簡介
赤泥是從鋁土礦中提煉氧化鋁後排出的工業固體廢物。一般含氧化鐵量大,外觀與赤色泥土相似,因而得名。但有的 因含氧化鐵較少而呈棕色,甚至灰白色。鋁土礦中鋁含量高的,採用拜爾法煉鋁,所產生的赤泥稱拜爾法赤泥;鋁土礦中鋁含量低的,用燒結法或用燒結法和拜爾法聯合煉鋁,所產生的赤泥分別稱為燒結法赤泥或聯合法赤泥。赤泥的化學成分如下:赤泥的物理性質:顆粒直徑0.088~0.25毫米,比重2.7~2.9,容重0.8~1.0,熔點1200~1250℃。
生產 1噸氧化鋁要排出0.6~2.0噸赤泥。有的國家把赤泥排入海中,因含有鹼等有害物質而污染海洋,危害漁業生產。有的在陸地堆放,占用農田,污染水系,乾燥後隨風飄揚,又污染大氣。為了減少污染,赤泥堆場底部應鋪設不透水層,在赤泥堆上面鋪土種植植物。但積極合理的辦法是開展綜合利用,如用赤泥生產建築材料、土壤改良劑,以及回收其中的金屬等。燒結法赤泥已利用起來。
燒結法赤泥氧化鈣含量高,適合製造建築材料。中國在1963年開始用它作為普通水泥的生料。赤泥漿剛從氧化鋁廠排出時液固比一般為3~4,先通過真空過濾機過濾,使赤泥漿含水率降至60%以下。一般採用三元組分(石灰石、赤泥、砂岩)配料,有時還配入鐵粉,赤泥在生料中占25~35%。生料漿的煅燒工藝與一般的普通水泥生產基本相同。用赤泥燒制的水泥熟料各率值為:石灰飽和係數KH=0.88~0.92,矽酸率n=2.0~2.2,鋁率P =0.7~1.2。用赤泥生產的425號普通矽酸鹽水泥,符合中國國家標準GB175-77中規定的技術要求。此外,燒結法赤泥還可用以生產油井水泥、赤泥矽酸鹽水泥、赤泥矽鈣肥料等。聯合法赤泥的利用同燒結法赤泥相似。
20世紀40年代以來,許多國家就拜爾法赤泥的綜合利用提出了幾十種方法,但絕大多數沒有達到工業生產的要求,主要是由於這種赤泥漿不易乾燥,脫水能耗大。另外,這種赤泥中鐵和鹼的含量高,也不利於製造水泥。如用以煉鐵,其中的鹼會腐蝕爐襯的耐火材料,赤泥中的氧化鈦還會使爐渣粘度增加,造成高爐操作困難等。
成分
赤泥礦物成分複雜,採用多種方法對其進行分析,主要有以下幾種方法:偏光顯微鏡、掃描顯微鏡、差熱分析儀、X衍射、化學全分析、紅外吸收光譜和穆斯堡爾譜法等七種方法進行測定,其結果是赤泥的主要礦物為文石和方解石,含量為60%~65%,其次是蛋白石、三水鋁石、針鐵礦,含量最少的是鈦礦石、菱鐵礦、天然鹼、水玻璃、鋁酸鈉和火鹼。其礦物成分複雜,且不符合天然土的礦物組合。在這些礦石中,文石、方解石和菱鐵礦,既是骨架,又有一定的膠結作用;而針鐵礦、三水鋁石、蛋白石、水玻璃起膠結作用和填充作用。
資源化
濟鋼集團有限公司首創赤泥資源化利用技術,並實現產業化,破解了一項世界性工業環保難題。中國金屬學會、鋼鐵研究總院、北京科技大學、哈爾濱工業大學等科研院所的專家學者齊聚濟南,對濟鋼集團 “鋁廠廢棄物——赤泥資源化開發利用”項目進行技術鑑定。通過查閱資料、技術分析和現場考察,專家認為,這一技術既利用了資源、消除了污染,又節省了土地占用,屬國內外首創,達到國際先進水平。
赤泥是氧化鋁生產過程中所產生的廢棄物,每生產1噸氧化鋁約產生赤泥1.5噸以上,由於此前中國國內外尚無有效的工業化處理方法,即使過去已開發國家也多是排入海中,成為一道世界性環保難題。中國相關行業過去一般只能堆存,既占用了大量土地,又對土壤、水源、大氣等造成污染。
濟鋼技術人員經過1年多攻關,先後攻克選礦、冶煉工藝無害化等難關,形成發明專利3項。採用他們發明的技術,可從鋁土礦中熔出三氧化二鋁,對排出的赤泥再進行選礦處理,提選出其中的鐵礦物,有效用於鋼鐵冶煉,剩餘物可製成免燒磚,用作建築材料,基本做到了“吃乾榨盡”。
