建筑冶金行業赤泥綜合利用技術及產業化分析

錢余海 雷浩 曲新村

摘要：赤泥是從鋁土礦生產制備氧化鋁過程中伴生的固體廢棄物，具有粒徑小、體量大、污染性強等特點，目前赤泥的綜合利用率極低，是世界性的技術難題。建筑行業是綜合利用赤泥的主戰場，本文從產業化的視角重點介紹了建筑及冶金行業赤泥綜合利用技術，包括磁選法選取含鐵氧化物，建筑外墻赤泥保溫巖棉技術、赤泥陶瓷板、赤泥透水磚、赤泥砂粒等，以期為赤泥的大規模價值化應用提供綜合技術解決方案。

關鍵詞：赤泥;綜合利用;產業化分析

中圖分類號：X75

【作者簡介】錢余海（1973-），男，博士，山東臨沂人，高級工程師，主要從事鋁產業科技研發和技術管理工作。本文通訊作者為雷浩。

1. 前言

氧化鋁是制備電解鋁的初級原材料，赤泥是從鋁土礦生產制備氧化鋁過程中伴生的極具污染性的固體廢棄物，其化學成分和物相組成與鋁土礦產地、氧化鋁制取工藝（包括拜耳法、燒結法、拜耳-燒結聯合法）和反應過程密切相關，具有粒徑小、體量大、污染性強等特點。

每生產1噸氧化鋁伴生的赤泥產量約為1-1.8噸，作為氧化鋁生產大國，當前我國赤泥堆存量約6億噸，年新產生量仍在7000萬噸以上。赤泥通常采用堆場堆存方式存放，占用大面積的土地。隨著赤泥存量和增量的不斷增長，堆場內赤泥的堆存高度甚至達到了35米，對地面基礎造成巨大的壓力，存在基礎開裂污染地下水資源的可能性，同時濕法存放也面臨潰塌的重大安全風險。赤泥浸出液的pH值高達12-14，嚴重威脅環境及生態安全，環評部門需定期對赤泥堆場附近的水質進行嚴格監測，確保水質的安全，因此赤泥的存放安全問題日益凸顯。

目前赤泥的綜合利用率極低，是世界性的技術難題。在赤泥的綜合利用方面，基本形成了四個技術方向[1-5]：一是提取有價金屬（鐵、鋁及稀有金屬等），二是制備建材（水泥、磚及路基材料、巖棉等），三是應用于環保領域（廢氣、污水處理的凈化劑、吸附劑等），四是用作土壤改良劑。其中，赤泥中提取有價金屬成本較高、技術難度大，而在環保領域和土壤改良劑方面赤泥的應用量較少。

赤泥的大批量應用是解決赤泥存放及環境安全問題的根本，本文從產業化角度重點介紹了建筑行業赤泥綜合利用新技術，包括磁選法選取含鐵氧化物，建筑外墻赤泥保溫巖棉技術、赤泥陶瓷板、赤泥透水磚、赤泥砂粒等，以期為赤泥的資源化和價值化應用提供綜合技術解決方案。

2. 冶金及建筑行業赤泥綜合利用技術

2.1 磁選法回收含鐵氧化物

拜耳法赤泥中含有大量的有價元素，如鐵、鈦、鈧和其他各種稀土元素等，其中稀土屬于稀有資源和戰略性物資，這些有價元素的回收和利用技術受到廣泛的關注，但目前仍處于實驗研究階段，由于提取成本較高且工藝復雜，尚難以進入工業化利用階段。

拜耳法赤泥的礦物成分中含有大量鐵的氧化物，主要以Fe3O4和Fe2O3的形式存在。其中Fe3O4具有鐵磁性，Fe2O3具有微弱的磁性，利用這一特性，可利用磁選機采用濕法磁選方法分離出拜耳法赤泥的礦物成分中絕大部分Fe3O4及少量的Fe2O3等鐵氧化物，形成鐵精礦，可作為原材料用于鋼鐵公司煉鋼廠鐵礦石的補充料，可彌補鐵礦石價格上漲造成的部分經濟損失。

目前磁選法回收含鐵氧化物已形成大規?；墓I利用，拜耳法赤泥中Fe3O4和Fe2O3等有價鐵氧化物的回收占比約為13% （wt.%），主要用于鐵礦石添加料，但經磁選剩余的赤泥仍需進行露天堆存，其強堿性及高污染性的本質仍未發生變化，亟需開發這些露天堆存赤泥的大批量應用技術。

2.2 赤泥保溫巖棉

巖棉是以玄武巖為主要原材料，經高溫熔融甩絲加工而成的無機纖維，具有質量輕、導熱系數小、吸熱、不燃的特點，是一種新型的保溫、隔燃、吸聲材料，這些優勢為防火等級A級的外墻外保溫無機材料巖棉迎來了前所未有的市場良機。但玄武巖原料的獲取一般需要開挖山體采石，易于造成山體坍塌危害公共安全，嚴重破壞原生態環境，目前受到生態保護和可持續發展戰略需求的限制，玄武巖的開采日益受到禁止，因此玄武巖保溫巖棉的源頭開始萎縮，迫切需要尋求和開發新型替代材料。

