拜耳铝土矿精炼过程中产生的最大废物副产品是铝土矿残渣，通常称为赤泥。每年全世界都会产生大量的腐蚀性红泥，这是一个非常严重和令人担忧的环境和安全问题。红泥的储存对氧化铝精炼厂来说是一个挑战（图1），因为蓄水池大坝有时因大雨导致洪水和破坏而坍塌和或失效。例如，年10月，毗邻匈牙利AjkaTimf?ldgyár氧化铝厂的红泥水库大坝的一个角落倒塌。50米宽断裂释放立方米腐蚀性红泥浆进入三个村庄和周围的乡村溪流和河流，流入多瑙河。由于这次事故，造成10人死亡，人受伤。

图1.德国汉堡StadeAlumina氧化铝附近的红泥储存池。（照片：RaBoe。）

“事件发生在奥伊考对氧化铝行业显著的效果，”肯·埃文斯说，国际铝业协会（IAI）的顾问。“通过欧洲铝业协会和IAI等组织，生产商合作提供了改进的解决方案和建议的最佳实践指南，以改进存储，监控安全标准，并寻求改进的补救技术和再利用机会。这项最佳实践审查的关键信息是以更低的腐蚀性和高固体含量更安全地处理铝土矿残渣的动力。“此外，IAI设定的战略目标是到年再利用25％的铝土矿残渣。

铝土矿精炼和赤泥生成

目前，全世界有80多家氧化铝精炼厂从铝土矿中生产冶金氧化铝。年全球冶金氧化铝年产量约为1.3亿吨，估计红泥残渣产量为1.82亿吨（基于每吨氧化铝产生1.4吨赤泥的假设）。

随着全球对铝金属的需求增加，对氧化铝的需求也随之增加，因此红泥的产量也随之增加。红泥因其体积大，碱度高，储存复杂而对环境造成干扰。但是，在大多数国家，赤泥被归类为较少或无害的残留物，赤泥处理的CAPEX和OPEX成本通常低于4-8美元/吨。目前，活跃和封闭遗留地点的赤泥渣总量估计为40亿吨。

1、拜耳进程

尽管氧化铝可以通过其他化学工艺由铝土矿生产，但拜耳法是冶金氧化铝生产的主要工业路线，因为它是净化含有大量Fe2O3的铝土矿的最经济的方法。全球生产的95％以上的氧化铝来自使用拜耳法的铝土矿。通过该方法生产的氧化铝被认为是冶金或冶炼级氧化铝（SGA）。其他形式的氧化铝被认为是非冶金级氧化铝并且用于特殊产品。

铝土矿含有30-60％的氧化铝（Al2O3）。在拜耳法（图2）中，铝土矿在高压下与氢氧化钠溶液（苛性钠）一起在高压下消化，溶解氧化铝将其转化为铝酸钠，留下不溶的赤泥固体。副产品。除二氧化硅（存在于高岭石中）外，铝土矿的其他组分不溶于热苛性碱（NaOH）溶液，使溶解的铝酸钠与未溶解的赤泥残留物分离。

图2.用于生产纯化氧化铝的拜耳法和来自铝土矿的赤泥副产物。

消化后，通过沉降过程将铝酸钠溶液与未消化的赤泥分离。通过滤除剩余的固体杂质进一步澄清溶液。添加聚合物絮凝助滤剂以加速沉降和增稠并改善来自增稠剂的赤泥底流固体的密度。在从孕液澄清期间，赤泥从苛性悬浮液中沉淀出来。残留在过滤器上的细颗粒被洗掉，以回收可重复使用的氧化铝和苛性钠。典型的拜耳工厂产生的红泥是氧化铝产生量的1到2.5倍，平均为1。

赤泥的主要成分是固体未反应的金属氧化物的混合物（表1），红色由铁氧化物（通常为质量的45％）产生。除铁外，其他主要成分包括二氧化硅，未浸出的残余氧化铝，氧化钛和苛性碱。最终的红泥含有残留水平的苛性液体（或碱度），pH值约为13.5。

