赤泥的综合利用和安全堆存.pdf

第 3 5 卷第 1 2 期 2 0 0 6年 1 2月 化工技术与开发 Te c h n o l o g y&De v e l o p me n t o f C h e mi c a l I n d u s t r y Vo l _ 3 5 No 1 2 De c 2 0 0 6 赤泥的综合利用和安全堆存 陈蓓，陈素英(1 广西区环境监测中心站，广西 南宁5 3 0 0 2 2；2 广西工联工业工程咨询设计有限公司，广西 南宁5 3 0 0 0 0)摘要：随着铝工业的发展，赤泥的环境保护问题显得尤为迫切。本文简要评述了赤泥在综合利用和安全堆 存方面的研究进展，并从“以废治废“的角度，对赤泥堆场绿化和赤泥用于燃煤脱硫的可行性进行了分析，以期为赤 泥的处理找到一条新途径。关键词：赤泥；综合利用；堆存；绿化；脱硫 中图分类号：x 7 8 1 1 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 1 9 9 o 5(2 0 0 6)1 2-0 0 3 2 0 4 赤泥是氧化铝工业生产的废料，化学成分极其 复杂，大量的赤泥已对人类生产、生活造成直接或间 接的影响。目 前国内外氧化铝厂大都将赤泥输送堆 场，筑坝湿法堆存 1。该法易使大量废碱液渗透到 附近农田，造成土壤碱化、沼泽化，污染地表地下水 源。另一种常用的方法是将赤泥干燥脱水和蒸发后 干法堆存 2。这些堆存方法不但占用大量的土地，还使赤泥中的许多可利用成份不能得到合理利用，造成了资源的二次浪费。随着赤泥产量的日 益增加 和人们环境保护意识的不断提高，最大限度地限制 赤泥的危害，多渠道地综合利用赤泥的问题，已迫在 眉睫。1 赤泥的化学成分和主要污染物 1 1 赤泥的化学成份 赤泥的化学成份取决于铝土矿的成份、生产氧 化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成份，以及 新生成的化合物成份等。赤泥的化学成份分析表(质量百分比)见表 1 3 J。裹 l 赤泥化学成份分析表 1 2 赤泥污染物浓度 赤泥的 p H值很高。其 中浸 出液的 p H值为 收稿日期：2 0 0 6 0 8 2 8 1 2 1 1 3 0，氟化物含量 1 1 5-2 6 7 m g L。赤 泥的 p H值为 1 0 2 9-1 1 3，氟化物含量 4 8 9-8 6 维普资讯 http:/ 第 1 2 期 陈蓓等：赤泥的综合利用和安全堆存 3 3 r n g L。按 G B 5 0 5 8 8 5 有色金属工业固体废物污 染控制标准，因赤泥的p H值小于 1 2 5，氟化物含量 小于 5 0 r n g-L，故赤泥属于一般固体废渣。但赤 泥附液 p H值大于 1 2 5，氟化物含量小于 5 0 m g L。，污水综合排放划分为超标废水。因此，赤泥(含附液)属于有害废渣(强碱性土)。2 赤泥的综合利用 氧化铝厂赤泥综合利用问题是一个世界性的难 题。近年来，许多国家致力于赤泥中有用物质回收 技术的开发，有用物质得以回收利用，同时也去除了 大量有害物质，因此赤泥的综合利用具有广阔前景。2 1 回收赤泥中的有用物质 赤泥中含有大量的氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧 化钙、氧化锌等，此外还含有微量元素 T i、N i、C A、K、P b、等，因此对赤泥中有价金属的回收具有重 要 的意义。A n n a【J 曾对赤泥中的有价金属作过实验研究，其实验 数据 表 明，该 工艺 每 t赤 泥(含 F R O 3 5 1 3 0，Z n O 1 3 2 9 )能回收 7 2 的 F e 2 0 3 5 6 7 妇，这是炼钢的优质原料，同时还能得到纯锌 5 7 k g。但由于赤泥中含大量的硫化合物，对后序的热 处理过程有极大 的影响，因此脱硫技术是该 工艺 的 关键。此外，由于该工艺各工段均在高温下运行，耗 用大量的能源，因此适合处理品位较高的原料。而 我国赤泥含铁量相对较低，回收利用生产效率低，这 种高投人、低产出的生产方法显然是不经济的。2 2 利用赤泥生产水泥 国内外实践表明，用赤泥可生产出多种型号的 水泥 5-7 。任冬梅 8 综合评述了利用赤泥生产水 泥的研究进展。俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥 生产水泥，生料中赤泥配比可达 1 4。