作為赤泥綜合利用行業開創者，北京金亞潤環?？萍加邢薰境晒ζ平饬顺嗄噘Y源化這一難題[6]，堅持“創新環?？萍迹凭G色發展”理念，按照“產業+技術+資本”三螺旋發展模式，堅持自主研發、引進消化、集成并舉發展思路，開發了“綜合利用赤泥生產巖棉工藝技術”，以赤泥為主料≥70%與其他輔料≤30%，按照一定的比例混合，對赤泥進行規模化利用，開發出高附加值的巖棉產品，具有纖維絲長、強度高、柔韌性好、導熱系數低、不潮解等突出的技術優勢。在技術裝備上，采用獨創的全封閉高效電熔融爐、全封閉自循環電熱固化爐等核心設備，實現了環保加熱技術突破，在生產過程中近無CO、CO2、SO2、NOX廢氣和粉塵產生。2020年9月2日，金亞潤“綜合利用赤泥生產巖棉工藝技術”進入工業化試驗生產流程，在有關專家和領導的見證下，在山東金亞潤工業化試驗基地取得圓滿成功，項目順利通過科學技術成果評價，得到與會專家的高度認可。

試驗現場專家團隊一致認為，該項創新工藝技術具備國內外領先優勢，為我國赤泥的綜合利用提供了新的技術途徑，填補了大宗工業固廢赤泥綜合利用領域的空白，這為該項技術的工業化應用奠定了基礎。

2.3 赤泥陶瓷板

隨著各省市推進綠色礦山建設的步伐，自 2018 年國內石材行業逐步淘汰“小、散、亂”礦山，天然石材的替代成為必然。從礦物及化學成分分析可以看出赤泥極其適合生產陶瓷石板，但是赤泥的硅含量低，燒成收縮大，所以須采用硅含量高的原料加以調配。

高新技術陶瓷板生產公司-?東金卡材料科技有限公司是北方地區目前獨一的建筑陶瓷國家級綠色工廠，《戶外陶瓷厚磚》行業團體標準的發起與制定單位，淄博市工業資源綜合利用建設項目重點支持企業。與競爭對手不同，公司是目前唯一一家以工業固廢研發為主打的陶瓷石板生產企業，也是其中為數不多的出口+工程+OEM三條銷售業務領域齊頭并進的企業。公司掌握了利用各類固廢品（如垃圾焚燒產生的飛灰、煤矸石、赤泥、黑礦渣、催化劑膠渣、城市污泥等）生產陶瓷板的核心技術，包括產品成分配比及燒成工藝，已形成多類固廢資源生產陶瓷板的工藝及配方專利，具有產品技術成熟度高、應用范圍廣泛、市場接受程度高等突出優勢。

公司利用赤泥等固廢資源所生產的陶瓷石板具體工藝流程與傳統陶瓷石板完全相同。與天然花崗巖石板性能相比，利用赤泥等固廢資源所生產的陶瓷石板產品吸水率低于花崗巖，耐磨度是花崗巖的2倍，重量僅為花崗巖的 1/2，破壞強是花崗巖的 4 倍，壓縮強度高于花崗巖;具有優異的抗折強度和防滑度，耐凍融性通過-30o C～5 oC 100 次凍融循環測試，放射性通過 3C 認證（A 類建筑材料），抗熱震性抗污性和耐強酸堿，穩定性高不褪色，色差遠低于天然石材。

通過對產品成分配比和燒成工藝的綜合調整，在赤泥陶瓷板制備上利用山鋁的赤泥固廢已在現有2條生產線上實現了大批量的穩定生產，形成了系列色系的赤泥陶瓷板，市場效果良好，為赤泥、飛灰、膠渣等各類固體廢棄物的資源化和無害化大規模應用開辟了新的路徑。

2.4 赤泥透水磚和赤泥砂粒

山東理工大學與淄博天之潤生態科技有限公司聯合申報“工業固廢生產生態海綿磚和砂石的關鍵技術及產業化項目”（獲得山東省循環經濟科學技術獎）[7]，項目主要利用赤泥或黃金尾渣等工業固廢為主要原料，將其制備成生態海綿磚和砂石制品，在海綿城市建設和美麗鄉村建設中可發揮重要作用。

依托項目成功研發了赤泥含量達70%的透水磚，目前正致力于更高赤泥含量的透水磚研發工作。該產品利用赤泥等工業固體廢渣和尾礦等廢棄物作為主要生產原料，生產過程中無二次污染。環保達到規定的排放標準，生產過程中無固廢及廢水排放，是環保循環經濟企業經國家建筑材料工業陶瓷產品質量監督檢驗測試中心及國家陶瓷與耐火材料產品質量監督檢驗中心檢測放射性、重金屬溶出等指標均符合和優于建筑材料要求。

