氢氧化铝生产中赤泥的处理与处置

韩福彬 赵睿明

摘要：对于拜耳法生产过程中产生的赤泥采用干法堆存，应考虑渣场方案选择、渣场的布局及防渗、坝工设计等内容。并对其可能产生的风险事故做好预防措施。

关键词：拜耳法赤泥干法堆存渣场防渗

1、概述

电解铝产业是我国重要的产业之一，而从铝土矿到电解铝分为两个大的工艺流程，氧化铝生产和电解铝的生产。其中氧化铝的生产目前普遍采用拜耳法，基本流程包括：矿石的粉碎与细磨，矿石溶出，稀释，分解，泥渣和氢氧化铝的分离洗涤，氢氧化铝的煅烧，碳酸钠的苛性化以及母液蒸发等过程。

在拜耳法生产氢氧化铝过程中，生成的固体废物主要为经过洗涤和压滤后的赤泥（含水率30%左右）、石灰消化产生的消化渣和高压溶出、赤泥分离等工段设备敲击下来的结疤渣。

2、赤泥的处理与处置

2.1 赤泥渣场的选择

对于产生的赤泥等固体废物，目前采用的主要处理处置方式是选取渣场进行堆存，而渣场方案的选择显得十分重要。

赤泥渣场选择应经环境地质调查，对于场地及其外围应未发现滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷、地面沉降及地裂缝等与地质作用有关的地质灾害，场地整体稳定性较好。场地应属抗震有利地段，场地处于抗震设防烈度6度区，场地土除残坡积层外，基本为硬质厚块状岩体所构成。场地、环境、地基和抗振等稳定性均较好，场地建筑适宜性较好。场区水文地质条件简单，地下水埋藏深度较大，对砼和建材无腐蚀性。

2.2 赤泥堆存方法

赤泥干法堆存与传统湿法堆存相比，输送至渣场的赤泥较低，干法赤泥含水只有湿法的1/5～1/6，从而大大降低了赤泥附液渗漏污染环境的风险。赤泥经压滤后（含水率一般在25%～30%）用汽车运输至赤泥渣场进行干法堆存。干法赤泥渣场一般先构筑初期坝，平均坝高10m～15m。在整个渣场内采用分区设库，分区布料、分区进行干燥筑坝，以每级6m的高度向上构筑子坝，不断向上延伸。渣场运行管理的主要内容是实施渣场均匀布料；利用机械辅助干燥赤泥；赤泥分离附液进入回水池后送回氢氧化铝厂内；赤泥子坝外边坡植被绿化护坡。

2.2.1 总体布局

渣场采用斜坡填埋，设置2个分格库区，库区分隔的中间坝在进行中由赤泥形成，每个小区设置2座窗口式排水竖井，收集赤泥附液河库区垂直降雨。每个库区底部整平标高坡向排水竖井，渗透到库区底部的赤泥附液由底部滤水层收集到排水竖井。表面分离的赤泥附液和降落到赤泥层表面的雨水通过窗口进入排水竖井。整个渣场底部设置钢筋线排水廊道，连接各库区排水竖井。

2.2.2 坝工设计

坝工设计包括初期坝、中间坝和子坝三种。初期坝坝高按至少满足3年库容设计；中间坝为碾压式赤泥坝，用于分隔各库区，为节约基建投资，增加渣场库容，中间坝可不采用土石坝，而是由渣场管理部门在生产运行中逐步构筑；各库区初期坝堆满后，将轮流进行赤泥子坝填筑，包括中间子坝和子外坝。子外坝完成后即可投入运行。

子坝填筑前，需对做为子坝坝基的赤泥层进行加固处理，直至2m深度内坝基干容重满足1.8g/m3的控制要求。子坝坝顶路面应以1%坡度坡向外坡面。坝脚设置400mm宽浆砌石排水沟，收集子坝坡面雨水，并用钢管沿初期坝外坡面排出库外。子坝全部完成后，内坡面应及时放料形成保护层。外坡面应先铺设300mm厚腐殖土，再种植草皮，保护外坡面。

在坝的下部设一收集水池，用于收集赤泥渗滤液。收集的渗滤液由防腐槽车运回厂区内，经污水处理站处理后回用于生产系统。

2.3 赤泥渣场防渗

防渗层采用耐碱复合土工膜（两布一膜，膜厚1.5mm，总厚度不小于4.2mm）。土工膜上部设置保护层，下部设施垫底。渗透系数可小于1×10-12cm/s。此衬层系统除具有达到防渗标准外，还具有抗化学反应性、持久性、抗渗透性、沉降变形时抗断裂性及施工方便等特性。

垫层采用300～500mm厚压实粘土层，粘土层下铺设300g/m2透水土工布，保护垫层免受地下水侵蚀、淘空。保护层采用300～500mm厚压实粘土层，保护层粘土采用场平中产生的场地除耕植层外的原有第四系覆盖土。

2.4 渣场封场

在渣场停止使用后顶面覆盖一层粘土（500mm）并压实，减少地表径流进入压实赤泥层，影响赤泥层强度。粘土层上覆盖一层自然图（500mm），再根据需要覆一层营养土（200mm），土表面进行绿化，总覆土厚度1m。2～3年后，渣场基本固结稳定后可作为经济林用地或其他城市规划用地，恢复原有生态环境。

3、渣场风险事故防范

3.1 防护措施

3.1.1 渣场周边坡防护

渣场外边坡是影响固废库的重要环节。应注意保持库外边坡和山体的稳定。强化防止产生滑坡泥石流的工程措施，主要是建好护坡。

3.1.2 固废堆积

堆放场地要充分考虑固废堆存对固废堆场基地的压力分配均匀。要避免固废压力向某一个方位倾斜，避免拦渣坝因受力不均导致拦渣坝变形、位移，并导致在不利气候条件，轻度地震或其他不利情况下发生拦渣坝坍塌的风险。

3.1.3 尾矿库设施防护

对因地基问题引起排洪设施倾斜、沉陷断裂和裂缝的，应及时进行加固处理，必要时，可新建排洪设施；对地基情况不明的，禁止盲目设计；对停用的排水井，应按设计要求进行严格封堵；对坝体浸润线过高、抗滑稳定性不足的，应增设排渗降水设施。

3.2 风险防范

3.2.1 暴雨风险防范

对防洪、调洪能力不足的，要应用当地最新版本水文手册中的小流域或特小流域参数重新进行洪水计算和调洪演算。经计算确认尾矿库防洪能力不足时，应采取增大调洪库容或扩大排洪能力的措施。

3.2.2 地震风险防范

设计上应进行专门实验研究，采取可行措施，降低浸润线；废石压坡，增加压重；加密壩体，提高相对密度。