赤泥是從鋁土礦中提取氧化鋁后排放的工業(yè)固體廢物，根據(jù)生產(chǎn)方法的不同，可分為燒結(jié)赤泥、拜耳赤泥和組合赤泥(即燒結(jié)法和拜耳法的組合)。其中燒結(jié)法單位能耗大，工藝復(fù)雜，一般用于從低品位鋁土礦中提取氧化鋁；拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁可以獲得更高質(zhì)量的氧化鋁產(chǎn)品。2011年，燒結(jié)法生產(chǎn)的氧化鋁僅占氧化鋁總產(chǎn)量的2.5%左右。我國(guó)氧化鋁年產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)噸，生產(chǎn)1噸氧化鋁就產(chǎn)生1 ~ 2噸赤泥。隨著鋁工業(yè)的擴(kuò)大和鋁礦品位的降低，赤泥的產(chǎn)量將逐年增加。目前，我國(guó)赤泥的處置方式主要是露天筑壩和露天堆放，不僅占用大量土地資源，而且對(duì)周?chē)髿?、水、土壤、微生物等環(huán)境造成嚴(yán)重污染，長(zhǎng)期堆放處理對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境埋下了安全隱患。

赤泥堿度強(qiáng)，成分和性質(zhì)復(fù)雜，金屬氧化物豐富，特別是含鐵量高，還具有顆粒分散性好、比表面積大等多孔材料的特點(diǎn)，在溶液中穩(wěn)定性好。這些特點(diǎn)一方面對(duì)赤泥的處理及其周邊環(huán)境的安全產(chǎn)生影響，另一方面在建材、冶金、環(huán)保等領(lǐng)域取得了巨大成就。因此，赤泥的回收利用具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義。赤泥的回收主要包括有價(jià)成分的回收和赤泥的轉(zhuǎn)化利用。

有價(jià)值成分的回收

隨著對(duì)赤泥研究的深入，赤泥中大量的鐵、鋁、硅、鈦、鈉和稀土元素引起了人們的關(guān)注。赤泥中這些元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:鐵(14% ~ 45%)、鋁(5% ~ 14%)、硅(1% ~ 9%)和鈦(2% ~ 12%)，但赤泥中這些元素基本上以礦物形式存在，赤泥的粒徑和高堿度使資源回收困難。目前，國(guó)內(nèi)外赤泥資源的回收主要集中在鐵、鈦和稀土元素的回收上。

1.鐵回收

在目前的技術(shù)條件下，用于生產(chǎn)的鐵礦物主要有磁鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、菱鐵礦和黃鐵礦等。赤泥中氧化鐵含量雖然高，但赤泥和氧化鋁中的鋁、硫、磷、鈉、鈣、鎂、硅等雜質(zhì)在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生高堿性渣，影響材料的耐火性能。目前常用的回收鐵的方法有直接磁選、焙燒-還原磁選和酸浸回收。與焙燒法相比，直接磁選法從赤泥中回收鐵可以節(jié)約能源，保持鈦等金屬的可溶狀態(tài)。LI等人已經(jīng)證明，高梯度超導(dǎo)磁分離(HGSMS)系統(tǒng)可以有效地將赤泥(粒徑小于100μm)分離成高鐵含量和低鐵含量?jī)刹糠帧８哞F部分可直接用于高爐煉鐵，低鐵赤泥可回收燒結(jié)生產(chǎn)建筑材料。朱等開(kāi)發(fā)了碳酸鈉焙燒還原-磁選法。結(jié)果表明，在還原溫度1050℃，還原時(shí)間80分鐘，碳酸鈉添加量8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，磨礦細(xì)度大于0.074mm 90%，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.08T t的條件下，鐵的總回收率可達(dá)95.76%。數(shù)據(jù)分析表明，磷酸和鹽酸處理后的鐵和鈦回收率最高，分別為76% ~ 78%和23% ~ 24%，磷酸的硅和鋁回收率也最高，分別為49

