赤泥堆场干法改造.pdf

赤泥堆场干法改造 田 跃 中铝国际贵阳铝镁设计研究院, 贵州 贵阳 550003 摘要 介绍赤泥干法堆存的必要性和设计原理。 根据节约土地、可持续发展、重复利用资源的原则, 对于已有湿法堆 场的干法改造提出了方法和建议。 关键词 赤泥 干法 堆场设计与改造 0 引言 我国工业生产氧化铝采用碱浸法, 其原理是用苛 性钠溶液在高温下溶解铝土矿中的氧化铝,得到铝酸 钠溶液 。溶液与残渣 赤泥 分离后 ,降低温度 ,其中 氧化铝成为过饱和 ,加入氢氧化铝作晶种 ,经长时间 搅拌, 溶液中的Al2O3成为氢氧化铝沉淀析出 ,洗净, 并在 950 ～ 1 200 ℃下煅烧, 便得到氧化铝成品。处 理铝土矿的溶出温度在 240 ～ 260 ℃, 溶出液的碱浓 度 以 Na2Ok浓度计 180～ 250 g L 。 氧化铝的生产会排出大量的赤泥, 一般每生产 1 t氧化铝产出赤泥 1 ～ 1. 4 t , 目前大都采取露天堆 存。赤泥中的主要化合物为硅、铁 、钙等的氧化物。 因含氧化铁而染红色 ,故名“赤泥” 。采用碱浸法生产 氧化铝分离出的赤泥经多次洗涤后, 还残留大约 0. 5 的“苛性钠” 。即每1 t赤泥当中含 Na OH 约 5 kg 。露天堆存的赤泥一旦泄漏会给环境带来严重 污染 。赤泥堆场内被赤泥作用过的水排泄到自然环 境中也会给周围水环境带来严重污染 。我国铝矿一 般埋藏在二 、 三叠系石灰岩中, 氧化铝厂及其赤泥堆 场大多建在石灰岩地区, 堆场防渗漏往往是堆场建设 中花钱多且不宜处理好的问题。改湿法排放为干法 排放, 使赤泥在堆场内干堆存, 是防止环境污染的有 效措施。 1 赤泥输送系统与干 、 湿法赤泥堆场 根据输送赤泥的设备水平 ,现在运行的赤泥堆场 有“湿法”和“干法”两种主要的堆积方式 。 1 湿法赤泥堆场。输送赤泥采用泥浆泵, 赤泥 进入堆场时呈泥浆状。进入堆场后 , 赤泥向下沉积, 大量的赤泥水 “赤泥附液” 被贮存在库内。“湿法” 赤泥堆场的“库”近似于“水库” ,它对“初期坝” 、 “库岸 防渗漏”等水工建 、 构筑物的要求都相对较高。湿法 赤泥堆场需先建设有一定储存年限 、 且不透水的初期 坝。当采取类似“水力充填”的方法排放赤泥浆,在初 期坝前形成可供向上加高的“赤泥干滩”后,再向上堆 坝,以此来获得更多的赤泥堆积库容 。 2 干法赤泥堆场 。输送赤泥采用隔膜泵或汽车 运输 ,赤泥进入堆场时呈稠状 形象称为“牙膏状” 或 更干 经“压滤”后可接近塑限含水量 。赤泥进入堆 场后需借助日晒和空气干燥, 使其含水量降到塑限以 下形成堆积能力 ,然后用推土机等施工设备象堆土一 样把赤泥堆积起来。干法赤泥堆场“赤泥附液”的作 用不大,一般对初期坝的要求不高。对周围环境所构 成的污染也比湿法赤泥堆场小很多 。 氧化铝生产工艺不同 ,有“拜尔法”和“烧结法”两 种,所排出的赤泥的力学性质也有所不同 。烧结法赤 泥中的成分除硅 、 铁等主要元素外, 氧化钙的含量较 高,有硅酸二钙 、 硅酸三钙 、 铝酸三钙等水泥的有效矿 物成分,在水中会向水泥一样凝结, 具有所谓的“水硬 性” ,在水下也能形成堆积能力。