日本 三井氧 化铝公司与水泥厂合作，以赤泥为铁质原料配入水 泥生料，水泥熟料可利用赤泥 5 2 O k g t。俄罗 斯沃尔霍夫、阿钦和卡列夫氧化铝厂以霞石为原料，利用产生的赤泥生产水泥，进行石灰石、赤泥两组分 配料试验，可利用赤泥 6 2 9 7 9 5 k g t 水泥，为烧 结法赤泥的综合利用开辟了有效途径。我国山东铝 厂早在建厂初期就对赤泥综合利用进行了研究，在 上世纪 6 0 年代初建成了综合利用赤泥的大型水泥 厂，利用烧结法赤泥生产普通硅酸盐水泥，水泥生料 中赤泥配比年平均为 2 0 3 8 5，水泥的赤泥利 用量为 2 0 0 4 2 0 k g t _。，产出赤泥的综合利用率 3 0 5 5。由于赤泥含碱量高，赤泥配比受水泥 含碱指标制约。为更加有效地利用赤泥生产水泥，山东铝业公司已完成国家“八五”科技攻关项目“常 压氧化钙脱碱与低碱赤泥生产高标号水泥的研究”和“低浓度碱液膜法分离回收碱技术”，使以烧结法、联合法赤泥为原料生产水泥的技术向前迈进了一大 步，提高了赤泥配比，使赤泥配料提高到 4 5，并提 高了水泥质量，由以生产 4 2 5#普通水泥为主，提高 到以生产 5 2 5#水泥为主。2 3 利用赤泥生产砖 利用赤泥为 主要原料 可以生产多种砖。邢 国、杨爱萍、张培新、N e v i n Y 1 2 3 分别报道 了利用赤泥生产免蒸烧砖、粉煤灰砖、黑色颗粒料装 饰砖和陶瓷釉面砖。以烧结 法赤泥制备釉 面砖为 例，其主要工艺过程为：原料一预加工一配料一料 浆制备(加稀释剂)一喷雾干燥一压型一干燥一施釉一煅烧一成品。该法生产的陶瓷釉面砖，以赤泥为主要原料，取 代了传统的陶瓷原料，不但可以降低原材料费用，而 且具有极大的环保意义。赤泥在建材工业中还可以生产玻璃、塑料填料 等。但是在赤泥的应用中，必须注意赤泥本身含有 碱液，有的赤泥中还含有放射性元素，这些都直接危 害人体健康。2 4 赤泥在废水净化中的作用 由于工业排污量的急剧上升，水体中污染物严 重超标，已成为当前严峻的环境污染问题。赤泥颗 粒对水体中的 n、P h 2 、Z 、N i、c r 6 、C A 2 等重金属离子具有较好的吸附作用。L o p e z 1 3 用赤 泥与硬石膏的混合物加水制成在水溶液中稳定性好 的集料，这种集料对重金属离子吸附性能较强，4 8 h 的最大吸附量为：C u 2 l 9 7 2 m g g ；Z n 2 1 2 5 9 mg g；Ni 2 1 0 9 5 mg g 一；C 1 0 5 7 mg g。对城市污水中重金属离子的连续吸附实验表明，赤 泥对 C u 2 、Z n 2 、N i2 的去除效率分别是 1 0 0、6 8 和 5 6。赤泥对这些重金属离子的高吸附能 力归结为赤泥中氧化物矿物的表面反应活性。吸附 柱实验研究表明，赤泥吸附剂具有工业应用价值，可 直接用 l to o l L H N()3 处理吸附柱，使被吸附的金 属脱附，吸附剂可以重复使用，废水中盐类物质的存 在也不会影响吸附效果。C e n g e lo g l u 用赤泥吸附水体中的氟化物，经 H C I 活化处理的赤泥对水体巾氟 的清除效率为。Q 野 瞄 髓 国 旧 一 一 lu 巨 维普资讯 http:/ 化工技术与开发 第 3 5 卷 8 2，而褐煤、高岭石粘土、膨润土的脱氟效率分别 为 8、1 8 2 和 4 6。A h u n d o g a n 1 6 J 用热处理(2 0 0 8 0 0)和酸处理(H c 1)技术活化赤泥，酸活 化赤泥对水体中的 有较好的吸附作用，当水体 中 浓度为 1 0 mg L，赤泥含量 2 0 g L I 1 时，2 5 ，1 h吸附反应对(V)的除去率为 9 6 5 2 ，对()的除去率为 8 7 5 4。A k a y 1 7 以赤泥作为交叉流微滤过程的载体，清 除水体中的磷酸盐。研究表明，在吸附反应过程中，磷酸盐作为胶体赤泥颗粒的凝结剂，赤泥集料对磷 酸盐的过滤形成可压缩的过滤饼，磷酸盐的滤除效 果与 p H、磷酸盐 赤泥比例、共存离子(如硫酸离子)浓度有关。当p H=5 2时，滤除率可达 1 0 0。N a m a s iv a y a r n 1 8 用赤泥吸附纺织染料废水中的 刚果红(C o n g o r e d)，吸附能力主要受 p H值和吸附 剂含量 的影响，吸附等温线为 L a n g m u ir和 F r e。u n d l ic h型，L a n g mu i r 吸附容量为 4 0 5 m g g，吸 附效果较好，处理成本较低。