表1赤泥的化学成分。

2、替代铝土矿精炼工艺

中国是世界上最大的铝生产国，年产量为万吨（占世界总产量的54.3％）。同样，中国是世界上最大的氧化铝消费国，国内产量为万吨。氧化铝吨（占世界总量的55.4％）以及估计的1.亿吨赤泥生成量。

从历史上看，由于天然存在的铝土矿矿物质，中国和俄罗斯的氧化铝制造工艺与世界其他国家的氧化铝制造工艺大不相同。为了从中国和俄罗斯的低品位铝土矿生产氧化铝，开发了用于从勃姆石和水铝石铝土矿生产氧化铝的石灰烧结工艺。该工艺涉及一种高温冶金烧结方法，该方法生产铝，同时将二氧化硅“锁定”为熟料，从而防止其污染氧化铝。在烧结过程中留下的熟料残渣称为白泥或贝母（硅酸二钙，Ca2SiO4））它可以用于制造水泥（而不是红泥，需要填埋）。这些方法能够回收残余物组分以生产水泥，苏打，钾碱，氧化铝和氢氧化物。在俄罗斯的一些炼油厂，霞石（代替铝土矿）用石灰石烧结以生产氧化铝。

石灰烧结工艺曾经是中国氧化铝工业的支柱。然而，石灰烧结的资本和运营成本明显高于拜耳工艺。中国也越来越依赖进口的铝土矿，这已经显着改变了所产生的残留物的特征和成分。因此，烧结过程逐渐被拜耳过程所取代。

在俄罗斯，UCRusal工程技术中心研究并进行了小型工厂测试，使用烧结工艺生产超细氧化铝沉淀三水合物（ATH）。用于冶金氧化铝生产的石灰石烧结（高热能和电能消耗）的工艺缺陷允许生产具有高质量和低生产成本的化学级ATH。这可以抵消石灰石烧结过程的额外成本。

此外，俄罗斯铝业公司目前正在开发一种替代技术，用于从当地的非铝土矿中生产氧化铝。该公司开发的用于高岭土冶炼级氧化铝生产的盐酸技术被证明是最有希望的氧化铝生产形式。该公司能够确认从高岭土溶液中提取氧化铝的量为94.5％，从溶液中提取氯化铝的量为92％。

红泥渣的管理

大量工业废物流（如赤泥）的安全处置，处理和储存带来了独特的废物管理挑战。与红泥废物的储存和处理相关的一些问题包括：其高pH值（10.5-13），碱渗入地下水的可能性，储存的不稳定性以及碱性空气尘埃对植物生命的影响。用于在氧化铝精炼厂储存/处置赤泥的方法包括泻湖，干堆和干处理，以及海水处理（在后面的部分中讨论）。近年来，一贯的趋势是从海水到陆地处理以及从湿处理到干处理的方法。

1、泻湖红泥

在年之前，大部分赤泥副产品废物存放在泻湖式蓄水池中（图1），天然不透水的层或密封剂会减少渗漏。在这种方法中，将建造一个低堤坝或堤坝用于收容，并将固体含量为20-30％的稀薄赤泥浆泵入储存区域（图3），随后通过重力驱动的固结进行脱水。随着时间的推移，浆料沉降，并收集地表水并返回精炼过程。当蓄水池被填满时，堤坝的高度会根据需要逐渐增加，或者在需要更多额外体积时建造新的区域。有时，池塘被封顶。

图3.将红泥浆泵入残留物池。

几年后，大型现场蓄水区域允许水从红泥浆中蒸发。据估计，约1公里泻湖面积需要一个厂加工3.3万吨每年的铝土矿。由于许多植物对泻湖储存的土地变得稀缺，对红泥残留物处理空间的不断增长的需求最终威胁到这种方法的可行性。例如，西澳大利亚的AlcoaKwinanaAlumina炼油厂在其运营的前22年内，以约37％的固体浓度泻湖赤泥。然而，在年，随着超稠增稠剂（由相对较窄和较高的储罐组成）的发展，澳大利亚的Alcoa残渣业务从泻湖转变为干燥堆积的加厚尾矿，平均红泥固体浓度约为50％。

