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赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的尾渣,因其含有大量的赤铁矿而成红褐色,外观像泥水,故称之为赤泥。依據铝土矿品位及采用的生产工艺的不同,赤泥可分为三种主要类型:拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥。不同生产工艺所产生的赤泥的矿物质存在一定的差异。
目前赤泥综合利用仍属于世界难题,国际上对于赤泥大规模处置的方法主要是通过建设赤泥堆场,进行长期堆放。赤泥堆场的建设依据其所处地理位置的不同而不同:在山区可利用山谷深坑等地形建设;在平原地区可采用在平地上推出深坑建设;在临海地区采用管道直接输入深海中,使其自然沉积于海底等方法。
赤泥的运用现状
国外对于赤泥的综合利用虽然研究较早,但运用并不多,而赤泥高产国如美国、澳大利亚、巴西等,均为地广人稀地区,对赤泥的利用主要还是采用堆存的方式,主要体现在以下几个技术方面。
一是改良堆存方式,用于农业复垦。
澳大利亚储有丰富的优质铝土矿资源,氧化铝产量位长期位居世界第一,直到2015年才被中国超越。澳大利亚所有氧化铝厂均采用拜耳法生产工艺,产生的赤泥具有很高的碱性,为了防止碱性滤液的渗透,采用大规模的干燥处理作业,强化赤泥脱水和蒸发。这种处理方法既能减少环境污染,又能减少湿法堆存较高的基建投资,有利于降低生产成本。同时在这种干堆的赤泥堆上,堆上一定厚度的表土,种上植被进行复垦。同时,澳大利亚还将赤泥用于酸性土壤的改良。赤泥加入量从11%-50%可以使酸性土壤的pH值从4提高到pH值6-7,有效改良土壤 。
美国凯撒铝和化学公司经过多年研究开发出两种赤泥产品。一种是填充废料覆盖层,就是采用向拜耳赤泥中加入粘结剂,以助于赤泥的输送和土工技术;另一种是作为吸收剂,吸附液体的能力可和某些工业固体物料竞争。这两种赤泥制品的开发利用,不仅解决了由于赤泥筑坝所带来的环境污染问题,还提高了氧化铝厂的经济效益。
二是用于提取金属。
美国是世界上第三大氧化铝生产国,采用拜耳法生产,所产赤泥含有大量的氧化铁、氧化铝和碱。美国很早就提出了利用赤泥生产铁的方法,用还原焙烧处理赤泥,将赤泥含水率控制在30%以下,再自然蒸发,干赤泥在还原气氛下流态化焙烧,氧化铁转化成磁铁矿,经过磁性分离制成高纯冶金团块。匈牙利、日本、德国、加拿大、俄罗斯等国对赤泥的性质及从中提取铁铝的方法也进行了大量的研究。
三是用于建筑材料。
俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥,生料中赤泥配比达14%。日本三井氧化铝公司以赤泥为铁质原料配入水泥生料,赤泥利用量达到5-20 kg/t。还曾将赤泥用作道路基层材料,俄罗斯沃尔霍夫、阿钦和卡列夫氧化铝厂以霞石为原料,利用产生的赤泥生产水泥,进行石灰石、赤泥两组分配料试验,水泥可利用赤泥629 kg/t-水泥至795 kg/t-水泥,为烧结法赤泥的综合利用开辟了有效途径。日本和美国曾用赤泥制造人工轻骨混凝土,其强度比天然卵石混凝土高。德国将赤泥掺混沥青混凝土中,改善了沥青混凝土路面使用性能。
四是作为功能性材料使用。
