第1章赤泥来源与环境危害
　　1.1氧化铝生产工艺概况
　　1.1.1铝土矿来源及禀赋
　　2018年，全球探明资源储量300亿t，主要分布在以下国家，几内亚为74亿t，澳大利亚为60亿t，越南为37亿t，巴西为26亿t，牙买加为20亿t，前五个国家储量合计占全球铝土矿总储量的72.5%［1］，如图1.1所示，中国铝土矿储量仅占全球铝土矿总储量的3.3%。
　　我国铝土矿资源储量并不丰富且禀赋不佳。根据自然资源部公布的全国铝土矿储量数据，截至2019年底，中国铝土矿查明资源储量为54.7亿t，基础储量10.4亿t，储量估计为5.5亿t［2］。我国铝土矿资源主体为沉积型铝土矿床，98%以上为一水硬铝石，属于高铝、高硅、低铁、难溶矿石，采用选矿拜耳法、石灰拜耳法，以及混联法、串联法等生产工艺，流程长且能耗高，而易于开采和易溶出的三水铝石不足2%［2］。并且，经过多年高强度的开采，高品位矿基本上消耗殆尽，如山西地区铝土矿的铝硅比已经降至4。
　　我国铝土矿资源分布较为集中。华北地台、扬子地台、华南褶皱系及东南沿海四个成矿区都具有一定的铝土矿成矿条件，其中晋中-晋北、豫西-晋南、黔北-黔中三个成矿带成矿条件较好，桂西-滇东及川南-黔北等成矿带也有一定的远景，这些成矿区也是我国铝工业发展的主要资源集中地［2-3］。2019年我国铝土矿查明储量占比如图1.2所示。
　　由于国内资源匮乏且禀赋不佳，随着中国使用进口矿的氧化铝产能不断扩大，转为进口铝土矿，铝土矿对外依存度大幅提升。2020年我国进口11156万t铝土矿，当年中国铝土矿总需求量为19087万t，按照“铝土矿对外依存度=进口铝土矿量/铝土矿需求量”计算，铝土矿对外依存度为58%［2］。
　　1.1.2常见的氧化铝生产工艺
　　常见的氧化铝生产工艺有拜耳法、烧结法和拜耳-烧结联合法。这三种方法的区别在于生产工艺不同、适用范围不同以及产品质量不同。其中应用*为广泛的是拜耳法工艺，目前超过90%的氧化铝和氢氧化铝是通过拜耳法生产的。
　　拜耳法是在高温高压条件下以NaOH溶液溶出铝土矿，使其中的氧化铝水合物生成铝酸钠溶液，铁、硅等杂质进入赤泥；向彻底经过赤泥分离后的铝酸钠溶液添加晶种（氢氧化铝），在不断搅拌和逐渐降温的条件下进行分解，析出氢氧化铝，并得到含大量氢氧化钠的母液；母液经过蒸发浓缩后再返回用于溶出新的铝土矿；析出的氢氧化铝经焙烧脱水后得到产品氧化铝。拜耳法的特点是，适合高A/S（铝硅比）矿石（A/S>9），流程简单，能耗低，成本低；产品质量好，纯度高［4］。
　　烧结法是在铝土矿中配入石灰石（或石灰）、纯碱，形成炉料，炉料在高温下烧结得到含有固态铝酸钠的熟料（铝酸钠、铁酸钠、原硅酸钙和钛酸钙），用水或稀碱溶液溶出熟料得到铝酸钠溶液，铝酸钠溶液净化后通入二氧化碳便可分解结晶出氢氧化铝，氢氧化铝经过焙烧即为氧化铝，分解后的母液经蒸发后可循环使用。烧结法的特点是，适合于处理低A/S矿；流程复杂，能耗高，成本高；产品质量较拜耳法低，但可以处理高硅铝土矿。
　　拜耳法和烧结法的联合生产流程（拜耳-烧结联合法）可以兼有两种方法的优点而消除其缺点，取得比单一的拜耳法和烧结法更好的经济效果，还可充分利用铝土矿资源。联合法又可分为串联、并联和混联三种流程［4-5］。其特点是，适合处理中等A/S矿；流程复杂，成本高，能耗高；产品质量较拜耳法低，但铝土矿资源利用率高。
　　1.2赤泥来源及特征
　　1.2.1赤泥来源及产量
　　赤泥是从铝土矿中提取氧化铝之后产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称作赤泥。按生产工艺主要分为烧结法赤泥、拜耳法赤泥以及联合法赤泥［6］。根据铝矿石的品位，国外主要以拜耳法赤泥为主，而国内主要以联合法赤泥为主。在我国，每生产1t氧化铝就会产生1.0～2.0t赤泥［7］，除少部分应用于建筑材料等用途外，大多数赤泥采用湿法露天筑坝堆存，现今国内赤泥累积堆存已达几亿吨，为世界之*。赤泥堆存不但需要一定的基建费用，占用大量土地，而且高碱性、高盐度的赤泥废液造成周边土壤盐碱化，恶化生态环境，并使赤泥中的许多可利用成分得不到合理利用，造成资源的二次浪费，严重地阻碍了铝工业的可持续发展。
　　1.2.2赤泥组成特征
