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题 目： 赤泥的性质、组成及其综合利用 学 院 化学与化工学院 专 业 化学 课程名称 科技文献检索与利用 姓名 岑 秀 学 号 201104014004 开课时间 2012 至 2013 学年第 二 学期 成绩： 教师签字 年 月 日 文
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赤泥的组成、性质及其综合利用
摘 要:介绍 了赤泥的化学组成、性质与物理性质。阐述了利用赤泥制烧
结砖、水泥、炼钢用保护渣、钙肥料、塑料填充剂和炼铁原料的生产工艺,认为开展赤泥的研究与综合利用具有广阔的发展前景。
目前，赤泥综合利用仍属世界性难题，随着赤泥产出量的日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，最大限度地赤泥的危害，多渠道地利用和改善赤泥，已迫在眉睫。我国赤泥综合利用工作近年来得到各方面的高度重视，开展了跨学科、多领域的综合利用技术研究工作，但这些研究多处于实验室阶段，还未实现产业化。
关键词：赤泥性质；有效利用；主要措施 引 言
赤泥是氧化铝工业排放的红色粉泥状废料，属强碱性有害残渣，含水率高，容重 700~1000 kg/m3，比表面积 0.5~0.8 m2/g. 组成和性质复杂，并随铝土矿成分，生产工艺(烧结法、混联法或拜耳法)及脱水，陈化程度有所变化.赤泥主要组份是 SiO2, CaO, Fe2O3, Al2O3, Na2O,TiO2, K2O 等，此外还含灼减成份和微量有色金属等. 由于铝土矿成份和生产工艺的不同，赤泥中成份变化很大.
赤泥中还含有丰富的稀土元素和微量放射性元素，如铼,镓, 钇, 钪, 钽, 铌, 铀, 钍和镧系元素等. 赤泥主要成份不属对环境有特别危害的物质，赤泥对环境的危害因素主要是其含 Na2O 的附液. 附液含碱 2~3 g/L，pH 值可达 13~14. 赤泥附液主要成份是 K, Na, Ca, Mg, Al,OH−, F−, Cl−, SO42−等多种成份，pH 值在 13~14 之间，赤泥对环境的污染以碱污染为主[1].赤泥的产出量，因矿石品位、生产方法、技术水平而异. 据估计，全世界氧化铝工业每年产生的赤泥超过6×107 t[2]. 近年来，我国各地氧化铝产业急速发展，2007年氧化铝产量约 2000 万 t，预计 2010 年将达到 3000 万t/a，而每生产 1 t 氧化铝，附带产生 0.8~1.5 t 赤泥. 2007年我国赤泥排放量达 4000 万 t，2010 年预计达4500~5000 万 t，累计赤泥堆积量已达几亿 t，为世界之最[3].
目前，我国赤泥的综合利用率只有约4%。开展赤泥综合利用，是落实科学发展观，转变经济发展方式，发展循环经济，建设资源节约型和环境友好型社会的重要体现，是解决赤泥堆存造成环境污染和安全隐患的治本之策，也是我国氧化铝工业可持续发展的必由之路[2]。
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1赤泥的物质组成
1.1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、生产过程中添加剂的物质成份和新生成的化合物的成份等。通常SiO2为20-25%、TiO2为3-5%、Al2O3为6-25%、Fe2O3为5-12%、CaO为40-50%、Na2O为2-4%、K2O为0.2-0.7%、SO3为0.4-0.6%、烧失量为6-14%、MgO为2%左右。 1.2矿物组成
采用偏光显微镜、扫描电镜、差热分析、X衍射、化学全分析、红外吸收光谱和穆斯堡尔谱法等七种方法进行鉴定，结果表明赤泥的主要矿物为：文石和方解石含量为60-65%，其次是蛋白石、三水铝石、针镁矿，还有少量的钛矿物、菱铁矿、天然碱、水玻璃、铝酸钠和火碱。在这些矿物中，文石、方解石和菱铁矿，既是骨架，又有一定的胶结作用；而针镁矿、三水铝石、蛋白石、水玻璃起胶结作用和填充作用。 1.3污染物
赤泥及其附液中的污染物主要有氟化物、碱、氯化物等，其中赤泥的PH值为10.2-11.9，氟化物含量4.8-8.6mg/l；浸出液的PH值为12.1-13，氟化物含量11.5-27mg/l。按《有色金属工业固体废物污染控制标准》（GB5058-85），因赤泥的PH值小于12.5，氟化物含量小于50mg/l，故赤泥属于一般固体废渣。但赤泥附液PH值大于12.5，氟化物含量小于50mg/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 赤泥的性质