3 赤泥的安全堆存 近年来，随着环境保护工作的加强，赤泥的排放 情况有了较大的改善【8 j。除英国、法国和日本继续 采用排海法排入深海外，多数国家采用露天存放，并 由湿法堆存向干法堆存过渡。有的国外铝厂还在赤 泥堆存场上种植了草木，并形成了灌木林。我国山 东、河南、贵州、山西等氧化铝厂，采用平地高台、河 谷拦坝、凹地充填等方法堆存赤泥，多未采取有效措 施，如我国某厂赤泥废液污染地下水源 2 0 0 7 0 0 m，使该地区地下水永久性碱化。因此，赤泥安全堆 存方面的研究工作还有待加强。4 赤泥用于燃煤脱硫和赤泥堆场绿化 的可行性分析 4 1 赤泥用于燃煤脱硫的可行性分析 1 9】我国是一个以燃煤为主要能源的国家，由于大 量燃用煤炭，排人大气中的 s o 2 逐年增加，每年可 达千万 t 级，这一有害物质对环境造成极大的危害。为了消除s o z，人们研究开发了近百种燃煤脱硫的 方法，就 目 前实际应用的各类方法中，以石灰石 灰法最多，占8 7 以上。其原理是利用碱金属钙的 化合物与烟气中的s o z 发生化学反应，生成硫酸盐 或亚硫酸盐。就 目前实施的情况看，这一净化方式 应用中的主要障碍仍然是运行成本问题，因为石灰 石 灰脱硫方法，不论采用哪一种方式，对钙化合 物的粒度要求都很高，一定要达到微米级才符合工 艺要求。即使今后研制出了高效粉碎设备，使粒度 比较容易达到要求，但仍需耗用大量石灰石资源。赤泥的大部分成份为碱金属，与 s o z 有很强的 反应活性，同时由于氧化铝生产的特点，外排赤泥的 粒度也很小，完全符合脱硫过程的粒度要求。综合 计算，赤泥脱硫的有效成分高于C a O含量 5 0 左右 的石灰石。赤泥有很小的粒度和非常大的比表面，分析数 据表明，粒度小于 4 5 m的赤泥占总量 5 0 以上，比表面积可达到 1 0 2 0 m 2-g，小粒径及大 比表 面积均可加大化学反应速度和反应深度，符合脱硫 过程中的粒度要求。从上面关于赤泥的分析可以看出，赤泥完全有 条件代替石灰 石灰乳对烟气进行脱硫，使用中可以 不改变原有的工艺流程。赤泥中还含有部分溶解在 水中的碱，其烟气净化效果会好于石灰 石灰乳。就石灰石 石灰乳烟气脱硫方式来看，寻找其替 代物是今后研究的一个主要内容。通过以上的理论 分析，用赤泥代替石灰石 石灰乳进行烟气脱硫是可 行的，经过脱硫反应。2种对环境十分有害的废弃物 将会得以中和，特别是含碱赤泥，经与烟气中的二氧 化硫反应后，原有的碱性及水硬性得以减弱或消除，达到了以废治废的目的。4 2 绿化赤泥堆场的可行性分析 由于赤泥的碱性极强，赤泥堆场寸草不生，不仅 污染环境，而且影响美观。对赤泥堆场进行土壤改 良，可以为绿化、美化赤泥堆场环境，减少污染提供 有效的技术途径。J o n a t h a b W C Wo n g和 C r e o n H o【2 0 J 在暖房实 验和田野实验中，研究了用石膏和污泥作为赤泥的 改良剂及其对赤泥堆场绿化的潜在价值。在暖房实 验中研究了赤泥在添加石膏(0和 3 8 5 t h a I 1)和 污泥(0、3 8 5、7 7 t-h a )的条件下，A g r o r y m n e l o n g a t u m(高麦草)的生长情况。沥出物和土壤分析表 明，石膏可以有效地降低赤泥的E C(电导)、N a、E S P (离子交换力)；同时污泥也有降低 E C、N a、E S P的 作用。污泥能明显地增加产物的干重，为植物的生 长提供了丰富的营养物。在高麦草中没有发现重金 属离子的富集，添加污泥后没有证据表明沥出物中 重金属离子显著地增加了。另外，为了评价添加剂 对赤泥土壤物理性质的影响，还进行了田野实验，添 维普资讯 http:/ 第 1 2 期 陈蓓等：赤泥的综合利用和安全堆存 3 5 加剂的情况如下：污泥(3 8 5、7 7、1 5 4 t h a I 1)，石膏(3 8 5、7 7 t-h a I 1)。污泥明显地降低了土壤的散装 密度(2 5)，降低了土壤的粒子密度(9)，增加了 赤泥的总气孔率(8)，通水性从 1 5 1 0-5 m s 提高到2 3 1 0 L 5 m s _。随着污泥和石膏加入量的 增大，植物覆盖率和高麦草干重都得以提高。结果 证实污泥的添加不但能改善土壤的性质，同时也改 善了土壤的营养结构。运用污泥作为赤泥重新绿化 的添加剂，不但为污泥的储存找到了一条新的途径，同时也是铝冶炼废渣重新绿化的一个重要战略。由以上可见，将赤泥由工业垃圾变为有用资源 是完全有可能的。