摘要
铝土矿渣，即所谓的赤泥，是铝工业产生的一种废料。由于钠含量高，钢铁工业很难使用未经处理的铝矾土残渣来替代铁矿石。因此，到目前为止，常见的方法是将未经处理的赤泥堆放在不同的地方，尽管这对环境造成了很大的负担，因为需要占用大量的土地，需要大型水库来保证安全，而且赤泥中的钠含量也超过了限值。
由于赤泥的数量在不断增加，而填埋或堆放赤泥的地方已经耗尽并达到了极限，因此赤泥行业面临着越来越重要的市场挑战。
开发和改进流程的每一个步骤
赤泥脱砂的现代理念
为了减轻垃圾填埋场的负担（减少填埋量），同时也为业主节省成本，必须改进赤泥的处理方式。
几年来，赤泥脱砂已成为AKW专家研究和开发的领域。
针对赤泥脱砂的挑战，特殊设计的水力旋流器AKA-VORTEX作为一级和二级处理装置，再加上特殊设计的洗涤/脱水筛装置，经过长期实践证明是一种有效的解决方案。
下文将对这种高度专业化的除砂装置的安装和操作进行说明。
1.铝土矿渣的来源
铝矾土残渣是将铝矾土提炼成氧化铝的 “拜耳法 “过程中产生的副产品，呈强碱性，pH 值约为 13。氧化铝厂或精炼厂产生的铝土矿残渣量主要取决于铝土矿成分（原产国）和提取条件。铝土矿残渣受不同因素的影响很大，如铝含量、氧化铝类型、存在的氢氧化物类型（尤其是石膏、透辉石或沸石），以及铝土矿转化为铝过程中使用的温度和压力水平。事实上，在铝生产过程中，每生产一吨氧化铝所产生的铝土矿残渣可从 0.5 吨到高达 2.5 吨不等，但通常情况下，每生产一吨氧化铝所产生的铝土矿残渣在 1 吨到 2 吨之间。
自 1893 年以来，”拜耳法 “一直被广泛使用，全世界约有一百多家工厂采用这种工艺，仅中国就有 60 多家。特别是在中国，氧化铝精炼厂的数量持续快速增长，以满足平均增长率为 6% 的不断增长的铝需求。因此，铝土矿残渣的年增长率预计将达到 1.2 亿吨，加上现有的旧铝土矿残渣，估计将达到近 30 亿吨。
2.铝土矿残渣的成分
铝土矿的残留物包括氧化铁、氧化钛、二氧化硅和未溶解的氧化铝。这些物质与其他一些氧化物混合在一起，具体取决于铝土矿原料的原产国。铝土矿残渣中含有高浓度的铁化合物，因此呈红色，也因此被称为 “赤泥”。我们可以从表 1 中了解典型的化学成分，从表 2 中了解典型的矿物成分。
| 成分 | 典型范围（%） |
|---|---|
| Fe2O3 | 20 – 45 |
| Al2O3 | 10 – 22 |
| TiO2 | 4 – 20 |
| CaO | 0 – 14 |
| SiO2 | 5 – 30 |
| Na2O | 2 – 8 |
| 成分 | 典型范围（%） |
|---|---|
| 赤铁矿（Fe2O3） | 10 – 30 |
| 磁铁矿（Al2O3） | 0 – 8 |
| 网纹石（FeOOH） | 10 – 30 |
| 二氧化硅（SiO2） | 3 – 20 |
| 铝酸钙（3CaO.Al2O3.6H2O） | 5 – 2 – 20 |
| 二氧化钛（TiO2） | 2 – 15 |
| 麝香石（K2O.3Al2O3.） | 0 – 15 |
| 方解石（CaCO3） | 2 – 20 |
| 高岭石（Al2O3.） | 0 – 5 |
| 钠长石（2Na2O.3Al2O3.6SiO2.Na2SO4） | 4 – 10 |
| 吉布斯特（Al（OH）3） | 0 – 5 |
| 过氧化物（CaTiO3） | 0 – 12 |
| 坎昆石（Na6[Al6Si6O24.2CaCO3） | 0 – 50 |
| 硅藻土（a-AlO（OH）) | 0 – 5 |
| 玻镁石（g-AlO(OH)) | 0 – 20 |
4.整体流程和设备集成
