2~2.5 —

赤泥（联合法） 5.4~7.5 20~20.5 44~47 6.1~7.5 2.8~3 6~7.7 0.5~0.73

赤泥（拜尔法） 13~25 5~10 15~31 21~37 0.6~3.7 — —

烧结法赤泥的矿物组成  %

C2S Fe2O3•nH2O C3A C3ASx• (6-2nH2O) NAS2•nH2O CaCO3 CaO•TiO2

50~60 4~7 5~10 5~10 2~10 2~10

烧结法赤泥的物理性质  %

密度g/cm3 容重g/cm3 熔点 ℃ 颗粒直径 mm 塑性系数

2.7~2.9 0.8~1.0 1220~1250 0.08~0.25 16.8

    赤泥中含有一定量的 β-C2S 和无定形铝硅酸盐物质，它们可与水发生水化反应，使赤泥具有一定的显在活性；而赤泥中的无定形铝硅酸盐物质是赤泥潜在活性的主要来源。又因为磨细赤泥颗粒细小，可以填充材料空隙，也能够起到增强材料的作用。

    赤泥堆放对环境污染日益严重

    由于赤泥结合的化学碱难以脱除且含量大，又含有氟、铝及其他多种杂质等原因，对于赤泥的无害化利用一直难以进行。多年来世界各国专家对赤泥的综合利用进行了大量的科学研究，但此类研究进展不大。因此，赤泥废渣的处理和综合利用成为一个世界性的大难题。而目前对赤泥的销纳主要采取的是海底或陆地堆放处置的方法，但随着铝工业的发展，生产氧化铝排出的赤泥量也日益增加，堆存处置所带来的一系列问题随之而出，造成了严重的环境问题。

    全世界每年排放赤泥约 6000 万吨，我国仅上述五大氧化铝厂，年排出的赤泥量就达 600 万吨，累积赤泥堆存量高达 5000 万吨，而其利用率仅为 15%左右[1]。赤泥堆存不但需要一定的基建费用，而且占用大量土地，污染环境，并使赤泥中的许多可利用成分得不到合理利用，造成资源的二次浪费，严重的阻碍了铝工业的可持续发展。目前国内外氧化铝厂大都将赤泥输到堆场，筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离使部分碱液回收利用。另一种方法是将赤泥干燥脱水后堆存，我国的平果铝业公司主要采用干法堆存，虽然减少了堆存量及可增加堆存的高度，但处理成本增加，并仍需占用土地，同时南方雨水充足，也轻易造成土地碱化及水系的污染。

    赤泥在堆放过程中除了占用大量土地外，还由于赤泥中的化学成分入渗土地易造成土地碱化、地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响身体健康。赤泥的主要污染物为碱、氟化物、钠及铝等，其含量较高，超过了国家规定的排放标准（《有色金属工业固体废物污染控制标准》GB5058-85）。

    由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25～11.50(原土为12以上)，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH值升高，以致超出国家规定的相应标准，同时由于pH值的高低经常影响水中化合物的毒性，因此还会造成更为严重的水污染。一般认为碱含量为30~400 mg/L是公共水源的适合范围，而赤泥附液的碱度高达26348mg/L，如此高碱度的赤泥附液进入水体，其污染不言而语，赤泥对生态环境的不良影响必须给予高度的重视和认真的研究。

    因此，堆存量不断增大的赤泥所造成的越来越严重的环境污染，已使赤泥综合利用成为了炼铝工业一项急需解决的难题。

    赤泥的综合利用

    随着铝工业的快速发展和铝矿品位的不断降低，赤泥排放量越来越大，赤泥堆存过程中由于其污染物造成的环境问题愈加严重，因此赤泥的综合利用研究也将受到更为广泛的重视。对赤泥的综合利用，目前主要包括两个方面的工作：一是提取赤泥中的有用组分，回收有价金属；二是将赤泥作为大宗材料的原料，整体加以综合利用。

铝土矿中REE、Sc、Nb、Ti的含量较高，可作为综合利用元素。Ta、Ga、Rb、V、Ni、Co的含量较低，但因其能在氧化铝生产过程中得到累积富集，因此也可加以综合回收利用。