赤泥在西班牙的工业催化应用Fernando Diez等人在早期的研究中,考虑到拜耳法赤泥含有较大量的氧化铁和氧化钛,将赤泥直接硫化活化后,即可作为氢化催化剂。硫化赤泥在与未经硫化赤泥的比较,具有明显加快了蒽油氢化的反应时间,并且更加具有选择性。国内对赤泥的运用较为类似,也是从以上几个方向出发,具体包括以下三个方面:一是有价金属的提取和回收,如浸出沉淀提铝,磁化焙烧选铁,酸浸提取钪、钛、钒等稀有金属;二是建筑材料的制备,如制备免烧砖、烧结砖和水泥等;三是用作功能性材料,如作为脱硫剂、废水处理的脱碱剂、塑料加工的填料,农业复垦等。
发展建议
(一)积极进行赤泥综合利用产业化,完善企业产业链
赤泥的综合利用一直是困扰氧化铝行业的世界性难题,目前贵州省赤泥的利用方式主要是采用堆放储存的模式,这种方式不仅占用大量土地,且容易对生态环境造成危害。随着我国对可持续发展、循环经济和绿色经济的重视程度的不断提高,环保的要求也越来越严格。
对于企业来说,现存的赤泥的露天筑坝堆存的利用方式,需要较高的建造成本,此外,为了防止赤泥中的碱水污染地下水源,还需要对于赤泥堆存要做好防渗等工作,也需要较高的维护成本。据了解,赤泥坝的平均年维护成本大约在1000万元/年,对于企业来说也是一笔不小的成本。
综合上述因素,企业对于赤泥资源化综合利用的需求也日益强烈。基于对赤泥综合利用的技术的研究,建议企业加快使用目前赤泥利用领域产业化前景较好的技术,如赤泥作为路基材料、赤泥作为烧结砖、免烧砖材料,加强相关技术的合作研发,加快上述相关技术的产业化步伐,加快转变企业固有的发展模式,积极探索赤泥综合利用的产业化道路,本着“化害为利、变废为宝”的循环经济发展模式,实现环境效益、社会效益和经济效益的统一。
此外,通过多元化的发展模式,加强节能管理,依靠技术进步,进行节能技术改造,积极开展技术创新工作,完善企业产业链条,增加企业副产品附加值,一方面有助于企业节约环保成本,另一方面增强企业的整体竞争力,打造可持续发展经济链。
(二)加大研发力度,注重攻克产业化瓶颈
1.加大省内机构合作,加强产学研合作
通过对赤泥综合利用产业相关技术的产学研合作分析,我们可以认识到,对于我国赤泥综合利用产业而言,目前存在产学研合作比例相对较低的问题。然而,产学研合作对于攻克产业瓶颈难题,促进产业快速发展具有不可忽视的重要作用,特别是在产业发展的前期阶段,还存在着很多根本性的机理性问题或瓶颈问题亟待解决。
2.借鉴省外技术优势,注重技术引进合作
虽然目前贵州省拥有一定的技术储备,但主要的优势还在于将赤泥用于筑坝的技术以及针对性解决贵州赤泥放射性的相关技术,对于能实质上大量消耗赤泥的相关技术,如将赤泥用于路基材料、用于制作免烧砖和烧结砖等建筑材料方面的技术,相比于全国其他省份,研究仍相对较少。对于亟待解决的赤泥问题,不妨考虑借鉴引进其他省市的相关优势技术,特别是目前已经得到产业化或产业化前景较好的技术,形成省内外优势互补,实质上解决赤泥利用的大难题。
(三)注重创新保护,完善专利布局
1.加强专利布局和运用,形成专利保护网
从检索到的专利数据来看,目前我国赤泥的综合利用行业的专利主要都是来自中国的中国专利,较少在国外布局,这主要是由于各地域的赤泥成分差异较大,相关专利技术并不能完全通用,因此专利地域布局广泛的专利相对较少。
然而,将企业自身技术优势通过知识产权进行有效保护,是现代化企业在产业化进程中巩固优势的必要手段。从兼顾经济效益和保护力度的角度来看,对于附加值较低,且销售半径较小的产品技术,由于用于出口的可能性较低,建议只在中国国内进行专利布局。
对于企业的核心技术,目前看到的情况是一般只申请1-2件专利,未形成有效的专利布局保护网络,建议从多角度,大范围进行保护,为该技术进行后续产业化,或企业利用该专利技术进行运营、许可和合作方面打下基础。
2.有效利用专利资源,节约企业成本
