赤泥治理 如何才能“吃干榨凈”

一種處理工藝的實施，需要三個科學的版塊作為支撐：一是正確的工藝構想；二是足夠寬大能夠包容工藝思想的裝備生產線；三是有一個安全穩定的能夠包容工藝構想和裝備運轉的操作系統

洛陽市洛華粉體工程特種耐火材料有限公司董事長李朝俠

洛陽市洛華粉體工程特種耐火材料有限公司總經理黃河

李朝俠 文/圖

赤泥是氧化鋁工業生產過程中產生的高堿性廢棄物，成分復雜，綜合利用難度大。截至目前，尚未有經濟有效的大規模處置及綜合利用技術，致使全球利用率不足10%。挑戰世界性難題，將赤泥“吃干榨凈”，實現資源化利用，有望成為氧化鋁生產的下一個利潤風口。

現狀

赤泥是氧化鋁生產過程中，鋁土礦在強堿浸出時，由于礦石中的鐵、鈦等雜質與大部分的硅不溶解而形成的固體廢渣，因多呈紅色或褐色而得名。我國作為世界第四大氧化鋁生產國，由于近年來使用的鋁土礦品位低，導致赤泥的產生量逐年增加。

據統計，按國內現有生產方法與技術水平，平均每生產1噸氧化鋁，可產生1噸～2.5噸赤泥。2019年，我國氧化鋁產量約為7247.4萬噸，按每生產1噸氧化鋁產生1.5噸赤泥計算，赤泥年排放量可達到1億噸左右。依據《2019-2020年中國大宗工業固體廢物綜合利用產業發展報告》等分析，2020年，我國赤泥綜合利用量為849萬噸，綜合利用率僅為8%，不到1成。這距離“十三五”時期提出的“到2020年赤泥綜合利用率提高到10%”的政策目標還存在一定差距。

隨著赤泥產出量的日益增加以及人們對環境問題的不斷重視，最大限度地綜合利用赤泥，限制赤泥的危害已迫在眉睫。這也是“十四五”時期，推進工業綠色發展需要解決的一項重要任務。新形勢下，隨著法律法規、政策、技術、環境等條件的變化，赤泥綜合利用正處于突破規?；玫年P鍵時期。

而在我國，現實情況是，處理赤泥的方法還大都停留在堆場堆放、筑壩濕法堆存或赤泥干燥脫水后干法堆存的低淺儲存層面。赤泥的堆存不僅占用了大量土地和農田，曬干的赤泥形成的粉塵也到處飛揚。這些方法在破壞生態環境的同時，也使得赤泥中的許多可利用成分得不到合理利用。如何將赤泥實現資源化利用，在既保證環保的同時又能創造出最大的效益，成為政府和企業關注的焦點。

困境

赤泥依據氧化鋁生產過程中生產方法的不同，可分為拜耳法赤泥、燒結法赤泥和混聯法赤泥。前者多在鋁土礦中鋁含量高時使用，而后兩者則是在鋁土礦中鋁含量低時采用。

雖然這三類赤泥在組分上有所不同，但有一點是相同的——均由0μm~10μm的細微粉組成，且由于長期浸泡沉淀，粘度極強。在后期處理過程中，倘若方法不當，一味蠻橫地對赤泥微粉團聚塊進行破離，極易發生粉塵燃爆，變成“赤泥塵霾”大面積擴散。而“赤泥塵霾”因無法承受和吸收外加能量，不能進行有效收集，從而失去物質性轉化的條件，最終致使處理失敗。此外，由于與赤泥結合的化學堿難以脫除且含量大，如采用多工藝段逐步分解的方法對赤泥進行先除堿再分離轉化的話，生產線繁雜，裝備體量巨大，熱效率低而成本高，對于逐年遞增、堆積如山的赤泥來說，解決力度甚微。

而且，由于赤泥具有強堿性，其綜合利用難度遠大于其他工業廢渣。中共工程院院士徐德龍在接受媒體采訪時就曾公開表示：“氧化鋁等工廠產生的赤泥漿一般含有鋁、鐵及其他重金屬鹽類等成分，從赤泥中能有效地回收鋁、鐵等物質，但要做到回收無公害化，確實存在技術上的難度?！?/span>