参考文献：1 励衡隆 西澳赤泥干堆技术开发和实践 J 有色金属(冶炼部分)，1 9 9 3，(4)：4 2 4 5 2 杨绍文，曹耀华，李清 氧化铝生产赤泥的综合利用现 状及进展 J 矿产保护与利用，1 9 9 9，(6)：4 6 4 9 3 景英仁，杨奇，景英勤 赤泥的基本性质及工程特性 J 山西建筑，2 0 0 1，(6)：8 0 _ 8 4 4 A n n a M，P a o l o P N e w m a t e r i a ls f r o m i n d u s t r i a l a n d mi n i n g wa s t e s：g l a s s-c e r a mi c s an d g l ass-and r o c k wo o l fi b r e J I n t J Mi n e r a l P r o c e s s，1 9 9 8，(5 3)：1 2 1 1 3 4 5 Vi n c e n z o M S，R e n z o C B a u x i t e r e d mu d i n t h e e e r a l T 1 i c i n d u s t r y P a r t l：t h e r m a l b e h a vi o u r J J o u r n a l o f t h e E u r o p e a n C e r a mi c S o c i e t y，2 0 0 0，(2 0)：2 3 5 2 4 4 6 Vi n c e n z o M S，R e n m CBau x i t e r e d mu d i n t h e c e r a mi c i n d u s t r y P a r t 2：p r o d u c t i o n o f c l a y-b a s e d c e r a mi c s J J o u r n a l o f t h e E u r o p e a n C e r a mi c S o c i e t y。2 0 0 0，(2 0)：2 4 5 2 5 2 7 M ane e s h S，S N Up a d h a y a y P r e p a r a t i o n o f i r o n r i c h c e me n t s u s i n g r ed mu d J C e ment and C o n c r e t e R e s e a r c h，1 9 9 7，(7)：1 0 3 7 1 0 4 6 8 任冬梅，毛亚南 赤泥的综合利用 J 有色金属工 业，2 0 0 2，(5)：5 7 5 8 9 邢国 利用赤泥粉煤灰研制免蒸烧砖【D 首届中国 有色金属冶金青年学术研讨会论文集，1 9 9 3 1 0 1 0 杨爱萍 赤泥粉煤灰砖的研制 J 轻金属，1 9 9 6，1 2 (8)：1 7 1 8 1 1 张培新 赤泥制作瓷砖黑色颗粒料的研究 J 矿产 综合利用，2 0 0 0，(3)：4 1 4 3 1 2 J Ne v i n Y，Va h d e t t i n S Ut i l i z a t i o n o f b a u x i t e w m t e i n c e r a mi c g l a z e s J C e r a r n i ,I n t e r n a t i o n a l，2 0 0 0，(2 6)：4 8 5 4 9 0 1 3 L o p e z E，S o t o B A r i as M Ad s o r b e n t p r o p e r t i e s o f r e d mu d and i t s u s e f o r w a s t e w a t er t r e a t ment J Wa t R es，1 9 9 8，3 2(4)：1 3 1 4 1 3 2 2 【1 4 G u p t a V K，G u p t e M S h a ml a S P r o c s d e v e l o p m ent f o r t h e r e mo v a l o f l e a dand c h r o mi u m f rom a q u e o us sol u t io n s u s i ng r ed mu d an al u mi n i u m i n d ust r y w a s t e J Wa t R e s，2 0 0 1，3 5(5)：1 1 2 5 1 1 3 4 1 5 C e ngd(N l u Y，Ki r