中國粉體網訊 1888年前后,，奧地利化學家拜耳（Carl Josef Bayer）開發(fā)了一種從鋁土礦生產氧化鋁的方法。
原理很簡單,，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�,，F(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Al2O3,。
赤泥的產生過程
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,、氧化鈦以及未反應的氧化鋁等,，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
赤泥是一個全球性的大麻煩。
據(jù)統(tǒng)計,，每生產1t氧化鋁,，大約會產生0.7～2t的赤泥。因其難以直接利用,，只能進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，赤泥中的堿液還會造成土壤的堿化,、沼澤化,，引起嚴重的土壤污染。此外,，濕法堆存的赤泥漿中赤泥的含量僅為15％～40％,，堆積空間較大；干法堆存的赤泥,，由于赤泥粉末顆粒細小,，可能導致嚴重的粉塵污染，嚴重危害人類的身心健康,。同時,，赤泥的堆存成本和管理費用也很高，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)的災難,，同時也導致氧化鋁廠無法正常生產,，嚴重影響市場供應。
我國氧化鋁規(guī)模全球最大,，赤泥新增量大,，據(jù)有關部門統(tǒng)計,，自2018年以來,，每年我國氧化鋁企業(yè)產生赤泥量約1億噸。而在過去數(shù)年,，赤泥的利用率僅為6%~7%,。2023年，我國赤泥產生量1.06億噸,，利用量超過1000萬噸,、同比增長25%，利用率達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“好婆家”,，提高赤泥綜合利用率成為了一項極具挑戰(zhàn)性而又必須向前推進的重要工作。
赤泥的組成
要對赤泥進行有效的綜合利用,，首先要搞清楚赤泥的組成,。
由于鋁土礦來源、生產工藝及設備等的不同,，赤泥組成存在差異,，其分為化學組成和礦物組成。
化學成分主要有：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種生產工藝所得赤泥中Na2O含量均較高，這是導致赤泥呈堿性的主要原因,。
不同產地赤泥主要成分
赤泥中礦物組成比較復雜,，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,、燒結法和聯(lián)合法3種工藝所產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法赤泥具有低硅、低鈣的特點,，但是拜耳法赤泥的Fe,、Al、Na的含量比燒結法或聯(lián)合法赤泥高,。廣西平果鋁拜耳法赤泥是國內典型的拜耳法赤泥,。
不同工藝赤泥主要化學組成與含量
赤泥綜合利用
結合赤泥特性可以發(fā)現(xiàn),，赤泥的利用主要體現(xiàn)在4個方面。
①赤泥中含有有價金屬,，如鐵,、鋁、鈦,、稀土等,，可以提取其中的有價金屬；
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,、有價金屬的回收利用
赤泥中Al2O3和Fe2O3含量豐富，不同產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、電池及國防軍工等領域應用廣泛,，是攸關國家安全和科技發(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%的稀土元素轉移到赤泥中，隨著科學技術的進步,，赤泥中稀土元素的回收具有重要的研究價值,。
對于稀土元素的回收以浸出萃取為主，在回收稀土元素時,，對于浸出后的液相環(huán)境需要進行分離除雜萃取等步驟,，最后再對萃取后的液相環(huán)境富集回收，所以主要關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,，可以用于生產水泥,、免燒陶粒、免燒磚,，或作為路基用于道路的建設,。建筑材料市場龐大，在保證赤泥儲量安全性的情況下,，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,、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環(huán)保材料，處理污水,，凈化尾氣,，同時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時,，需要注意的是,，赤泥本身就含有部分重金屬離子，在使用中可能會發(fā)生重金屬離子浸出的情況,，所以需要在利用赤泥前對赤泥進行預處理,，并對赤泥基環(huán)保材料的穩(wěn)定性加強研究。
4,、消防領域
鋁系,、硅系等阻燃劑因具有無毒、環(huán)保,、穩(wěn)定性好,、塑料燃燒時能夠減少發(fā)煙量等優(yōu)點，受到消防領域青睞,。而赤泥中含有較高的SiO2,、Al2O3、Fe2O3,、TiO2等物質,，這些物質具有良好的阻燃性能。因而,，部分學者對將赤泥作為阻燃劑和滅火劑在消防領域進行應用開展了一系列的研究,。
赤泥綜合利用面臨的難題與建議
隨著我國加快推進生態(tài)文明建設，有色行業(yè)將綠色發(fā)展作為實現(xiàn)高質量發(fā)展的關鍵因素,。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，隨著我國鋁工業(yè)發(fā)展壯大,，赤泥產生量猛增,，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企業(yè)面前的難題。
二是赤泥綜合利用技術成本高,。赤泥具有堿性強,，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域成熟的工藝、技術和設備,，導致赤泥利用技術成本增加,，存在大規(guī)模消納的“瓶頸”。
三是赤泥利用主體責任不強,。依據(jù)“誰污染,、誰治理”原則，氧化鋁企業(yè)應作為赤泥治理的責任主體,，必須承擔起赤泥綜合利用的主體責任,。
四是缺乏標準支撐，市場消納存在瓶頸,。赤泥目前可制備的產品種類繁多,，但由于缺乏赤泥相關的產品和技術標準規(guī)范體系，其利用過程面臨與市場對接難,、市場不認可等問題,。
五是跨領域協(xié)同利用交流少，產業(yè)化推進緩慢,。赤泥成分復雜,，排放量巨大，僅依靠單一的技術手段很難規(guī)�,；{,，且容易造成產品種類單一，引起產能過剩,。
六是更需要社會上對赤泥的認識公正客觀地看待,。讓人們接受赤泥產品應用于民生領域，如道路建設,、建陶材料等,，首先需要全社會對赤泥產品有更加公允的認知。赤泥是氧化鋁生產過程中產生的固體廢料，在生產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,，在應用過程中同樣是經過安全檢測后得以應用。
因此建議：
1）強化頂層設計和產業(yè)政策引領,。政府,、企業(yè)要從戰(zhàn)略和頂層設計上把赤泥應用納入到當?shù)鼐C合利用產業(yè)布局或企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中，堅持政策引領,、規(guī)劃先行,、市場導向，科學編制赤泥利用產業(yè)規(guī)劃,、園區(qū)規(guī)劃,、實施方案及行動計劃，引領赤泥利用產業(yè)健康高質量發(fā)展,；
2）建立完善赤泥相關標準體系,，發(fā)揮標準引領和規(guī)范的基礎作用；
3）加大政產學研用聯(lián)合攻關,，降低赤泥處置成本,。加深氧化鋁企業(yè)、設計院及高校間的創(chuàng)新交流與合作,，推動校企間科技資源與人才共享,，消除校企之間的信息不對稱問題，逐步提升企業(yè)自主研發(fā)水平,；
4）搭建跨領域合作平臺,，推動赤泥產業(yè)化應用。鑒于赤泥具有成分復雜屬性,，針對重點區(qū)域和行業(yè),，建立精細的管理數(shù)據(jù)庫，進一步摸清赤泥及其他工業(yè)固廢產生和利用情況,，加強統(tǒng)計數(shù)據(jù)的研判應用,，提升各項管理措施的精準性和可操作性，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展
[4]赤泥綠色利用的春天來啦.中國有色金屬報
[5]張喜剛等.1000萬噸的突破——2023年我國赤泥綜合利用取得重大進展
[6]李帥等.赤泥綜合利用產業(yè)化現(xiàn)狀,、存在問題及解決方略探討
（中國粉體網編輯整理/山川）
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