　　表1.1为世界不同国家的赤泥主要成分调研结果，表1.2为我国赤泥主要成分分析结果。国内外铝土矿因矿物成分及品位不同而采用不同的氧化铝生产工艺，其中澳大利亚铝土矿为三水铝石和一水软铝石，采用拜耳法生产工艺；国内山东样品为烧结法赤泥，河南与云南样品为拜耳法赤泥，山西样品为联合法赤泥。从表1.3可以看出，不同生产方法产生的赤泥的矿物组成有明显差异。
　　不同来源的赤泥主要成分基本相同，分别为Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO、Na2O、TiO2 等，由表1.1可以看出各赤泥化学组分因样品来源、氧化铝的生产工艺、生产过程中加入的添加剂等的不同而有所不同；拜耳法赤泥中 Fe2O3、Al2O3、Na2O 的含量比烧结法赤泥或联合法赤泥高，CaO、SiO2 的含量相对较低；大量的金属氧化物使赤泥pH保持在12～14［8］。
　　1.3赤泥的环境危害
　　1.3.1赤泥污染水环境
　　由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH仍为11.25～11.50（原土pH为12以上），极高的pH决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性［9］。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH升高，以致超出国家规定的相应标准，同时由于pH的升高，会影响水中化合物的毒性，因此还会造成更为严重的水污染。一般认为碱含量为30～400mg/L是公共水源的适合范围，而赤泥附液碱度高达26 348mg/L，如此高碱度的赤泥附液进入水体，其对生态环境的不良影响必须引起人们的高度重视。
　　1.3.2赤泥占用土地
　　在我国，每生产1t 氧化铝就会产生1.0～1.8t赤泥。目前国内赤泥累积堆存已远超13亿t，占地面积可达12万亩1亩≈666.67m2。。赤泥堆存不但需要一定的基建费用，占用大量土地，而且高碱性、高盐度的赤泥废液造成周边土壤盐碱化，恶化生态环境［10］。目前国内外氧化铝厂大多将赤泥输到堆场，筑坝湿法堆存，靠自然沉降分离回收利用部分碱液。另一种方法是将赤泥干燥脱水后堆存，这虽然减少了堆存量且可增加堆存的高度，但处理成本增加，并仍需占用土地，同时南方雨水充足，也容易造成土地碱化及水系的污染。
　　1.3.3赤泥带来生态危害
　　高碱性、高盐度的赤泥废液会渗入地表，通过渗透作用，高碱性的废液会使周边土壤盐碱化。盐碱化程度越高，理化性状就越差，湿润时容易膨胀、泥泞、分散，干燥时则收缩、坚硬、板结，通气和透水性能都特别差［11］。高盐碱度的土壤溶液浓度增大，溶液的渗透压增高，从而引起植物的生理干旱，使植物脱水而死。赤泥废液还会渗入地表水，增大地表水的碱度，从而危害人类以及水生生物的生态环境（图1.3）。

目录
前言
第1章　赤泥来源与环境危害　1
1.1　氧化铝生产工艺概况　1
1.1.1　铝土矿来源及禀赋　1
1.1.2　常见的氧化铝生产工艺　2
1.2　赤泥来源及特征　3
1.2.1　赤泥来源及产量　3
1.2.2　赤泥组成特征　3
1.3　赤泥的环境危害　5
1.3.1　赤泥污染水环境　5
1.3.2　赤泥占用土地　5
1.3.3　赤泥带来生态危害　5
参考文献　6
第2章　赤泥资源化原理与进展　7
2.1　赤泥脱硫脱硝原理　7
2.1.1　赤泥脱硫原理　7
2.1.2　赤泥脱硝原理　14
2.1.3　脱硫液相资源化原理　14
2.2　添加剂强化脱硫脱硝原理　15
2.2.1　无机添加剂脱硫脱硝　15
2.2.2　有机添加剂脱硫脱硝　18
2.3　赤泥中多金属回收原理　19
2.3.1　液相回收途径及原理　20
2.3.2　固相回收途径及原理　21
2.3.3　其他回收途径及原理　22
2.4　赤泥基环境材料制备原理　24
2.4.1　环境材料制备途径　24
2.4.2　催化与吸附原理　25
2.5　相关技术及研究进展　30
2.5.1　赤泥脱硫脱硝研究进展　30
2.5.2　添加剂强化赤泥脱硫脱硝进展　32
2.5.3　赤泥基吸附剂研究进展　39
参考文献　41
第3章　赤泥强化脱硫脱硝技术　52
3.1　原赤泥矿浆脱硫技术　53
3.1.1　赤泥湿法脱硫技术简介　53
3.1.2　原赤泥脱硫影响因素研究　55
3.1.3　原赤泥脱硫硫容测算　60
3.1.4　原赤泥脱硫研究结论　64
3.2　臭氧耦合赤泥矿浆脱硫技术　64
3.2.1　试验设备准备　64
3.2.2　工艺参数对脱硫脱硝的影响　68
