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冶金百科 | 有色冶金固廢處理與資源化技術:赤泥無害化堆存技術&赤泥高效資源化利用技術
2023-06-27 11:46:57 來源:中冶有色技術網
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簡介:赤泥堆存最大的污染控制目標主要是減輕赤泥附水的堿滲透和污染。目前最為有效的赤泥安全堆存的控制技術是赤泥進行壓濾后形成干濾餅再予堆存的技術。赤泥干濾餅含附液量低于30%,成干塊狀,堆存時不會產生大量的附液積聚,因此安全性較高;由于附液大量進入濾液被返回氧化鋁廠,不僅降低了赤泥堆存堿污染的風險,而且還降低了氧化鋁和堿消耗。此外,赤泥堆場底部及周邊的防滲技術、燒結法赤泥混合筑壩、赤泥壩邊坡加固綠化、赤泥庫內回水聚集回收等技術已經推廣應用。采用具有防滲功能的防滲薄膜填襯在堆場底部,可起到附液防滲作用。
有色冶金固廢處理與資源化技術

6.4.2.1 赤泥無害化堆存技術

赤泥堆存最大的污染控制目標主要是減輕赤泥附水的堿滲透和污染。目前最為有效的赤泥安全堆存的控制技術是赤泥進行壓濾后形成干濾餅再予堆存的技術。赤泥干濾餅含附液量低于30%,成干塊狀,堆存時不會產生大量的附液積聚,因此安全性較高;由于附液大量進入濾液被返回氧化鋁廠,不僅降低了赤泥堆存堿污染的風險,而且還降低了氧化鋁和堿消耗。此外,赤泥堆場底部及周邊的防滲技術、燒結法赤泥混合筑壩、赤泥壩邊坡加固綠化、赤泥庫內回水聚集回收等技術已經推廣應用。采用具有防滲功能的防滲薄膜填襯在堆場底部,可起到附液防滲作用。該技術已在所有氧化鋁企業得到了應用。

6.4.2.2 赤泥高效資源化利用技術

(1)赤泥高效資源化利用技術

赤泥是鋁土礦用堿提取氧化鋁殘留的工業廢渣。赤泥主要成分為SiO、Al,O,CaO、Fe,O,同時含有大量的稀土元素,造成有價資源流失。高鹽度、強堿性的赤泥造成土壤堿化,地下水污染,浪費土地資源,必須要進行赤泥中有價資源的綜合回收。赤泥的利用是一項世界性技術難題。赤泥高效資源化利用技術的主要途徑見表6-17。針對赤泥中的主要成分,相應選擇具有可大批量處理、經濟可行的技術路線,開發出適應的關鍵技術,并進行工業應用。


赤泥高效資源化利用的主要途徑


拜耳法赤泥選鐵、生產建筑膠凝材料(見圖6-3、圖6-4)是目前赤泥利用研究的重要方向。

(2)赤泥選鐵技術

鐵是赤泥的主要成分,一般含10%~45%,但若直接作為煉鐵原料,其含量還很低,因此有些國家先將赤泥預焙燒后人沸騰爐內,在700~800℃下還原,使赤泥中的FeO轉變為FeO。還原物經過冷卻、粉碎后用濕式或干式磁選機分選,得到含鐵63%~81%的磁性產品,鐵回收率為83%~93%,是一種高品位的煉鐵精料。美國礦務局研究了赤泥焙燒還原—磁選—浸出工藝流程。該流程將赤泥、石灰石、碳酸鈉與煤混合,磨碎后在800~1000℃條件下進行還原燒結,燒結塊粉碎后用水溶出,89%的鋁被溶出,過濾后濾液返回拜耳法系統回收鋁,熔渣進行高強度磁選機分選,磁性組分在1480℃進行還原熔煉生產生鐵。非磁性組分用硫酸溶解其中的鈦,過濾后的鈦氧硫酸鹽經水解、煅燒制得TiO。該工藝經實驗室、半工業試驗,可制得含鐵93%~94%的生鐵。該工藝的主要問題是鐵的磁選效率低。我國采用高梯度磁選技術將赤泥中的赤鐵礦分離,得到低品位的鐵精礦,可摻和用于煉鐵生產,從而減少了赤泥的實際排放量。該技術已應用于某些采用高鐵鋁土礦的氧化鋁企業。