面對赤泥“量大無用”且無處安放的困境，國內有關部門與部分企業也曾提出并實施相關的具體處理方法，但后期實踐證明，大都治標不治本。

如，摻入均化的“植被改良法”。這種方法將少量的赤泥加入大量的普通黏土，沒有物質性的分解或合成，直接鋪設在地面種植植物，美其名曰“土壤植被改造”，實則是在做“人造鹽堿地”。

再如，摻入均化的“建筑物填充法”。過程中，把少量的赤泥加入到建筑混凝土、灰渣磚、建筑陶粒中，意在使赤泥取代一些水泥，以赤泥的重堿水玻璃物質代替一部分水泥中的硅凝膠，這其實也是一種“赤泥搬家”的做法。因為，水泥內的硅酸鈣凝膠來源于天然礦物，自身具有穩定的組織結構，是“水硬性凝膠”，而赤泥是浸沒在鋁酸凝膠和復合重堿硅酸鈣凝膠里的不穩定的“熱固性微細粉團聚”，加入到常溫的混凝土類構筑物中，會一直以不穩定狀態存在，引起一系列嚴重的衍生后果。

又如，赤泥物理選鐵減量法。將高鐵赤泥進行壓濾除去部分液體，然后對赤泥中的鐵磁物進行磁選。這是一種赤泥綜合利用的方式，耗能但并不“合算”。因為，雖然提走了部分鐵磁物，但是赤泥總量的有害物質并沒有減少，剩余赤泥的堆積密度更小，堿濃度更大，使干赤泥更接近可燃爆炸物的危廢標準。

國內的赤泥處理方法尚不可行，放眼國際，對于赤泥的無害化利用也一直難以實現。世界各國專家對赤泥的綜合利用進行了大量的科學研究，目前進展并不大。赤泥的銷納仍主要采取海底或陸地堆放處置的方法。但隨著鋁工業的發展，生產氧化鋁排出的赤泥量日益增加，堆存處置所帶來的一系列問題隨之而來。在我國，平均每噸赤泥每年花堆存費約50元，結合每年產生的上千萬噸赤泥總量來看，堪稱一筆極為巨大的資金消耗。而其他損失如對環境造成的污染、對人體造成的損傷等等，更是難以計數。

面對這道氧化鋁行業發展過程中不可回避的世界性難題，要想實現無害化處理，仍須各方做出大量努力，尤其需要突破關鍵技術難點。本著“系統化，零排放”的原則，研發聯合回收新技術，優化現有工藝，以實現赤泥綜合回收利用的減量化、資源化和無害化。

構想

根據多年的科技開發經歷，筆者認為，一種處理工藝的實施，需要三個科學的版塊作為支撐：一是正確的工藝構想；二是足夠寬大能夠包容工藝思想的裝備生產線；三是有一個安全穩定的能夠包容工藝構想和裝備運轉的操作系統。

在赤泥處理的工藝構想方面，針對我國歷年來將大量排出的赤泥積存于地面，并且每年以數千萬噸赤泥量持續增加的緊急情況來看，現階段，國內亟需開展“將赤泥資源化處理產業化”的生產線的開發和研究，以保護我國生存環境，防患于未然。

為此，在該工藝構想的基礎之上，筆者專門向有關部門申請了《回轉窯法資源化處理赤泥的工藝及回轉窯》的發明專利。該專利以“赤泥一次性轉化為立即進入工業和民用市場的資源性物資”為目的，其工藝構想可大致概括為：赤泥的處理工藝是一條以回轉窯作為主要設備、可多能源利用、防爆節能的短流程粉體化工工藝生產線。具體來說，是指在含鈉（鈣）堿溶液的赤泥中，摻入含碳物料和其他外加調整劑，以一條回轉窯作為工藝處理主設備，將含有鐵酸鈉重堿水玻璃溶液、鋁酸鈉混合溶液的赤泥與碳等外加劑的混合物料，加入回轉窯中。通過在回轉窯內的冶化反應，以不同于常規的冶化工藝，將赤泥進行分離分解、還原或合成，依次提取鐵磁物等金屬、工業琉璃，以及在煙塵中收集到的鈉（鈣）金屬鹽超細粉和高純氣相二氧化硅超細粉等物質。