针对赤泥领域相关专利的有效性来看,该领域专利的普遍失效率是比较高的,平均失效率达60%以上。失效专利是一种重要的信息资源,且其技术为无偿使用,合理开发和应用的情况下,其可以为企业的技术发展带来价值。因此,企业可重点关注本报告附表中的重要失效专利技术,对于已经失效的专利可以对其技术进行重点研究、利用,除了能够节省研发成本外,还可能快速攻破技术上的难题。
目前赤泥综合利用仍属于世界难题,国际上对于赤泥大规模处置的方法主要是通过建设赤泥堆场,进行长期堆放。赤泥堆场的建设依据其所处地理位置的不同而不同:在山区可利用山谷深坑等地形建设;在平原地区可采用在平地上推出深坑建设;在临海地区采用管道直接输入深海中,使其自然沉积于海底等方法。
赤泥的运用现状
国外对于赤泥的综合利用虽然研究较早,但运用并不多,而赤泥高产国如美国、澳大利亚、巴西等,均为地广人稀地区,对赤泥的利用主要还是采用堆存的方式,主要体现在以下几个技术方面。
一是改良堆存方式,用于农业复垦。
澳大利亚储有丰富的优质铝土矿资源,氧化铝产量位长期位居世界第一,直到2015年才被中国超越。澳大利亚所有氧化铝厂均采用拜耳法生产工艺,产生的赤泥具有很高的碱性,为了防止碱性滤液的渗透,采用大规模的干燥处理作业,强化赤泥脱水和蒸发。这种处理方法既能减少环境污染,又能减少湿法堆存较高的基建投资,有利于降低生产成本。同时在这种干堆的赤泥堆上,堆上一定厚度的表土,种上植被进行复垦。同时,澳大利亚还将赤泥用于酸性土壤的改良。赤泥加入量从11%-50%可以使酸性土壤的pH值从4提高到pH值6-7,有效改良土壤 。
美国凯撒铝和化学公司经过多年研究开发出两种赤泥产品。一种是填充废料覆盖层,就是采用向拜耳赤泥中加入粘结剂,以助于赤泥的输送和土工技术;另一种是作为吸收剂,吸附液体的能力可和某些工业固体物料竞争。这两种赤泥制品的开发利用,不仅解决了由于赤泥筑坝所带来的环境污染问题,还提高了氧化铝厂的经济效益。
二是用于提取金属。
美国是世界上第三大氧化铝生产国,采用拜耳法生产,所产赤泥含有大量的氧化铁、氧化铝和碱。美国很早就提出了利用赤泥生产铁的方法,用还原焙烧处理赤泥,将赤泥含水率控制在30%以下,再自然蒸发,干赤泥在还原气氛下流态化焙烧,氧化铁转化成磁铁矿,经过磁性分离制成高纯冶金团块。匈牙利、日本、德国、加拿大、俄罗斯等国对赤泥的性质及从中提取铁铝的方法也进行了大量的研究。
三是用于建筑材料。
俄罗斯第聂伯铝厂利用拜耳法赤泥生产水泥,生料中赤泥配比达14%。日本三井氧化铝公司以赤泥为铁质原料配入水泥生料,赤泥利用量达到5-20 kg/t。还曾将赤泥用作道路基层材料,俄罗斯沃尔霍夫、阿钦和卡列夫氧化铝厂以霞石为原料,利用产生的赤泥生产水泥,进行石灰石、赤泥两组分配料试验,水泥可利用赤泥629 kg/t-水泥至795 kg/t-水泥,为烧结法赤泥的综合利用开辟了有效途径。日本和美国曾用赤泥制造人工轻骨混凝土,其强度比天然卵石混凝土高。德国将赤泥掺混沥青混凝土中,改善了沥青混凝土路面使用性能。
四是作为功能性材料使用。
赤泥在西班牙的工业催化应用Fernando Diez等人在早期的研究中,考虑到拜耳法赤泥含有较大量的氧化铁和氧化钛,将赤泥直接硫化活化后,即可作为氢化催化剂。硫化赤泥在与未经硫化赤泥的比较,具有明显加快了蒽油氢化的反应时间,并且更加具有选择性。国内对赤泥的运用较为类似,也是从以上几个方向出发,具体包括以下三个方面:一是有价金属的提取和回收,如浸出沉淀提铝,磁化焙烧选铁,酸浸提取钪、钛、钒等稀有金属;二是建筑材料的制备,如制备免烧砖、烧结砖和水泥等;三是用作功能性材料,如作为脱硫剂、废水处理的脱碱剂、塑料加工的填料,农业复垦等。
发展建议
