摘要：针对拜耳法氧化铝生产过程中产生的赤泥资源化利用问题，文章依据赤泥粒级分布及成分特点，采用粒度分级、溶出试验和分级回收等方法，研究了赤泥中氧化铝的有效回收工艺。通过详细解析赤泥粒级分布及成分，实施了粗颗粒赤泥溶出试验，并提出了赤泥分级回收氧化铝的创新工艺。文章结果表明，该工艺能实现赤泥中氧化铝的高效回收，回收率可达34.81%，不仅促进了赤泥资源的综合利用，还为氧化铝行业的可持续发展提供了有力支撑。

　　关键词：拜耳法；氧化铝；赤泥

　　铝土矿中提取氧化铝后的废弃物，因其富含氧化铁而呈现出红色泥状或粉末状，通常被称为赤泥，由于生产方法和铝土矿品位的不同，每生产1t氧化铝大约产生1~1.5t的赤泥，其堆存不仅占用大量土地资源，还对周边环境造成潜在的污染。随着资源节约与环境保护意识的日益增强，赤泥的资源化利用已成为氧化铝行业亟待解决的关键问题。文章旨在通过深入分析拜耳法氧化铝赤泥的性质与现状，探讨其资源化利用的新工艺，以期为氧化铝行业的绿色高质量发展贡献力量咱1暂。

　　1赤泥性质与现状分析

　　1.1赤泥的产生与主要成分

　　赤泥源于拜耳法氧化铝生产过程，与铝土矿处理工艺紧密相关。在拜耳法流程中，铝土矿经破碎磨细后，与氢氧化钠溶液在高温高压下反应，铝土矿中的氧化铝转化为可溶铝酸钠溶液，而不溶性杂质则积聚形成赤泥。赤泥成分，如表1所示。

　　1.2赤泥堆存现状

　　由于赤泥含有较高的碱性和重金属，若未经妥善处理直接排放，会对周边环境造成严重污染。一方面，高碱性赤泥能改变土壤pH值，破坏土壤结构，影响植物生长；另一方面，重金属元素可通过渗滤作用进入地下水系统，威胁饮用水安全。赤泥堆场还可能发生滑坡、溃坝等地质灾害，对周边居民生命财产安全构成威胁。目前，赤泥主要采取露天堆放方式，随着氧化铝产量增长，全球赤泥堆存量已超过40亿吨，年新增量约1.2亿吨。中国赤泥堆存问题尤为严重，总量突破5亿吨，且地域分布不均，主要集中于氧化铝大省，占用土地资源广泛，单个中等规模厂堆场可达数平方公里。这不仅导致土地资源浪费，还破坏了原有生态系统平衡咱2暂。

　　2赤泥中氧化铝回收的传统方法

       2.1酸溶法

　　酸溶法是一种传统的回收赤泥中氧化铝的方法，其基本原理在于利用强酸（如盐酸、硫酸、硝酸）与氧化铝发生化学反应，将其转化为可溶性的铝盐。以盐酸为例，化学反应方程式为式（1）：

　　Al2O3+6HCl→2AlCl3+3H2O（1）

　　该方法包含多个工艺步骤：首先，将赤泥与酸液混合，使其中的金属氧化物溶解，而二氧化硅则作为残留物保留下来。接着，通过水解过程析出二氧化钛，并将溶液pH值调整至11~13范围，使铁离子沉淀为氢氧化铁。之后经过多次液固分离操作，以去除溶液中的杂质，从而获得含有铝的溶液。随后，进一步调整溶液的pH值，以实现铁与铝的逐级分离咱3暂。

　　2.2烧结法

　　烧结法作为传统氧化铝生产工艺，适用于处理包括拜耳法赤泥在内的多种含铝原料。该法通过高温烧结，使原料中铝、铁、硅、钛等成分分别转化为铝酸钠、铁酸钠、硅酸钙和钛酸钙。随后，熟料经水或稀碱溶液溶出，铝酸钠因高水溶性进入溶液，实现氧化铝与杂质的分离。但在溶出过程中会产生一些问题，比如其他杂质可能部分溶解，影响后续氧化铝的纯度。而且溶出后的溶液中可能含有多种离子，增加了后续提纯工艺的复杂性。为提高氧化铝的纯度和回收率，可采用多次溶出和深度净化技术，进一步去除杂质离子，提高产品质量咱4暂。