與傳統的處理工藝不同，該工藝在實行過程中，所使用的能源包含重堿液體對赤泥的水化能、化學侵蝕能，重堿液體在中低溫蒸養沸騰時對混合物料的分散和聚集的動能，含碳物質在鈉（鈣）鹽環境的催化下對赤泥的水煤氣侵蝕能，一氧化碳生成和向二氧化碳轉化時放出的熱能，以及對赤泥的強還原沖擊破解熱動勢。

而本專利工藝在實施的過程中，也必須以物料和溫度變化得“雙快、雙高”作為嚴格要求?！半p快”是指混合物料一旦加入回轉窯，物料的理化性質和溫度提升速度都會快速變化；“雙高”包含兩個方面，一是指回轉窯的富氧吹煉高溫工藝利用了赤泥的堿性水化能和赤泥的物質自恢復穩定性的趨勢能量，是一個高節能工藝，二是指將不穩定結構的赤泥脫堿成為穩定物質的轉化率高。

“雙快、雙高”的要求使得該工藝在運行過程中面臨著各種嚴苛的考驗。如，赤泥是高堿性高活性微粉團聚物質，而且成分多樣，這就需要靈活多樣的配料系統；赤泥資源化熱工藝反應激烈的能量節點頗多，技術人員必須嚴格把握節點，以保證生產安全穩定；赤泥粒子的比表面積值很高，要在工藝中設置防止微粉團聚塊的破解而沒有同時進入物料分子結構的穩定性轉化的特種防護措施，杜絕堿性塵霾；以及處理活性赤泥時，須考慮工藝需求和工藝裝備的相互適應性等等，都必須包含在工藝研發人員以及企業的考慮范圍之內。

裝備

在我國環保工業對工業固廢進行處理的過程中，大型回轉窯憑借其在工藝運行中顯示出的環保、節能、易操作等顯著性能，成為處理工業固廢和危廢的主流設備之一。“只要大窯轉，就有千千萬”這句民謠，就是對固廢處理過程中回轉窯重要程度的生動描述。

回轉窯，又叫旋轉煅燒窯，俗稱旋窯。在施工過程中，其通過回轉圓筒設備，對固體物料進行機械、物理或化學處理，現已廣泛應用于建材、化工、環保等諸多生產領域。而在赤泥處理方面，筆者認為，冶金回轉窯設備憑借其優良性能，堪稱現今最理想的裝備之一。

——設備體型大，物料包容性強，無論是泥漿狀物料或者塊狀團粒狀物料，無論是顆粒狀還是粉狀物料，都可以采用回轉窯這種設備進行處理，而且根據物料特點可以采用多樣靈活的加料形式。

——相對于窯內的物料，回轉窯的工作容積可以被看作無窮大，滿足對大規模大處理量的工藝要求。

——借助回轉窯的機械轉動模式，入窯的物料獲得了自身的動能和勢能。在使物料一直保持較為激烈的相互碰撞、翻滾、摩擦的運動狀態下，促進熱態下物泥的轉變，降低回轉窯內赤泥對其他冶化能量的要求。這也是回轉窯特有的節能模式。

——回轉窯裝備可以對物料進行“細功慢火”加熱冶化。入窯的物料，能夠漸次提升冶化場強的積累值，以提高冶化效率，降低能源成本。

——在回轉窯中，物料從窯尾加入，并與產生的熱煙氣逆向而行，激發物料的冶化反應以便獲得更高的冶化能級。這種直接利用熱煙氣提高冶化過程的“正反饋”熱效應的節能形式，也是回轉窯冶化工藝所特有的。