所生產的赤泥磚抗折強度達到6-8MPa，遠高于5cm厚普通粘土磚的抗折強度，甚至高于國家標準一倍以上（國家標準3.2兆帕）;而且所生產赤泥磚的滲水性、抗凍融、防滑性均比粘土磚具有較大優勢。特別是，粘土磚均用破壞生態的礦產資源進行生產，而赤泥磚所使用的原料均為固體廢棄物。考慮綜合性能及成本，赤泥磚更具節能環保、資源循環利用，而赤泥磚價格與粘土磚持平，這為產業化鋪平道路，具有更為突出的社會效益和經濟效益。經國家權威檢測機構檢測，赤泥生態透水磚強度、透水性、環境安全性等指標均符合和優于建筑材料要求，各項技術性能上均有新的突破，達到國內領先水平。該項目不僅科學合理地解決了赤泥堿金屬、重金屬等環境安全性問題，且生產過程中不產生任何尾氣廢氣和二次污染，由此為赤泥廢渣的利用開辟了一條新途徑。

天之潤公司的生產線日產能3千平米，年可消耗赤泥約7萬噸。目前公司計劃投資2.3億元建設赤泥利用工程示范項目，實現300萬平方米新型生態透水鋪路材料的產能，年可消化30萬噸赤泥和20萬噸陶瓷、耐火材料、尾礦等固體廢棄物。

砂石主要應用于水泥固化的添加料，廣泛應用于建筑領域，是我國當前生產量和消費量最大的礦產資源。目前，我國的砂石骨料年產銷量已經達到200億噸，約占世界年產銷總量的1/2。伴隨著生態環保政策及山體環境保護政策的趨緊，特別是“綠水青山就是金山銀山”環境理念的持續深化，砂石骨料行業越來越成為全社會關注的焦點。一方面，露頭礦山關閉，砂石骨料短缺，砂石骨料價格暴漲，各地砂石告急，嚴重制約了地方建設和經濟發展;另一方面，非法采砂、綠色礦山建設、砂石運輸等均受到地方乃至中央部門的密切關注，砂石行業的社會關注度正不斷提升。砂石骨料作為基礎設施建設用量最大、不可或缺、不可替代的原材料，每年產量達200億噸，產值約2萬億元，是一個龐大的產業。砂石礦山規劃成為國家和各地政府關心的重要內容之一。近年來，隨著砂石骨料行業的關注度越來越高，行業發展備受各界關注。目前我國機制砂石產業發展迅速，2018年6月，自然資源部發布由中國砂石協會組織專家編制的《砂石行業綠色礦山建設規范》，砂石上升到九大礦業之一。

赤泥生態砂石項目以赤泥作為原料生產砂石，從根本上解決了天然砂石原料短缺的現狀，突破了赤泥制備生態環保砂石工藝中的各項重大關鍵性技術：選用合適的造粒制砂工藝，合理的顆粒級配，研制赤泥或黃金尾渣等工業固廢生態砂石，已使其性能指標滿足建筑砂的各項指標要求;優化批量化生產工藝參數，建立了產品質量保證體系;完成了復合結合劑的選型和配制;解決了赤泥或黃金尾渣等工業固廢生態砂石環境安全性指標的控制，主要包括赤泥或黃金尾渣生態等工業固廢砂石制備過程中的重金屬溶出問題、放射性等環境安全性問題。已生產的赤泥生態砂石具有堅固性好、耐磨損、含泥量低、粒度可控、環境安全性好等優點，廣泛替代天然砂石原料并大量應用于建筑工程。

3. 結語

赤泥是具有高污染性的大宗固體廢棄物，對人類的生存環境構成極大的威脅。對赤泥的大規模綜合利用是響應綠色環保、可持續發展理念，實現無廢城市建設目標的戰略需求。當前赤泥的綜合利用率極低，盡管建筑行業為規?；C合利用赤泥開辟了新路徑，但仍需加強新技術研發力度，不斷產生新的研究成果，將赤泥的利用進一步向縱深方向和大規模應用方向推進。同時，還需要積極開拓其他應用領域，將赤泥變廢為寶，徹底實現赤泥的綜合化處理和資源化、價值化利用。

參考文獻

[1]赤泥綜合利用正處于實現規?；玫年P鍵時期[EB/OL].（2020-10-22）[2021-08-04] https：//huanbao.bjx.com.cn/news/20201022/1111294.shtml

[2] 于良機. 赤泥綜合利用討論分析[J]. 建筑工程技術與設計， 2018， 22：5463.

[3] 趙藝森， 王海芳， 魏陽. 赤泥的綜合利用研究進展[J]. 現代化工， 2019，39（3）：55-58.

[4] 廖仕臻， 楊金林，馬少健. 赤泥綜合利用研究進展[J].礦產保護與利用， 2019（3）：21-27.

[5] 吳世超， 朱立新， 孫體昌， 徐承焱， 李小輝， 王曉平.赤泥綜合利用現狀及展望[J]. 金屬礦山， 2019， 6： 38-44

[6]金亞潤首次實現赤泥綜合利用困局下的技術破冰[EB/OL].（2020-09-07） [2021-08-04] https：//huanbao.in-en.com/html/huanbao-2331345.shtml

[7]工業固廢生產生態海綿磚和砂石的關鍵技術及產業化[EB/OL]. （2020-02-17） [2021-08-04] http：//www.sdcyc.com/newsshow.php？cid=21&id=1733