赤泥生產建筑材料


(3)從赤泥中回收鋁、鈦、釩、錳等多種金屬

利用蘇打灰燒結和苛性堿浸出,可以從赤泥中回收90%以上的氧化鋁,而沸

騰爐還原的赤泥,經分離出非磁性產品后,加入碳酸鈉或碳酸鈣進行燒結,在pH 為10的條件下,浸出形成的鋁酸鹽,再經加水稀釋浸出,使鋁酸鹽水解析出,鋁被分離后剩下的渣在80℃條件下用50%的硫酸處理,獲得硫酸鈦溶液,再經過水解而得到TiO;分離鈦后的殘渣再經過酸處理、煅燒、水解等作業,可以從中回收釩、鉻、錳等金屬氧化物。赤泥還可以直接浸出生產冰晶石(NaAlF。)。

(4)從赤泥中回收稀有金屬

從赤泥中回收稀有金屬的主要方法有:還原熔煉法、硫酸化焙燒法、非酸洗液浸出法、碳酸鈉溶液浸出法等。國外從赤泥中提取稀土稀有元素的主要工藝是酸浸——提取工藝,酸浸包括鹽酸浸出、硫酸浸出、硝酸浸出等。由于硝酸具有較強的腐蝕性,且隨后的提取工藝不能與之銜接,因此,大多采用鹽酸、硫酸浸出。蘇聯等國將赤泥在電爐里熔煉,得到生鐵和渣。再用30%的硫酸在80~90℃條件下,將渣浸出1h,浸出溶液再用萃取劑萃取鋯、鈰、釷、釷和稀土類元素。

(5)赤泥生產環境修復材料

赤泥可用于除去廢水中的重金屬離子及磷酸根、氟離子、亞砷酸根。已有研究表明,赤泥對此類物質有較好的吸附性能,如脫磷率可達72%,成本低,方法簡單。赤泥用于煙氣脫硫,通過與硫酸燒渣等配合制備氧化系脫硫劑,脫硫效率可達80%。另外,赤泥對土壤中重金屬離子有較好的固著性能,使其活性降低,有利于微生物和植物的生長,降低土壤空隙水、農作物種子、葉子中的重金屬含量,因此可利用赤泥生產環境修復材料用于修復土壤(如圖6-5所示)。

赤泥生產環境修復材料


(6)赤泥生產水泥

燒結赤泥作為水泥原料,配以適當的硅質材料和石灰石,赤泥的配比可達25%~30%。用赤泥可生產多種型號的水泥,其工藝流程和技術參數與普通的水泥廠基本相同:從氧化鋁生產工藝中排出的赤泥,經過濾、脫水后,與砂巖、石灰石和鐵粉等共同磨制得到生料漿,使之達到技術指標后,用流入法在蒸發機中除去大部分的水分,而后在回轉窯中煅燒成熟料,加入適量的石膏和礦渣等活性物質,磨至一定細度,即得水泥產品。每生產1t水泥可利用赤泥400kg。該水泥熟料采用濕法生產工藝,因為生產水泥所用黏土質原料是赤泥,其含水率高達60%,細度高、比表面積大,難以烘干,烘干赤泥后的熟料,不僅飛揚損失多,而且廢氣也不易凈化處理,故不便采用干法處理。實踐表明,采用濕法工藝生產的普通硅酸鹽水泥質量達標,具有早強、抗硫酸鹽、水化熱低、抗凍及耐磨等優越性能,在工業建筑、機場跑道、橋梁等處的使用效果良好。需要注意的是對所用赤泥的毒性和放射性須先進行檢測,以確保產品的安全。