2、干堆积

目前最佳实践和最常用的大型氧化铝精炼厂红泥处理方法是干式堆垛技术。该方法能够降低苛性液渗漏到周围环境中的可能性，减少所需的土地面积，并最大化苏打和氧化铝的回收率。

干堆叠需要具有高固体含量（46-55％）的糊状触变红泥。使用先进的增稠剂，絮凝和脱水过滤技术将铝土矿残渣增稠成高密度浆料。增稠的红泥浆通过管道泵送到储存区域并分层铺展，使其通过排水和蒸发干燥的组合脱水。在连续的层沉积之前，红泥会凝固并干燥。这在沉积物上形成一个斜坡，允许雨水流失，从而最大限度地减少处理区域中储存的液体，降低泄漏风险，并改善处置场地的结构完整性。将从场地表面回收的水泵回工厂以回收和再循环可溶性钠盐。干燥堆积的红泥通常“排水不足”以改善残余物的固结并回收更多的水以在炼油厂中再利用。干堆积和排水良好的沉积物的组合导致非常稳定的残留物沉积。

常规的“泥浆养殖”或用双螺旋桨或螺旋推进车辆（图4）犁渣，实现了最大化烟囱储存效率的密度。通过压缩，固结和挤压残余尾矿表面层中的水，可以在红泥表面层中获得相当大的水减少。另外，犁红泥增加了空气和残渣之间的接触，这促进了碳酸化，从而降低了泥浆的pH值。

图4.用于在氧化铝精炼厂压实干堆积赤泥的“amphirol”载体。

3、干燥处置

在干处理方法中，将红泥过滤成干饼（65％固体）。通过水或蒸汽过滤过程，残留物的碱度最小化并回收苏打水。在没有进一步处理的情况下，干燥的残余物通过卡车或传送带运送到处理场所，在那里它以约5°的角度以层的形式沉积。通过进一步脱水和干燥，最终固体含量为约10％。达到70％。收集来自残余物储存区的废水并将其送至处理厂，在处理厂中，将其中和，然后释放到当地河流中。该方法减小了存储区域的尺寸，但需要安装和操作过滤设备。Alunorte的研究表明，与干式堆垛技术相比，一个使用干法处理的设施是德国的StadeAlumina氧化铝厂。在开始运营的五年内，该公司处理了约55％固体浓度的赤泥。使用真空鼓式过滤器和高压蒸汽过滤技术，该工厂实现了大于75％的固体含量。

中和红泥的高碱度

赤泥是约65-70％苛性碱和30-35％固体的混合物。每吨红泥固体含有高达2吨液体，碱度为5-20克/升苛性碱（Na2CO3）。赤泥中的高碱度（pH≥13）和高苛性碱（NaOH）含量会对肥沃的土壤和地下水污染（使其无法支持植物生命）造成环境风险，并导致人类健康风险，如皮肤真皮问题和刺激对眼睛。

将红泥的碱度降低至约8.0pH可降低其储存的环境风险，减少对处理区域的持续管理，并促进该材料在不同新应用中的潜在再利用。然而，存在于赤泥中的碱性固体（氢氧化物，碳酸盐和铝酸盐）的缓冲作用导致无定形的第二相，其产生进一步的碱性并且长期释放钠。这使得通过用水洗涤从赤泥中除去碱度是不切实际的。因此，pH中和过程是复杂的，需要多个时间敏感的步骤。

1、海水中和

将海水倾倒赤泥直接排入海中或处理靠近海洋的氧化铝厂铝土矿残渣场的赤泥有两种处理赤泥的方法。通过海水中和，水中的钙和镁离子从溶液中除去碱性阴离子作为沉淀物。使用海水进行中和在海岸附近的炼油厂非常有效（例如澳大利亚的QueenslandAlumina和RioTintoAluminiumYarwun）。但是，需要大量的水（红泥体积的12-18倍）以及大型池塘，以使海水中的固体在返回海洋之前沉淀。海水中和的财政竞争力在很大程度上取决于地点，换句话说，设施与海岸线的距离。在过去，一些生产商倾向于将红泥直接排入深海，这是经济和环境方面的最佳选择。但许多仍在使用海洋倾倒的工厂现在正在寻求其他替代方案。