2.鈦的回收

鈦被認(rèn)為是一種稀有金屬，因?yàn)樗谧匀唤缰羞^(guò)于分散，難以提取。赤泥中含有大量的鈦資源，尤其是印度赤泥中的二氧化鈦，甚至超過(guò)20%。從赤泥中回收鈦的方法主要有兩種:焙燒法和酸浸法，其中焙燒法通常隨著鈦的回收過(guò)程而溶解。國(guó)外KASLIWAL等人。在60 ~ 90℃和1.0 ~ 1.5 mol/L的鹽酸溶液中浸出赤泥中鐵、鈣、鈉、鋁等組分，然后用碳酸鈉在850 ~ 1150℃焙燒，再用水洗滌除去可溶性部分，最后富集，鈦的富集率達(dá)到76%。經(jīng)過(guò)球磨、低濃度鹽酸一次酸浸、硫酸二次酸浸和萃取離子交換分離，鈦的浸出率可達(dá)80%以上。

3.稀土元素回收

赤泥中的釩、鎵、鋯、鈧等稀土元素中，鈧最受研究者關(guān)注，赤泥中Sc2O3的含量可達(dá)0.02%。目前提取鈧的主要方法是酸浸，即通過(guò)酸浸出到溶液中，然后通過(guò)離子交換提取或富集，得到含量較高的含鈧產(chǎn)品。王等用稀硫酸從赤泥中浸出鈧。通過(guò)與三種有機(jī)酸萃取劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在40℃，pH=0.25，相比(A/O) 5: 1，0.05mol/L D2EHPA和0.05mol/L正磷酸三丁酯(TBP)的條件下，貝殼溶膠D70的萃取效果最好。此外，在希臘的奧切斯努克·HN-佩特魯普勒等人研究了不同的酸類(lèi)型、濃度和參數(shù)對(duì)稀土元素的影響。結(jié)果表明，赤泥采用硝酸浸出，浸出溫度為25℃，浸出濃度為0.5mol/L，浸出時(shí)間為24h，固液比為1: 50。鈧、釔、重稀土元素[鏑、鉺、鐿、中稀土元素釹、釤、銪、釓]和輕稀土元素鑭、鈰由于硝酸的強(qiáng)腐蝕性，為了安全和降低成本，可以用鹽酸或硫酸代替該工藝。

準(zhǔn)備凝結(jié)劑和吸附劑

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中廢水、廢氣等污染物的排放量急劇增加，給全球生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大壓力。赤泥富含鈣、鋁、鐵和硅，是生產(chǎn)水處理混凝劑的重要原料。另外，赤泥本身具有多孔性的特點(diǎn)，制作混凝劑和吸附劑的成本較低，因此受到廣泛關(guān)注。

1.赤泥在水處理中的應(yīng)用

目前，常用的廢水處理技術(shù)主要分為物理、化學(xué)和生物方法，如泡沫浮選、離子交換、吸附、電解、微生物處理等。在各種處理技術(shù)中，吸附因其高效性而被廣泛應(yīng)用。赤泥因其物理和化學(xué)性質(zhì)被認(rèn)為是吸附劑和混凝劑的良好混合物，被廣泛用于研究和處理水中的污染物，如陰離子、重金屬有機(jī)物等。赤泥用于水處理前，應(yīng)通過(guò)酸化、熱活化和酸熱合成進(jìn)行活化，以避免對(duì)水體的二次污染，增強(qiáng)污染物的吸附能力。

2.赤泥在廢氣處理中的應(yīng)用

工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的大量氮氧化物、硫氧化物和H2S將導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染，如倫敦的煙霧、煙霧和酸雨。赤泥富含堿性物質(zhì)，可以?xún)艋臀竭@些氣體。然而，與其他應(yīng)用相比，赤泥用于氣體凈化的研究較少。SAHU等人提出赤泥吸收H2S，通過(guò)反應(yīng)前后的理化分析發(fā)現(xiàn)，氧化鐵選擇性地與H2S反應(yīng)使其固化，NaOH、Ca(OH)2等堿性物質(zhì)也能將H2S轉(zhuǎn)化為硫化物，赤泥對(duì)H2S的吸附量為2.1g/100g。瓊斯等人分別用冶煉廠的原赤泥和中和赤泥吸收CO2。結(jié)果表明，碳化5min后，兩種赤泥的總堿度分別降低了85%和89%。SAHU等人還利用CO2碳化的活性赤泥研究了鋅(ⅱ)的吸附。經(jīng)高溫焙燒活化后，CO2中和后的赤泥吸附量為14.92毫克/克。