(7)赤泥制造煉鋼用保護渣

燒結赤泥含有SiO、AlO、CaO等組分,為CaO硅酸鹽渣,而且含有Na,O、KO、MgO等熔劑組分,具有熔體的一系列物化特性,而且資源豐富,組成成分穩定,是鋼鐵工業澆注用保護材料的理想原料。赤泥制成的保護渣按其用途大體可分為:普通渣、特種渣和速熔渣,適用于碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼、純鐵等鋼種和錠型。實踐證明,這種赤泥制成的保護渣可以顯著降低鋼錠頭部及邊緣增碳提高鋼錠表面質量,可明顯改善鋼坯低倍組織,提高鋼坯成材質量和金屬回收率,具有比其他保護材料強的同化性能,其主要技術指標可達到或超過國內外現有保護渣的水平。生產工藝簡單,產品質量好,可以明顯提高鋼錠(坯)質量,鋼錠成材金屬收率可提高4%,具有明顯的經濟效益,當生產規模為15000 t/a時,可處理赤泥量9000t/a,該方法是處理赤泥的有效途徑之一,具有推廣價值。

(8)利用赤泥生產磚

利用赤泥為主要原料可生產多種磚,如免蒸燒磚、粉煤灰磚、裝飾磚、陶瓷釉面磚等。以燒結法赤泥制釉面磚為例,其所采用的原料組分少,除赤泥作為基本原料,僅輔以黏土質和硅質材料,其工藝過程為:原料→預加工→配料→料漿制備(加稀釋液)→噴霧干燥→壓型→干燥→施釉→煅燒→成品。此外,北京礦冶研究院對拜爾法赤泥成分、特性進行了研究,利用拜耳法赤泥制作釉面磚,用該法可以燒成合格的釉面磚,赤泥摻加量達40%。

赤泥在建材工業中的其他用途還有:制備赤泥陶粒、生產玻璃、防滲材料、鋪路等。目前已有部分投入生產運營,有的赤泥中尚含有U、Th、Se、La、Y、Ta、Nb等放射性元素和稀有金屬,如長期身處這類建材中,將直接危害人體健康,故使用前需要注意的是對所用的赤泥的毒性和放射性問題進行檢測,以確保產品的安全。

(9)利用赤泥生產硅鈣肥料和塑料填充劑

赤泥中除含有較高的硅鈣成分外,還含有農作物生長必需的多種元素,利用赤泥生產的堿性復合硅鈣肥料,可以促使農作物生長,增強農作物的抗病能力,降低土壤酸性,提高農作物產量,改善糧食品質,在酸性、中性、微堿性土壤中均可用作基肥,特別對南方酸性土壤更為合適。此外,用赤泥作塑料填充劑,能改善PVC的加工性能,提高PVC的抗沖擊強度、尺寸穩定性、黏合性、絕緣性、耐磨性和阻燃性,這種塑料還有良好的抗老化性能,是普通PVC制品壽命的4~5 倍,生產成本低2%左右。山東淄博市羅村塑料廠試制和生產的赤泥聚乙烯塑料證明,燒結法產生的赤泥對PVC樹脂有良好的相容性,是一種優質塑料填充劑,

可以取代輕質碳酸鈣且起部分穩定劑的作用。

(10)赤泥除去水中的重金屬離子

國外曾進行拜耳法赤泥處理含有Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+廢液的探索試驗,不經焙燒的赤泥直接處理廢液就可使其達到排放標準,焙燒后的赤泥處理廢水效果更加顯著。赤泥還表現出較好的重金屬吸附能力。用赤泥與硬石膏的混合物加水制成在水溶液中穩定性好的集料,這種集料對重金屬離子吸附性能較強。將拜耳法赤泥用HO處理去除表面有機物,500℃下活化處理,用于吸附水體中的Pb2t、Cr重金屬離子。結果表明,活化赤泥對Pb2、C有顯著的吸附性能,可在較寬的濃度范圍內有效地清除水體中的Pb2和 Cr。吸附柱實驗表明,赤泥吸附劑具有工業應用價值,可直接用1mol/LHNO處理吸附柱,使被吸附的金屬脫吸,吸附劑可以重復使用。