——回轉窯具備彈性半閉合工作腔體的特點，具有自我平復突發事件、防燃防爆的能力。讓含有激化的活性物料和含有液態物質的物料直接進窯處理的高負荷短流程工藝成為可能。

此外，回轉窯設備體量大、制作難度相對較小、產量大、易操作，因而容易為投資者所接受。采用大型回轉窯也由此成為冶金行業的重要設備之一。但是，由于傳統的回轉窯爐襯的品質和使用壽命不能滿足工業的需要，現階段人們只能把回轉窯放在比較低端的物料處理工藝中，無法充分顯示其從冶金裝備形式上的節能、大產量、適應性強等諸多優點。

為此，筆者所在的洛陽洛華粉體特種耐火材料有限公司專門發明了“長壽命大型回轉窯澆注料整體爐襯技術”系列。和舊式回轉窯爐襯技術相比，該技術系列針對爐襯結構和爐襯材料，進行了顛覆性的改造創新，使得產品除了節能環保外，還具有顯著的擴產、提高設備運行效率、運行時間長等優越性能。具體到處理赤泥這類物料，過硬的爐襯技術能進一步確保當赤泥進入回轉窯內，對其進行富氧吹煉提高溫度時，可加速赤泥分離，使赤泥的金屬還原、非金屬氧化以及金屬鹽合成反應同步進行，并快速分解合成為金屬鐵磁物、非金屬氧化物琉璃、金屬鹽和堿性硅化物超細粉三類物質。同時，利用回轉窯旋轉運行的機械能，能夠使赤泥混合物高效率地不斷重復交叉均化，從而提高冶化效率，加速同類物質的集聚與不同物質的分離速度，最終在回轉窯頭出口處以不同物料轉換后的物質性特征分離出去，排出爐體之外。

由此，筆者認為，在“長壽命大型回轉窯組合爐襯”的科技成果基礎之上，可以借鑒多年來持續開發并投入實施的《紅土鎳礦還原—吹煉冶化流程工藝》（專利號：ZL201910492256.1）、《澆注料爐襯及具有該爐襯的鋅浸出渣回轉窯》（專利號：ZL201910477732.2）工藝與裝備路線經驗，以及發明的《回轉窯法資源化處理赤泥的工藝及回轉窯》（211149AP在審）的專利路線，針對赤泥處理進行精準的裝備配置，從而進一步開展對赤泥產業化的研究開發與實施。

操作

最后，落實到能夠包容工藝構想與裝備運轉的操作系統方面，筆者也就此提出幾點自己的想法與建議，以便后期運行工作能夠穩定有效地開展。

第一，借助于我國已有的先進完善的大型建材回轉窯的操作系統和經驗，將洛陽市洛華粉體工程特種耐火材料有限公司的專利思想、專利成果，和在回轉窯爐襯材料技術和建造技術上積累的經驗和數據，結合氧化鋁生產工藝和標準以及水泥生產工藝和標準，制定基本工藝流程。

第二，對現有的水泥建材回轉窯生產線進行適合赤泥處理的改良改造，使之滿足“回轉窯法資源化處理赤泥”的生產線需要。

第三，先行進行產業化的工藝試驗，待經過工藝的考驗和工藝路線的修正之后，將各種工藝數據和修正方法存入計算機，利用計算機進行工藝程序的跟蹤、修正和完善實時工藝。

作為我國冶金工業僅次于鋼鐵行業鋼渣量的第二大宗待處理固廢物料，赤泥因常年以高堿微粉團聚塊形式在地面大量堆存，使其對環境的危害性大，堆存代價高。但是，凡事皆有兩面性，由于赤泥的母體是穩定性很高的優質鋁礬土，其主成分的逆向合成原理直指向重金屬鐵磁物、黏土類非金屬氧化物和鈉鹽等金屬化合物等工業必需金屬原料方面，且化學成分統一，產量大，因而極其適于進行產業化布局。我們也相信，在不遠的將來，赤泥的資源化利用一定會煥發出勃勃生機，從而開辟出一個全新的綠色環保產業。而赤泥類轉化產品，也一定會成為新型資源的寶庫之一，為我國的綠水藍天事業增光添彩。