    目前对赤泥中金属回收主要集中在镓、钪这两种元素。

    从赤泥中回收有价金属，国内外学者虽都进行了探索性试验研究，但工作还不够深入。假如能开发出从赤泥中综合回收有价金属而经济上又合理的工艺流程，将会进一步提高铝工业的经济效益，但不会从本质上解决赤泥堆存所造成的环境危害。

    为了从整体上消解赤泥及其所造成的环境危害，国内外对赤泥用作大宗材料的原料进行了大量的试验研究，如生产玻璃、制塑料填料、防渗材料、水泥、铺路等。前苏联、德国、美国以及日本和匈牙利等国都进行过赤泥炼铁的试验。前苏联以赤泥为铁质原料配入水泥生料，配比可达14%，日本三井氧化铝公司与水泥厂合作，水泥熟料可利用赤泥5～20kg/t，西班牙鲁高氧化铝厂则对拜耳法赤泥与粉煤灰制取墙面砖进行了试验。目前，国外还有许多专家致力于赤泥吸附剂对净化废水、净化硫化氢废气的应用研究。但由于工艺和经济效益方面的原因，以上研究多停留在试验阶段，拜耳法赤泥的利用水平仍然比较低。

    我国自1954年建成第一座氧化铝厂以来，对赤泥综合利用的研究从未停止过。山东铝厂在60年代初建成了旨在综合利用赤泥的全国性大型水泥厂，但由于赤泥中含碱量高，在降低赤泥含碱量后又引起赤泥浆流动性能下降，至今未能应用于生产。

    利用赤泥含有一定量的碱、钙和微量元素的特点，进行过赤泥硅钙肥试验，虽对土壤有一定的调节作用，但因不含作物需要的主要成分，对土壤作用有限。利用烧结法赤泥CaO/SiO2比值高、碱性强及熔点低的特点，进行过生产铸造保护渣的研究。此外，还进行过如免蒸烧砖、赤泥烧结砖赤泥釉面砖等研究。但以上研究或因制品性能、工艺条件或因经济效益等方面的原因均未能步入工业化生产，仍停留在实验室研究阶段。

    目前赤泥的利用要不就是技术不成熟、产品质量不稳定，要不就是现有成熟技术的产品赤泥配加量很低。因此，目前赤泥实际利用率不高，利用量与产量相比还远远不够，很难解决堆积如山的赤泥所造成的环境问题。

    凝石技术为赤泥的高效利用独辟蹊径

    凝石是一种以经过高温的工业固体废弃物为主要原材料，以仿地成岩理论为指导，采用微晶二元化技术制备成的高性能胶凝材料。赤泥是生产凝石的重要原材料之一，其最大产量可达到70%以上。

    的前期研究主要以冶金渣、粉煤灰、炉渣等高温固体废弃物为主要原料，并且已经根据不同的地理环境、气候条件以及典型的固废原料分别于吉林通化、河北唐山和广西柳州，建立了三条典型的凝石中试生产线。目前，生产线上能够稳定生产42.5#系列凝石产品。前期虽然也对赤泥固体废弃物凝石化无害利用进行了尝试性研究，但还不深入、机理还不清楚，赤泥固体废弃物用量也较为有限。

    由于赤泥本身所具有的特点，碱含量偏高，难以符合水泥生产所要求的低碱特性，使以其为原料的水泥生产方式受到了一定的限制。而凝石生产对碱含量没有非凡要求，且以硅铝基为主，经过高温具有良好的火山灰化活性的赤泥正是生产凝石的良好原材料。

    清华大学国家“863”项目“凝石技术”课题组，根据赤泥特性将其用作凝石的生产原料，经过了大量的研究和试验，已从理论上证实其是可行的。该项技术已完全达到了产业化推广的各项要求。

    通过对赤泥的组分、结构与特性和火山灰化活性优化的全面研究，已建立了赤泥火山灰化活性优化调控的机制及其活性评价体系，为赤泥的无害化利用奠定原料基础。

    凝石技术对赤泥的大宗利用，将有可能解决我国铝工业赤泥排放所造成的环境危害以及传统水泥生产所带来的资源短缺以及日趋严重的能源与环境问题，对于推动我国铝工业的可持续性发展具有重要意义。因此，利用凝石技术实现赤泥的无害化综合利用，具有十分重要的现实意义和科学研究价值。