E E r soz M R em o v a l o f fl u o ri d e f rom a q u eous s o l u t i o n b y usi ng r ed mu d J S e p a r a t i o n and P u r i f i eat i o n Te c h n o l o g y，2 0 0 2，(2 8)：8 1 8 6 1 6 A h u n d o g a n H S A h u n d o g an S，T u ree n F e t a1 A r s e n i c a d s o r p t i o n f rom a q u e o u s s o l u t i o n s b y a c t i v a t ed r ed mu d J Wa s t e Ma n a g e x n ent，2 0 0 2，(2 2)：3 5 7 3 6 3 1 7 A k a y G，K es k i n l c r B C a k i e i A P h o s p h a t e r e m o v al f r o m w a t er b y r ed mu d u s i n g c r o s s fl o-mi c rof i h r a t io n J Wa t R e s，1 9 9 8，3 2(3)：7 1 7 7 2 6 1 8 Na masi v a y a m C，A r asi D J s B Re mo v a l o f C o n g o Red f ro mw ast e w a t erb y a d s o r p t i o n o n t ow a s t e r edmu d J C h e m o s p h ere，1 9 9 7，3 4(2)：4 0 1 4 1 7 1 9 李抚立 氧化铝生产的外排赤泥用于燃煤脱硫的可 行性浅析 J 有色冶金节能，2 0 0 3，2 0(5)：2 4 2 6 2 0 J o n a t h a b W C Wo ng，C r f O n H o Sewa g e s l u d g e a s o r g an i c a me l i o r an t f o r r e v e g e t a t i o n o f f i n e bau x i t e r e s i d u e J R e s o u r c e s C o n s e r v a t io n and Recy c l i ng，1 9 9 4，1 1：2 9 7 3 0 9 Co mp l e x Ut i l i z a t i o n o f Re d M u d a n d i t s S a f e t y P i l e-u p C HE N B e i ，C HE N S u n g (1 g u x i E n v i ron me n t I n s p e c t i o n S t a t io n，Na n n i ng 5 3 0 0 2 2，C h i n a；2 Ou ang x i G o n g l i a n I n d ust ry E ngi n e e r i ng C o nsu l t a n c y a n d D e s i g n，N a n n i ng 5 3 0 0 0 0，C h i n a)Ab s t r a c t Th e r e s e a r c h d e v e l o p me n t o f c o mp l e x u t i l i zat i o n a n d s a f e t y p i l e u p o f r e d mu d we r e r e v i e we d Th e f e a s i b i l i t y o f r e d mu d a t t h e c o a 1 f i r e d e s u l f u r i z a t i o n a n d v i r e s c e n c e o f p i l e p l a c e we r e a n a l y z e d Ke y wo r d s：r e d mu d；comp l e x u t i l i z a t i o n；p i l e u p；v i r e s c e n c e；d e s u l f u r i z a t i o n 维普资讯 http:/