赤泥在材料中的應(yīng)用

1.制備催化材料

近年來(lái)，催化劑在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，以廢棄物為原料的廉價(jià)催化劑引起了學(xué)者和研究人員的極大關(guān)注。HU等人還制備了氧化銅負(fù)載活性赤泥催化劑，并考察了氧化銅用量和煅燒溫度對(duì)催化性能的影響。結(jié)果表明，在200℃和20%氧化銅負(fù)載量下制備的催化劑活性最高，在170℃時(shí)催化劑能完全氧化一氧化碳，催化活性可穩(wěn)定維持12小時(shí)，其中混合氣體流量為50毫升/分鐘，一氧化碳占10%

2.準(zhǔn)備建筑材料和土壤改良劑

劉等總結(jié)了目前水泥生產(chǎn)用赤泥的研究現(xiàn)狀:水泥生產(chǎn)用赤泥主要分為三個(gè)方向，即制備水泥材料、生產(chǎn)復(fù)合水泥和生產(chǎn)堿礦渣水泥；由于赤泥的超細(xì)泥粒，用赤泥制成的水泥稠度比普通水泥高，但這并不影響其流動(dòng)性；通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加適量赤泥生產(chǎn)的水泥具有良好的物理力學(xué)性能和環(huán)境安全性；目前，赤泥在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用仍基本處于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，研究重點(diǎn)是物理力學(xué)性能。今后，赤泥水泥的耐久性有待進(jìn)一步研究。LIU等人在自密實(shí)砂漿的生產(chǎn)中也用赤泥代替粉煤灰，說(shuō)明赤泥的加入對(duì)砂漿的性能有很大的影響:相比之下，用赤泥制成的自密實(shí)砂漿流動(dòng)性降低，泌水減少，硬化密度略有降低，吸水率和滲透性增加；在力學(xué)性能方面，赤泥有效提高了砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，當(dāng)取代率達(dá)到50%時(shí)，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度達(dá)到最大；用赤泥代替粉煤灰生產(chǎn)的自密實(shí)砂漿表明，各試樣的干燥收縮值均有所增加，但自收縮值有所下降，當(dāng)取代率為50%時(shí)，下降趨勢(shì)更加明顯。

此外，HE等人利用赤泥和黃河淤泥制備燒結(jié)磚。當(dāng)赤泥含量為40%，燒結(jié)溫度為1050℃，燒結(jié)時(shí)間為2h時(shí)，燒結(jié)磚性能最佳，浸出毒性和放射性指標(biāo)均低于標(biāo)準(zhǔn)值，其中燒結(jié)磚的燒失量主要是由于吸附水和結(jié)晶水的蒸發(fā)；燒結(jié)收縮主要取決于赤泥中的鈉化合物和鐵化合物。燒結(jié)過(guò)程可以將原料中的一些成分轉(zhuǎn)化為熱穩(wěn)定性更好的晶體。赤泥也可以用于土壤修復(fù)。添加高堿性赤泥不僅可以提高酸性土壤的pH值，還可以提高土壤的固磷能力，有利于土壤中植物和微生物的生存和繁殖，對(duì)防止水體富營(yíng)養(yǎng)化有積極的影響。此外，赤泥還可以用于修復(fù)重金屬污染的土壤，降低土壤中重金屬元素的含量，抑制生物和微生物對(duì)重金屬的吸附。LOMBI等人發(fā)現(xiàn)，在土壤中添加2%的赤泥可以抑制作物對(duì)Cu2+、Ni2+、Zn2+和Cd2+的吸附。土壤孔隙水和生菜中的鋅含量分別下降了95%和97%。GARAU等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在砷污染土壤中添加赤泥(砷總量為2428mg/kg)后，水溶性砷明顯減少，土壤中的砷(無(wú)法提取)含量比不添加赤泥的土壤增加了300%，具有固定砷的作用。此外，赤泥的加入顯著增加了土壤中微生物數(shù)量和酶活性，促進(jìn)了土壤活性的恢復(fù)。

赤泥的處理和利用是目前世界鋁工業(yè)面臨的主要環(huán)境問(wèn)題?；厥粘嗄嗫梢越档推洵h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，防止土壤和地下水污染，釋放土地資源用于赤泥填埋。通過(guò)從赤泥中回收有價(jià)金屬和制備建筑材料，赤泥可以最大限度地回收、還原和無(wú)害化。

來(lái)自昆明理工大學(xué)林兵等。