       2.3碳酸钠分解法

　　碳酸钠分解法专注于拜耳法赤泥中的水化石榴石，通过其与碳酸钠在特定条件下的反应，实现氧化铝的溶出。温度、液固比及碳酸钠浓度是影响分解效率的核心要素，通过提高温度、增大液固比、增加碳酸钠浓度均可加速分解反应，进而提高氧化铝溶出率。但这些条件的改变也会带来一些负面效应，提高温度需要消耗更多的能源，增加生产成本；增大液固比可能导致后续溶液处理量增大，增加设备负担；过高的碳酸钠浓度可能会引起其他副反应，降低产品质量。为解决这些问题，研究人员探索了优化反应条件的方法，通过实验研究，找到了不同条件之间的平衡关系，在保证氧化铝溶出率的前提下，尽量降低能源消耗和生产成本。在实际生产中，还可以采用新型反应器，提高反应效率，减少反应时间，从而降低能源消耗。

　　2.4碳化钙化法

　　碳化钙化法是一种创新的赤泥处理方法，通过混合拜耳法赤泥与石灰，并在100~300g/L苛性碱浓度下反应，生成钙水化石榴石。随后，钙水化石榴石与二氧化碳反应得碳化渣，经低温溶铝、沉铝等工序处理，制得可循环利用的铝酸钙产品，返回钙化脱碱过程，形成封闭资源循环利用体系。该工艺中，氧化铝回收率超过60%，显示出回收优势咱5暂。

　　2.5火法-湿法联合法

　　火法-湿法联合法首先将赤泥与还原剂混合加入高炉或电弧炉内，利用还原剂将赤泥中的氧化铁还原成生铁，该部分铁的回收率98%以上，炼铁炉渣铁含量降到0.5%以下，为后面炼铁炉渣的酸浸回收铝提供了条件。炼铁炉渣用硫酸浸出，经过滤得富含铝浸出液。用氨水调整浸出液的pH值使浸出液中的铝共沉淀，低温使溶液中的铝以硫酸铝铵的形式析出，得到硫酸铝铵产品咱6暂。该方法工艺流程简单、铝的回收率高。

　　2.6生物法

　　生物法作为一种新兴的赤泥处理技术，利用微生物或其代谢产物与赤泥中的氧化铝发生相互作用，促使氧化铝溶出。生物法具有一些显著优点，其工艺流程相对简单，不需要复杂的化工设备和高温高压等苛刻反应条件，从而降低了设备投资和运行成本。同时，生物法以微生物为作用媒介，具有环境友好的特性，对环境的负面影响较小。

　　3拜耳法氧化铝赤泥资源化利用工艺研究

　　3.1赤泥粒级分布及成分特点

　　为深入了解赤泥的特性，对赤泥进行粒度分级研究具有重要意义。通过选用63滋m、100滋m、150滋m 3种不同孔径的筛子，将赤泥筛分为<63滋m、（63~100）滋m、（100~150）滋m、>150滋m 4个粒度区间。针对每个粒度区间的赤泥，分别进行详细的含量测定和成分分析，如图1所示。

　　研究结果表明，赤泥的粒级分布与成分之间存在密切关联。在4个粒度区间中，63~100滋m赤泥的铝硅比最高，呈现出明显的规律性，即中间粒径赤泥的铝硅比总体上高于两端粒径的赤泥。为更全面准确地把握赤泥的成分特性，研究团队对生产赤泥进行了连续跟踪分析，累计分析了60个赤泥样品，其平均成分含量数据，如表2所示。

　　由表2数据清晰可知，＜63滋m粒级赤泥铝硅比高达4.6，但其含量仅为1.78%；而63~100滋m粒级赤泥铝硅比为3.35，含量达10.02%。综合考量铝硅比与含量两大因素，粗颗粒赤泥在氧化铝回收领域潜藏更高价值咱7暂。

       3.2粗颗粒赤泥溶出特性探索

　　鉴于粗颗粒赤泥较高的铝硅比所展现出的氧化铝回收潜力，开展溶出试验以探究其在实际生产情境下的溶出行为及特性。试验模拟工业生产条件，精准调控温度（T）、反应时间（t）、碱液浓度（CNaOH）等关键参数。根据化学反应动力学原理，溶出过程可用式（2）表示：