3.2.3　赤泥物相变化分析　76
3.2.4　反应前后元素含量变化　81
3.2.5　臭氧耦合赤泥脱硫脱硝结论　83
3.3　泥磷/黄磷产臭氧耦合赤泥脱硝技术　83
3.3.1　实验材料准备　83
3.3.2　黄磷激发臭氧的生成规律　86
3.3.3　黄磷激发O3耦合赤泥脱硝影响因素　89
3.3.4　黄磷激发O3耦合赤泥脱硝响应面优化　97
3.3.5　黄磷激发O3耦合赤泥脱硝结论　103
3.4　泥磷/黄磷耦合赤泥同步脱硫脱硝技术　104
3.4.1　影响耦合体系脱硫脱硝因素探讨　104
3.4.2　动力学与热力学探讨　109
3.4.3　表征分析及机理探讨　112
3.4.4　泥磷/黄磷耦合赤泥同步脱硫脱硝结论　123
3.5　抗坏血酸钠耦合赤泥脱硫脱硝技术　125
3.5.1　实验材料、仪器及分析方法　125
3.5.2　抗坏血酸钠耦合赤泥影响脱硫脱硝因素研究　127
3.5.3　脱硫过程测试表征分析　134
3.6　赤泥资源化脱硫脱硝工程示范　142
3.6.1　赤泥脱硫中试试验研究　142
3.6.2　赤泥脱硫调质示范工程研究　148
3.6.3　赤泥脱硫示范工程优化研究　155
3.6.4　实验室与示范工程对比研究　160
3.7　赤泥脱硫脱硝总结与展望　164
3.7.1　赤泥脱硫脱硝总结　164
3.7.2　赤泥资源化脱硫脱硝展望　165
参考文献　166
第4章　赤泥提取金属与环境材料制备技术　171
4.1　赤泥中有价金属提取技术　171
4.1.1　脱硫赤泥酸浸回收铁铝　171
4.1.2　浸出动力学研究　174
4.1.3　铁铝的沉淀与分离　176
4.1.4　酸碱结合铁铝回收　182
4.1.5　赤泥中提铝回收技术总结　190
4.2　赤泥提铁制备铁碳吸附材料　191
4.2.1　赤泥酸浸分步提铁　191
4.2.2　铁碳复合材料制备　198
4.3　赤泥固化重金属制备微晶玻璃　204
4.3.1　赤泥基微晶玻璃制备过程　204
4.3.2　固化重金属与制备微晶玻璃耦合因素　205
4.4　赤泥提铁制备铁碳吸附材料　211
4.4.1　吸附材料制备　211
4.4.2　PEG添加量优化研究　212
4.4.3　焙烧过程参数优化研究　213
4.4.4　吸附剂表征分析　214
4.4.5　吸附剂表征分析结论　217
4.5　有价金属的提取存在的问题探讨　218
4.5.1　存在的技术问题　218
4.5.2　存在的经济性问题　219
4.5.3　可能的解决途径探讨　220
参考文献　220
第5章　赤泥基环境材料多途径利用技术　223
5.1　赤泥基环境材料研究进展　223
5.1.1　废气净化材料进展　223
5.1.2　赤泥基废水净化材料进展　225
5.1.3　赤泥基固废稳定化材料进展　227
5.1.4　赤泥基生态修复材料进展　228
5.2　赤泥基铁碳材料吸附重金属技术　229
5.2.1　Fex Oy-BC(RM)对Cd(Ⅱ)的吸附参数的确定　229
5.2.2　Fex Oy-BC（RM）吸附Cd（Ⅱ）响应面优化实验　231
5.2.3　FexOy-BC（RM）吸附动力学与热力学　237
5.3　赤泥基吸附剂净化羰基硫技术　244
5.3.1　工艺技术运行设计与计算　244
5.3.2　原赤泥对COS的吸附效果　245
5.3.3　净化羰基硫影响因素研究　247
5.3.4　羰基硫吸附动力学与过程分析　255
5.4　水热体系制药废水资源化研究　260
5.4.1　赤泥催化剂有效性实验　260
5.4.2　影响催化活性的因素探讨　262
5.4.3　赤泥催化剂活性稳定性实验　269
5.4.4　小结　270
5.5　赤泥其他开发利用途径　271
5.5.1　肥料化研究　271
5.5.2　土壤修复材料研究　275
5.5.3　赤泥建材化研究进展　278
5.5.4　赤泥土壤化研究进展　286
参考文献　290
第6章　赤泥资源化技术瓶颈与趋势　301
6.1　赤泥大规模利用的瓶颈探讨　301
6.1.1　高碱性的制约　301
6.1.2　复杂成分的制约　302
6.1.3　赤泥大规模利用技术瓶颈　302
6.1.4　市场困惑和扶持政策缺失　304
6.2　赤泥综合利用的相关政策　304
6.3　赤泥大规模消纳前景展望　305
6.3.1　资源化综合利用将成为主流技术　305
6.3.2　赤泥综合利用标准将陆续颁布实施　306
参考文献　307