(一)积极进行赤泥综合利用产业化,完善企业产业链
赤泥的综合利用一直是困扰氧化铝行业的世界性难题,目前贵州省赤泥的利用方式主要是采用堆放储存的模式,这种方式不仅占用大量土地,且容易对生态环境造成危害。随着我国对可持续发展、循环经济和绿色经济的重视程度的不断提高,环保的要求也越来越严格。
对于企业来说,现存的赤泥的露天筑坝堆存的利用方式,需要较高的建造成本,此外,为了防止赤泥中的碱水污染地下水源,还需要对于赤泥堆存要做好防渗等工作,也需要较高的维护成本。据了解,赤泥坝的平均年维护成本大约在1000万元/年,对于企业来说也是一笔不小的成本。
综合上述因素,企业对于赤泥资源化综合利用的需求也日益强烈。基于对赤泥综合利用的技术的研究,建议企业加快使用目前赤泥利用领域产业化前景较好的技术,如赤泥作为路基材料、赤泥作为烧结砖、免烧砖材料,加强相关技术的合作研发,加快上述相关技术的产业化步伐,加快转变企业固有的发展模式,积极探索赤泥综合利用的产业化道路,本着“化害为利、变废为宝”的循环经济发展模式,实现环境效益、社会效益和经济效益的统一。
此外,通过多元化的发展模式,加强节能管理,依靠技术进步,进行节能技术改造,积极开展技术创新工作,完善企业产业链条,增加企业副产品附加值,一方面有助于企业节约环保成本,另一方面增强企业的整体竞争力,打造可持续发展经济链。
(二)加大研发力度,注重攻克产业化瓶颈
1.加大省内机构合作,加强产学研合作
通过对赤泥综合利用产业相关技术的产学研合作分析,我们可以认识到,对于我国赤泥综合利用产业而言,目前存在产学研合作比例相对较低的问题。然而,产学研合作对于攻克产业瓶颈难题,促进产业快速发展具有不可忽视的重要作用,特别是在产业发展的前期阶段,还存在着很多根本性的机理性问题或瓶颈问题亟待解决。
2.借鉴省外技术优势,注重技术引进合作
虽然目前贵州省拥有一定的技术储备,但主要的优势还在于将赤泥用于筑坝的技术以及针对性解决贵州赤泥放射性的相关技术,对于能实质上大量消耗赤泥的相关技术,如将赤泥用于路基材料、用于制作免烧砖和烧结砖等建筑材料方面的技术,相比于全国其他省份,研究仍相对较少。对于亟待解决的赤泥问题,不妨考虑借鉴引进其他省市的相关优势技术,特别是目前已经得到产业化或产业化前景较好的技术,形成省内外优势互补,实质上解决赤泥利用的大难题。
(三)注重创新保护,完善专利布局
1.加强专利布局和运用,形成专利保护网
从检索到的专利数据来看,目前我国赤泥的综合利用行业的专利主要都是来自中国的中国专利,较少在国外布局,这主要是由于各地域的赤泥成分差异较大,相关专利技术并不能完全通用,因此专利地域布局广泛的专利相对较少。
然而,将企业自身技术优势通过知识产权进行有效保护,是现代化企业在产业化进程中巩固优势的必要手段。从兼顾经济效益和保护力度的角度来看,对于附加值较低,且销售半径较小的产品技术,由于用于出口的可能性较低,建议只在中国国内进行专利布局。
对于企业的核心技术,目前看到的情况是一般只申请1-2件专利,未形成有效的专利布局保护网络,建议从多角度,大范围进行保护,为该技术进行后续产业化,或企业利用该专利技术进行运营、许可和合作方面打下基础。
2.有效利用专利资源,节约企业成本
针对赤泥领域相关专利的有效性来看,该领域专利的普遍失效率是比较高的,平均失效率达60%以上。失效专利是一种重要的信息资源,且其技术为无偿使用,合理开发和应用的情况下,其可以为企业的技术发展带来价值。因此,企业可重点关注本报告附表中的重要失效专利技术,对于已经失效的专利可以对其技术进行重点研究、利用,除了能够节省研发成本外,还可能快速攻破技术上的难题。