　　Al2O3+2NaOH+3H2O→2Na［Al（OH）4］（2）

　　在试验中，设定温度范围为240~260℃,反应时间为60~90min，碱液浓度为180~220g/L。采用X射线荧光光谱仪（XRF）对不同反应阶段的赤泥成分进行实时监测与分析。试验结果，如表3所示。

　　粗颗粒赤泥在优化后的溶出条件下（温度250益，反应时间90min，碱液浓度220g/L），氧化铝回收率达到48.2%。在此期间，由于赤泥自身成分特性，未额外消耗石灰与碱，不仅削减了生产成本，还规避了因添加石灰和碱可能引入杂质、增加后续处理难度等问题，为氧化铝回收提供了一种经济且高效的路径。与传统回收方法相比，该工艺在资源利用和成本控制方面优势显著，为后续赤泥资源化利用工艺的优化奠定坚实基础。

　　3.3赤泥分级工艺分析

　　赤泥分级回收氧化铝工艺流程旨在高效分离粗、细颗粒赤泥，并回收粗颗粒中氧化铝。流程中，外排赤泥直接进入旋流分级机，借助离心力场按颗粒大小和密度分级。旋流分级机内，粗颗粒受大离心力作用向器壁运动，形成底流排出；细颗粒则受小离心力影响，于中心区域向上运动，形成溢流。底流（粗颗粒赤泥）进入预脱硅工序，替代矿石参与反应，经特定化学物理过程溶出并回收氧化铝。溢流（细颗粒赤泥）经隔膜泵输送，与外排赤泥共进行后续处理或堆存，工艺流程，如图2所示。

　　3.4综合效益分析

　　采用图2中的赤泥分级回收工艺，能够实现对粗颗粒赤泥中氧化铝的有效回收，回收率可达34.81%。以某氧化铝厂为例，该厂年产赤泥量达210万吨，若实施该赤泥资源化利用工艺，每年可从赤泥中回收大量的氧化铝。假设赤泥中氧化铝平均含量为20%，则每年可回收的氧化铝量210万吨×20%×34.7%≈14.57万吨。回收量相当可观，对于减少对铝土矿资源的依赖具有重要意义。在环境方面，回收降低了外排赤泥量，减少土地占用，缓解生态破坏，同时降低铝硅比，减轻重金属和碱性物质污染风险，减少扬尘污染，改善空气质量。在经济效益方面，回收的氧化铝作为原料替代铝土矿，降低采购成本的同时，减少赤泥堆存，节省土地租赁及环境治理费用，提高企业综合效益。此外，技术推广可大幅度提升企业环保形象和市场竞争力，带来潜在的经济与社会效益。

　　4结语

　　文章通过对拜耳法氧化铝赤泥资源化利用工艺的系统研究，得出一种创新的赤泥分级回收氧化铝工艺。该工艺基于赤泥粒级分布及成分特点的详细分析，通过粗颗粒赤泥溶出试验，实现了赤泥中氧化铝的有效回收，并促进了赤泥资源的综合利用。结论表明，该工艺不仅显著提高了氧化铝的回收率，还为氧化铝行业的可持续发展提供有力支撑，具有显著的环境和经济效益，展现出广阔的应用前景。

　参考文献

　　［1］姜一梅，沈征涛.赤泥基层状双金属氢氧化物合成工艺及应用［J］.高校地质学报，2024，30（1）：12-21.

　　［2］郑洁，齐利娟，关晓鸽，等.溶出温度对三水铝石与一水软铝石混合型铝土矿溶出及赤泥沉降性能的影响［J］.有色金属（冶炼部分），2023（12）：38-42+95.

　　［3］唐恩，张瑞，王丹丹，等.基于外热式还原及熔分的赤泥与铝电解固废协同处置技术［J］.矿冶，2022，31（1）：103-108.

　　［4］裴雪峰，马向阳，张纯智.基于拜耳法氧化铝生产过程中锥形沉降槽失稳分析探讨［J］.有色设备，2023，37（6）：76-80.

　　［5］汪旺，陈文汨，范尚，等.石灰活性对铝土矿溶出性能和赤泥物相组成的影响［J］.湖南有色金属，2023，39（1）：17-21.

　　［6］谢营邦，詹海鸿，何航军，等.广西平果铝赤泥资源化利用扩大试验［J］.有色金属（冶炼部分），2014（9）：30-33.

　　［7］海然，王帅旗，刘盼，等.热活化温度对氧化铝赤泥反应活性的影响及机理研究［J］.无机盐工业，2019，51（9）：72-75.