2、酸中和

在酸中和系统中，将红泥与硫酸或盐酸混合以中和残余物的碱性组分。硫酸的使用比盐酸更常见。该过程有一些缺点。由于中和度由加入的酸的体积决定，因此需要大量试剂以相对高的成本完全中和残留物。到目前为止，赤泥的酸中和将杂质（硫酸盐，氯化物等）引入工艺水流中。

CSIROMineralsDownUnder旗舰店在澳大利亚开发了一种从铝土矿残渣中的脱硅产品（DSP）中回收苏打的工艺。用硫酸浸提残留物DSP以中和它并在溶液中回收保留的钠。然后对其进行电渗析处理，产生硫酸和氢氧化钠。回收的苛性钠在氧化铝精炼厂中再循环，硫酸在苏打回收浸出过程中再循环。

其中一种酸中和选择是使用高酸性废水。例如，酸洗废液是用于在炼钢工业中除垢或清洁表面的强酸混合物。在印度那格浦尔的JawahartalNehru铝材研发设计中心进行的实验室测试表明，红泥中大约25-30％的苏打水可以被中和，碱度降低80-85％。

3、碳化中和

美铝于年开发了一种工艺，使用来自附近工业氨厂的浓缩二氧化碳（CO2）副产品气体来中和高碱性赤泥残留物。该方法使CO2直接碳酸化饱和，既防止CO2气体释放到大气中，又将浆料的碱度降低到危害程度较低的水平。这一碳酸化过程已在美国西澳大利亚的Kwinana炼油厂得到全面实施。

在奎纳纳碳化厂已处于满负荷自年以来它捕获多达70,吨二氧化碳运行2年，这将导致该炼油厂的整个赤泥渣副产品（通常介于2和万干万吨的直接碳化中和）。碳酸化工厂发现铝土矿残渣的中和取决于CO2的浓度，气体的总流速和搅拌速度。红泥液折合的CO2量为1.4g/kg赤泥。美国铝业公司目前过程只需要30-35公斤CO2每吨红泥（干重）。澳大利亚AlcoaWagerup和Pinjarra氧化铝精炼厂缺乏经济可行的二氧化碳来源，推迟了这两个地点碳酸化过程的实施。

4、地质隔离

对于赤泥的潜在用途是CO的地质隔离（或地质封存），这是所调查的方法，以减少温室气体和它们对气候变化的影响之一。地质封存的概念涉及液化二氧化碳并将其沉积到地下深处的矿物区域，其中化学反应使CO2以固体形式稳定。可替代地，它可以包括CO的捕获从大点源（如燃料-音响红色发电厂化石），随后其在地下，盐水洗涤轴承地质地层长期储存。美国铝业奎纳纳证明了CO的捕获和长期封存一个潜在的温室益处2在赤泥，提供一种利用赤泥为“永久CO的电位下沉”在邻近于全球氧化铝厂位点。

评估的另一个概念是使用苛性红泥浆（pH13）和盐水生产的油田盐水（pH2.7）的混合物来隔离工业点源产生的烟道气中的CO2。作为石油和天然气生产的副产品，美国每年产生大约-亿桶盐水，其中约65％被重新注入水库以进行压力维持，剩余的水被处理并排放到地表水体中。试验表明，通过向这些酸性盐水溶液中加入赤泥作为苛性剂，可以增加CO2的封存，产物混合物溶液在碳酸化后被中和。通过矿化和溶解完成CO2的捕获。

5、烟气中和

一种降低赤泥碱度的有效方法是将残渣用于烟气脱硫，这是一种在燃煤电厂中去除硫氧化物所需的污染控制过程，以减少空气污染。在该过程中，烟道气通过红泥残余物流以除去SO2，产生硫酸。然后将该混合物与不同量的海水混合以获得稳定的pH。然后将剩余的残余物泵送到处理区域。直接使用工业过程的废气的反应并减少赤泥的碱度是能够多价螯合16-公斤CO的2每吨氧化铝。由住友化学公司开发，自2年以来，烟气工艺已被用于降低铝土矿残留物的pH值，并在意大利撒丁岛Portoscuso的Eurallumina获得了有益的结果。