濟鋼的發明,形成規模化工業生產條件,2008年上半年,濟鋼與合作企業利用赤泥開發生產煉鋼脫矽劑5000多噸,新建的利用赤泥生產球團礦項目具備每年處理赤泥160萬噸能力,通過減少赤泥排放量,每年可減緩土地占用約160畝,為鋁廠減少赤泥堆存費4000萬元,同時為鋼廠增加效益4000多萬元。由中國工程院院士殷瑞鈺、張壽榮等專家組成的鑑定組認為,濟鋼集團這一創新是跨行業、跨專業的技術最佳化創新組合,經過1年的生產實踐證明,具有良好的套用推廣價值。
藉助赤泥高鈣、高矽而低鐵的特點,利用赤泥燒制水泥成為一條可喜的廢渣利用途徑。但是相對於赤泥巨大的排放量,有限的利用率仍然不能減緩赤泥給社會、環境帶來的沉重負擔。放眼 21紀,資源、能源、環境成為這個時代最大的問題 ,而工業廢渣能否最大限度的利用又牽扯到這些問題的有效解決。所以,更加全面深入研究赤泥的特性,如何研製工業廢渣類新型材料,充分有效的回收利用赤泥已經成為現階段一項迫在眉睫的任務。
危害
由於赤泥結合的化學鹼難以脫除且含量大,又含有氟、鋁及其他多種雜質等原因,對於赤泥的無害化利用一直難以進行。世界各國專家對赤泥的綜合利用進行了大量的科學研究,但此類研究進展不大。因此,赤泥廢渣的處理和綜合利用成為一個世界性的大難題。而對赤泥的銷納主要採取的是海底或陸地堆放處置的方法,但隨著鋁工業的發展,生產氧化鋁排出的赤泥量也日益增加,堆存處置所帶來的一系列問題隨之而出,造成了嚴重的環境問題。
全世界每年排放赤泥約6000萬噸,中國僅上述五大氧化鋁廠,年排出的赤泥量就達600萬噸,累積赤泥堆存量高達 5000萬噸,而其利用率僅為15%左右。赤泥堆存不但需要一定的基建費用,而且占用大量土地,污染環境,並使赤泥中的許多可利用成分得不到合理利用,造成資源的二次浪費,嚴重的阻礙了鋁工業的可持續發展。氧化鋁廠大都將赤泥輸到堆場,築壩濕法堆存,靠自然沉降分離使部分鹼液回收利用。另一種方法是將赤泥乾燥脫水後堆存,中國的平果鋁業公司主要採用乾法堆存,雖然減少了堆存量及可增加堆存的高度,但處理成本增加,並仍需占用土地,同時南方雨水充足,也容易造成土地鹼化及水系的污染。
赤泥在堆放過程中除了占用大量土地外,還由於赤泥中的化學成分入滲土地易造成土地鹼化、地下水污染,人們長期攝取這些物質,必然會影響身體健康。赤泥的主要污染物為鹼、氟化物、鈉及鋁等,其含量較高,超過了中國國家規定的排放標準( 《有色金屬工業固體廢物污染控制標準》 GB5058-85)。
由於赤泥中含有大量的強鹼性化學物質,稀釋10倍後其pH值仍為11.25-11.50(原土為12以上),極高的pH值決定了赤泥對生物和金屬、矽質材料的強烈腐蝕性。高鹼度的污水滲入地下或進入地表水,使水體pH值升高,以致超出國家規定的相應標準,同時由於pH值的高低常常影響水中化合物的毒性,因此還會造成更為嚴重的水污染。一般認為鹼含量為30-400 mg/L是公共水源的適合範圍,而赤泥附液的鹼度高達26348mg/L,如此高鹼度的赤泥附液進入水體,其污染不言而語,赤泥對生態環境的不良影響必須給予高度的重視和認真的研究。堆存量不斷增大的赤泥所造成的越來越嚴重的環境污染,已使赤泥綜合利用成為煉鋁工業一項急需解決的難題。
赤泥的pH值很高,其中:浸出液的pH值為12.1-13.0,氟化物含量11.5 mg•L-1-26.7 mg•L-1;赤泥的pH值為10.29-11.83,氟化物含量4.89 mg•L-1-8.6 mg•L-1。按GB 5058-85有色金屬工業固體廢物污染控制標準,因赤泥的pH值小於12.5,氟化物含量小於50 mg•L-1,故赤泥屬於一般固體廢渣。但赤泥附液pH值大於12.5,氟化物含量小於50 mg•L-1,污水綜合排放劃分為超標廢水,因此,赤泥(含附液)屬於有害廢渣(強鹼性土)。