赤泥的颗粒直径0.088-0.25mm，比重2.7-2.9，容重0.8-1.0，熔点1200-1250oC。赤泥主要组份是SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2、K2O等，此外还含灼减成份和微量有色金属等。由于铝土矿成份和生产工艺的不同，赤泥中成份变化很大。赤泥中还含有丰富的稀土元素和微量放射性元素，如铼、镓、钇、钪、钽、铌、铀、钍和镧系元素等。赤泥主要成份不属对环境有特别危害的物质，赤泥对环境的危害因素主要是其含Na2O的附液。附液含碱2-3 g/L，pH值可达13-14。赤泥附液主要成份是K、Na、Ca、Mg、Al、OH-、F-、Cl-、SO42-等多种成份，pH 值在13-14之间，赤泥对环境的污染以碱污染为主。
3 赤泥现阶段的有效利用
长期以来，赤泥因含碱量高等原因，其综合利用已成为世界性难题。我国一直重视赤泥综合利用工作，开展了多学科、多领域的综合利用技术研究工作。赤
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泥的成分、性质的差异，决定了不同的赤泥利用方法。赤泥及其附液具有强碱性，同时含有可再生利用的氧化物和多种有用金属元素，成为赤泥再生利用的基础。赤泥中含有较高的CaO，SiO2，可用来生产硅酸盐水泥及其它建材；利用其SiO2、Al2O3、CaO、MgO的含量特征及少量的TiO2、MnO、Cr2O3可以生产特种玻璃；同时，赤泥中含有丰富的铁、钪、钛等有价金属[3]；赤泥具有强碱性及铁矿物含量较高、颗粒分散性好、比表面积大、在溶液中稳定性好等特点，在环境修复领域具有广阔的应用前景。 3.1 赤泥提取有价金属
赤泥是一种不溶性残渣，可分为烧结法、拜尔法和联合法赤泥，主要成分为 SiO2, Al2O3, CaO 和 Fe2O3等.我国部分厂家采用烧结法和联合法排放赤泥的主要成分大致相同，其中含有大量的 2CaO·SiO2等活性矿物组分，可以直接应用于建筑材料生产. 国外则是含赤铁矿、铝硅酸钠水合物较多的拜尔法赤泥. 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，所产生的拜耳法赤泥中不存在2CaO·SiO2等活性成分，另外含铁高，耐腐蚀性差，很难直接用于建材行业铁是赤泥中的主要成分，一般含10%-45%。现阶段国内外对赤泥中铁的提取主要方法有：预焙烧-沸腾炉还原，此法可提高赤泥中铁的含量至63%-81%，铁回收率83%-93%；竖炉还原，此法用天然气作还原剂在800-850 oC下只取金属铁；铁矿烧结配料，此法主要在炼铁高炉中加入适量的赤泥进行配料烧结；高炉或电炉熔炼；回转窑熔炼；磁化焙烧-磁选-烧结法；还原焙烧处理；回转窑-竖式熔炼炉两端熔炼法等。
从赤泥中提取稀土元素、钛、钒、铬、锰等金属的工艺有一个共同的出发点：采取酸浸-提取工艺直接从赤泥中提取，酸浸出使用酸为盐酸、硫酸和等[4]，所用赤泥也多经过沸腾炉等设备的还原。 3.2 生产各种材料
赤泥配料生产的各种材料主要有水泥、建筑用砖、路基固结材料、高性能混凝土等，国内外实践表明，用赤泥配料生产水泥为赤泥的综合利用提供了很好的途径，现阶段赤泥配料生产水泥主要应用于烧结法。利用赤泥为主要原料可以生产多种砖，免蒸烧砖、粉煤灰砖、黑色颗粒料装饰砖、陶瓷釉面砖和加气混凝土砌块等，产品的各种性能均已符合国家标准。在路面基层材料方面，基于齐建召[5]对赤泥道路材料的试验研究工作，淄博市淄川区修建了一条宽约15 m、长约4 km的赤泥路面基层材料公路，路面基层达到了石灰工业废渣稳定土的一级和高速路的强度要求，为赤泥综合利用技术推广创造了良好的示范。
另外，赤泥作为矿物材料在生产水煤气催化剂、防渗材料、硅钙复合肥、循环流化床锅炉脱硫技术、采矿用胶结充填胶凝材料、化学结合陶瓷CBC复合材料、耐火材料等方面也取得了不错的成绩。
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3.3 制备环境修复材料
利用赤泥具有巨大的比表面积和含有大量纳米和亚微米级孔隙的特点，可生产具有可控孔结构、高气孔率、高比表面积和高强度赤泥环境修复材料；利用赤泥的高碱性及其他特征可制备非烧结型环境修复材料。