中试试验证实，当用含有约8％SO2的流体气体碳酸化铝土矿时，pH值降低约13至8-9。然而，发现赤泥的pH在天后回升至平均10.5，并且此后保持恒定。红泥中pH值的增加归因于红泥中固相化合物（氢氧化物，碳酸盐，铝酸盐等）中所含碱度的缓慢缓冲反应，这部分地逆转了碳酸化反应。在碳酸化之前添加CaO和/或MgO稳定了无定形化合物的缓冲效果并将pH的回弹限制在约9.5pH。

6、钙化-碳酸化中和

钙化碳化过程可以有效地从赤泥中回收90％以上的碱和50％以上的氧化铝。该工艺还将红泥转化为以硅酸钙和碳酸钙为主要成分的新结构残渣，可直接用于生产水泥或土壤，使铝土矿残渣中的所有有价值成分得以完全回收或利用。

红泥的利用

如上所述，赤泥的主要成分是固体未反应的金属氧化物的混合物（表1）。除铁外，红泥苛性碱还含有痕量的其他金属氧化物（如镍，钾，钍，铀，钒，锌和稀土元素）以及非金属元素（如磷和硫）。“氧化铝生产产生的废物将成为一种资源，”俄铝的技术总监ViktorMann说。“目前，只有氧化铝和镓是从铝土矿中提取出来的，而铝土矿几乎含有元素周期表中的所有元素。”

每年产生的1亿吨赤泥中只有2-5％被用作可销售的副产品，因为大部分红泥被送往氧化铝精炼厂的安全壳或处置区。年，年赤泥总利用率为2-4百万吨，分布于原料水泥厂（1-万吨），原料钢铁厂（0.2-万吨），建筑材料和砖块（0.5-1.0百万吨）和其他部门（30万吨）。例如，乌克兰尼古拉耶夫氧化铝炼油厂的红泥被用作水泥厂铁和铝原料的来源。每年向乌克兰，俄罗斯，摩尔多瓦和白俄罗斯的10家水泥厂运送高达,吨的赤泥。

俄罗斯，牙买加和中国生产的赤泥的特点是稀土元素（稀土元素）含量极高，主要是在加工各种矿石时的副产品，如中国的钛和稀土矿，哈萨克斯坦和乌克兰的铀矿，以及俄罗斯的磷灰石矿。它也可以从先前加工的尾矿或残渣中回收。Sc主要存在于铝土矿残渣中的赤铁矿和针铁矿矿物相中（分别为55％和25％）。在中国的结果表明，Sc的高回收率可以达到，使用布朗斯台德酸性离子液体作为浸出剂从红泥渣中溶解金属，可提高达80％的提取率。

在另一个项目中，由中国国家自然基金的支持，测试表明，?60％（重量）的钪和95重量％的钠（Na）可被选择性地从高碱拜耳赤泥通过浓硫酸回收，然后可以将获得的无碱残余物用作炼铁或建筑材料。

俄罗斯铝业公司的工程技术中心开发了一种专有的碳酸化技术，在拜耳主要工艺过程中从赤泥中提取钪而不产生酸性废水。年，俄罗斯乌拉尔斯基的Kamensk委托设立钪浓缩物生产试验单位。该工艺潜在的红泥利用量为万吨，每年可产生50,千克氧化钪（Sc2O3）。年，Sc2O3在升级的试验装置中生产，纯度超过99％，该装置从钪浓缩物生产Sc2O3。该装置目前的年生产力已达到96公斤。

Vedanta铝业公司在印度开发了一种独特的红泥利用工艺。该公司已在奥里萨邦的Lanjigarh氧化铝厂委托一家红泥粉加工厂。该工厂提供的优势包括节省每吨氧化铝10-15千克的烧碱消耗，最小化50-60％的土地需求，以及消除潮湿的红泥储存。

文章来源：llightmetalage

文章原名：AddressingtheChallengeofBauxiteResidue

作者：AltonTabereaux

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