拜耳氧化铝精炼厂产生的铝土矿残渣浆液将被稀释，并在多个洗涤仓中进行洗涤，以将氢氧化钠浓度降至70-80g/l范围内，固体浓度为7-10%。洗涤过程的温度通常在70-80℃之间。这种典型的赤泥由大约 80%的污泥和大约 20% 的未溶解的大于 100 μm 的二氧化硅颗粒组成。通过第一级水力旋流器，矾土渣中不溶解的二氧化硅颗粒将被分离出来，并在底流中浓缩，而溢流则被回收并重新注入进入洗涤仓的洗涤液中。第二级水力旋流器将进一步提高二氧化硅部分的浓度，并分离出不需要的细粒。
然后，高浓度的砂浆可被排放到一个特殊设计的线性运动脱水筛上。适合发生条件的筛网和用于冲洗水的喷淋杆完成了脱水筛的任务。由于工艺条件苛刻，水力旋流器系统由高耐磨、耐高温的聚氨酯制成。AKA-VORTEX 水力旋流器的模块化和完美设计使其完全适用于这些工艺条件。
这种理念已经在一些特定的现场取得了成功，它还配备了一个可以调节工艺流程的设备齐全的监测和控制系统：流量计、压力表和压力调节器、温度传感器以及每个阶段前后的取样点都可以根据客户的要求或想法集成到解决方案中。
5.水力旋流器AKA-VORTEX的原理和选型
从原理上讲，水力旋流器是一种 “瘦身”版的离心机。它既可与高速管式离心机相比，也可与长管离心机相比。不过，水力旋流器的机身是静止的。在泵的压力作用下，切向进料的流体开始旋转。流体受到离心力的作用，产生一个向下的初级漩涡和一个向上的内部次级漩涡。这导致流体中的颗粒因径向外沉降而产生分离效应。
AKA-VORTEX水力旋流器由多个可更换的部分组成，并通过夹具和法兰连接。
6.脱水筛的选择
关于脱水筛的选择、尺寸和功能，有几个方面需要考虑。脱水筛一般用于对浓缩后的颗粒泥浆进行进一步脱水，使其达到可通过传送带或卡车轻松运输的水平。
与圆形运动分级筛相反，脱水筛采用直线运动模式。振动产生的滤饼将液体通过孔隙排出，大块物料则被输送到卸料槽。针对赤泥脱砂应用，需要为筛框和筛网选择耐腐蚀、耐高温的材料。因此，不锈钢是抵御这些条件的合适材料。
在处理筛分出的沙子时，必须考虑用工艺水进一步清洗。
这样做的目的是进一步减少沙子中的腐蚀性成分，使沙子可以用于多种用途。
这种冲洗工艺将通过喷淋管来实现，喷淋管将工艺水喷射在料床表面，因此工艺水可以通过喷淋管冲洗沙子。配备特殊喷嘴的喷淋管的数量应与所需的冲洗效果和所需的水量有关。此外，为了达到所需的脱水效果，还需要考虑额外的冲洗水量。
7.结论
本文对生产氧化铝的”拜耳法”工艺中产生的危险废物铝土矿残渣（赤泥）的处理进行了综述。这些残渣因其对环境的长期影响而被保存，同时对铝土矿残渣的合适应用也非常缺乏。不过，这些残渣可以通过多种方式处理，尤其是通过适当的处理会显著减量。AKW在与大型炼铝厂多年的紧密合作中积累了这方面的知识，并能够开发出为铝土矿价值链提供适当处理的解决方案，其重点是处理所产生的废料，目标是减少对环境的影响和部分废料的再利用。因此，这些独特的工艺解决方案有助于将循环经济理念融入这一要求苛刻且不断发展的行业。AKA-VORTEX水力旋流器由高耐磨、耐高温的聚氨酯（PU）制成，是氧化铝行业的重要补充。其独特的设计确保了分离过程中特定的切割尺寸，同时还提供了调整分离特性所需的灵活性，以最大限度地提高产量并减少能耗。
8.参考文献
论文
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S.A. Bibanaeva 和 N.A. Sabirzyanov (2020)，《赤泥加工的可行方法》，第四届 “Fundamental research and applied developing of recycling and utilization processes of technogenic formations”大会
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Zhong, L., Zhang, Y. and Yi, Z. (2009)。用温和的水化学工艺从赤泥中提取氧化铝和氧化钠。危险材料学报，第 172（2-3）期，第 1629- 页。