在净化废水方面赤泥主要用作吸附废水中放射性金属离子，除去废水中的重金属离子、PO43-等离子，用作某些废水的澄清剂等。
在吸收净化SO2 方面拜耳法赤泥因其很小的粒度和非常大的比表面积作为SO2 的吸收剂在环境保护及废弃物综合利用方面都具有很高的现实意义。拜耳赤泥吸收SO2 的过程起作用的主要是化学中和反应，其次是物理吸附，具有吸收效率高、吸硫量大、流程简单等优点。
4 赤泥利用展望
赤泥的综合利用是一项世界性的难题，必须由、企业、科研机构等多方的力量共同进行解决。主要措施有：加强引导和资金支持；加强赤泥综合利用的基础研究与科技攻关，建立赤泥综合利用标准体系；加强组织协调，扎实推进工作；加强国内外交流与合作。我国氧化铝生产因采用不同的生产技术而导致赤泥性质有很大差别，加大了综合利用的难度。而且对赤泥的某种用途有无开发价值，很大程度上取决于其产品附加值的高低，若开发的产品与被替代的同类产品相比无价格上的优势，则难于产生较好的经济效益。
赤泥开发利用前必须系统分析其对环境的影响，尤其对人体的危害，建立环境评价分析标准，积极开发赤泥“整体利用”技术，避免赤泥利用过程的二次污染[6]。赤泥的综合利用是实现赤泥零排放的基本原则，在今后的研究中需要进一步探索新途径和提高新产品的附加值。
目前我国对赤泥的综合利用十分重视，加强赤泥综合利用交流与合作，引进和吸收国外先进经验和适用技术，建立赤泥综合利用技术和经验交流推广机制，促进赤泥综合利用产业良性循环，提升赤泥综合利用水平势在必行，力争2015年我国赤泥综合利用率达到20%[2]。
赤泥在新型干法水泥生产线利用存在无法解决的难题：
⑴由于赤泥含有60%以上的水分，无法烘干并且收尘也难于解决。 ⑵赤泥水分大，在堆料场地无法存放，也不便于均化。 ⑶因碱含量高对输送设备腐蚀严重，维修费用高，不经济。
⑷赤泥水分大、碱含量高，因而在输送和储存时粘结、堵塞现象频繁，很难保证配料的准确和生产的通畅。
⑸从新型干法生产工艺来说，原燃料中的碱、硫、氯等挥发性组分的循环富集是目前在其生产工艺上还没有得到很好解决，因此，工厂常常控制预分解窑物料的硫碱摩尔数比（不超过0.80）。由于硫酸盐在回转窑的烧成带又气化分解，造成
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了硫和碱在窑系统中的循环、富集。硫碱比过高，从而导致分解炉和预热器结皮，引起塌料和堵塞，使生产工艺操作易发生事故。
结语
赤泥综合利用问题是一个世界性的难题。目前对赤泥利用仅研究其用途，而不探索其中有用组份的综合回收。其次，对赤泥的某种用途有无开发价值，很大程度上取决于其产品附加值的高低，若开发的产品与被替代的同类产品相比无价格上的优势，则难于产生较好的经济效益。近年来，许多国家致力于赤泥中有用物质的回收技术的开发，有用物质的回收，同时也去除了大量有害物质。相信，赤泥的综合利用在不久的将来会具有广阔的前景。
参考文献:
[1] 廖春发, 姜平国, 焦芸芬. 从赤泥中回收铁的工艺研究 [J][J]. 中国矿业, 2007, 16(2): 93-95.
[2] Mishra B, Staley A, Kirkpatrick D. Recovery of value-added products from red mud[J]. Minerals & metallurgical processing, 2002, 19(2): 87-94.
[3] 刘万超, 杨家宽, 肖波.拜耳法赤泥中铁的提取及残渣制备建材[J].中国有色金属学报,2008,18(1):187~19.
[4] ]廖春发, 姜平国,焦芸芬.从赤泥中回收铁的工艺研究[J].中国矿业,2007,(16):93~95.
[5] 齐建召.赤泥道路材料的试验研究.华中科技大学,2005.
[6] 刘万超, 杨家宽, 肖波.拜耳法赤泥中铁的提取及残渣制备建材 [J ].中国有色金属学报 , 2008, 18 (1) : 187～19.
[6] 于先进, 逯军正, 王晓铭, 李燕. 赤泥中铁含量的测定及其回收试验研究 [J ].轻金属 , 2008, (5) : 13～15.
[8] 王晓娟, 李小康. 乳状液膜法从赤泥浸出液中提取钪[J ].有色金属 (冶金部分 ) , 2008, (2) : 25～27.
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