(11)赤泥除去廢水中的PO-、F~、亞砷酸根離子等

采用赤泥可除去電廠廢水中的氟。試驗結果表明,赤泥有良好的除氟能力,可在一定程度代替某些鋁鹽或鈣鹽凈水劑。配以絮凝劑聚合硫酸鐵,能使排放廢水的氟含量降到10mg/L以下。該方法簡單、成本低、不產生二次污染。日本曾用20%鹽酸處理過的赤泥除去溶液中的PO~,取得了較好的結果。其吸附效果與當時被認為是最好的脫磷劑相當。將赤泥用作亞砷酸根離子的吸附劑,該方法比用Fe(OH)共沉淀法更簡單。

(12)赤泥用作某些廢水的澄清劑

篩選粒徑為0.1mm的赤泥為原料,加入硫酸,升溫通入氧氣并攪拌,然后在90℃的恒溫水浴中反應2h,冷卻、過濾,即得Fe,(SO么)。和Al,(SO么)。溶液,該溶液與在一定酸度條件下聚合的硅酸混合,陳化2h,即得聚鋁鐵復合絮凝劑,其兼有聚鐵絮凝劑和聚鋁絮凝劑的優點,具有工藝簡單、投資少、凈水效果好的特點,但由于赤泥本身含有大量的化學物質,赤泥在對廢水有害物質的吸附過程中,勢必對水的濁度和毒性有一定的影響。

(13)赤泥對水體中有機物污染的環境修復

有機污染物特別是有機氯污染已成為日益嚴峻的環境問題。由于含氯有機物肥料的焚燒成本高(需900℃以上高溫),且焚燒產物會形成碳酰氯、二苯呋喃等二次污染物,因此不能用焚燒法處理。在催化劑的作用下,用氫脫氯反應可將其轉化為無毒或低毒性化合物。常用的催化劑是過渡金屬硫化物,大規模使用時成本高。赤泥中含有大量的鐵氧化物和氫氧化物,硫化處理后可將其轉化為硫化物。

(14)赤泥在廢氣治理中的應用

拜耳法赤泥中含有赤鐵礦、針鐵礦、一水硬鋁石、含水硅鋁酸鈉、方解石等物相,經熱處理后可形成多孔結構,比表面積可達40~70m2/g,因此,在硫化氫廢氣污染治理過程中,可利用其較佳的吸附性能,和硫酸燒渣、平爐塵等一道為主要原料制備廉價的氧化系脫硫劑。對赤泥作煙氣脫硫的研究表明,其脫硫效率可達80%,如果在赤泥中添加碳酸鈉,可提高赤泥吸附SO的能力。此外赤泥還可以處理硫化氫、氮氧化物等污染氣體。


(15)赤泥對重金屬污染土壤的修復作用


土壤中的重金屬污染將導致植物中毒,微生物活性降低,一些對土壤肥力起關鍵控制作用的過程如生物固氮、植物殘渣分解、養料循環等將受到嚴重影響,最終影響農作物的生長和產量。赤泥對土壤重金屬污染有一定的環境修復作用經過赤泥的修復,土壤中微生物含量增加、土壤孔隙大、農作物種子和葉中的重金屬含量降低。赤泥修復作用機理主要是赤泥對土壤中的Cu2+、Ni2*、Zn2+Cd2+、Pb2+有較好的固著性能,使其從可交換狀態轉變為鍵合氧化物狀態,從而使土壤中重金屬離子的活動性和反應性降低,有利于微生物活動和植物生長。

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