拜尔法赤泥的力学 性质则与淤泥接近 ,随着含水量的增加而由硬变软。 当含水量超过某一界限以后 ,拜尔法赤泥就接近 或 成为 液体 ,丧失了堆积能力。 我国较早期设计投产的氧化铝赤泥堆场均采用 “湿法” ,它对于具有“水硬性”的烧结法赤泥有着良好 的适用性。20世纪 90 年代初 ,我国在苹果铝厂建设 中从国外引进了 GEHO 泵和高压管道输送流塑状赤 泥的设备和方法 , 赤泥在输送过程中的含水量在 65 左右, 进入堆场后经过晾晒含水量可以降到 30左右 。苹果铝厂采用的是拜尔法工艺 ,在干法堆 存赤泥方面也取得了成功的经验。 2 赤泥干法处理 赤泥中水的多少有含水率 moisture 、含水量 40 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 water content 、液固比、 固含 dry solid 等许多种表示 方法 。我国建筑行业将含水量作为土中水分含量多 少的标准表示方法, 在此即采用这一指标作为赤泥含 水量设计指标。 赤泥滤干设备有沉降槽 , 过滤机 包括真空转毂 和加压式过滤机 ,压滤机等。各种设备处理赤泥的 能力除与设备的工作原理 、 质量和可操作性能等有关 外,还与所处理的赤泥有关。不同生产工艺 或流程 产出的赤泥的粒度乃至化学性能有所不同,会直接影 响到赤泥的压滤性能 。几种设备处理赤泥的含水量 指标如表 1。 表 1 不同设备处理赤泥的含水量 沉降槽过滤机压滤机 80～ 10060～ 8045～ 65 苹果氧化铝厂采用过滤机处理赤泥 , 含水量在 60～ 65。为了隔膜泵输送方便, 有时还需略加一 些水。赤泥进入堆场的设计含水量为 65。过滤机 处理赤泥的能力为 300 ～ 500 kg m 2h 。采用过滤 机处理赤泥的优点是处理速度快 , 所需设备量少, 相 对于压滤机投资低 不含隔膜泵的投资 ; 缺点是处理 后赤泥的含水量偏高 ,需要堆场的晾晒面积相对大。 由于是连续作业 ,滤布需时常清洗, 对烧结法赤泥的 适应性还有待考察与研究 。 我国铝工业行业于 2000 年前后尝试采取压滤机 处理赤泥 。已有的经验表明, 采用压滤机来处理赤泥 所得到的含水量是最低的 。目前我国赤泥压滤都是 采用国产机 ,经过几年来的使用, 基本能够满足使用 要求 。当然也反映出一些不足 ,主要表现在以下几个 方面 ① 处理能力较低 , 厂家最初建议设计处理能力 为45 kg/ m 2 h 以上 , 但 经一段时间 实践平均 30 kg/ m 2h , 效率还达不到煤处理的 30; ②设备 自控功能不可靠 ,“自动还不如手动” ; ③滤布 、 滤板等 耗材经常更换, 多不过数月,少则几天; ④ 赤泥偶尔不 能正常脱落造成边梁或拉链污染导致边梁变形,减低 压滤机的使用寿命; ⑤ 滤布需人工清理 ,往往因“操作 不当”而损坏滤布乃至滤板,影响使用寿命; ⑥由于处 理的是拜尔法赤泥, 含水量一般在 50左右 , 较之煤 炭工业滤饼含水量 19～ 25还有很大差距 ; ⑦大 型氧化铝厂的赤泥压滤量大, 希望单机处理能力大。 有一些国产机虽然滤板面积大 , 滤室滤板多 ,但效果 不明显 。滤室多 ,但进料不能满足要求 , 造成有部分 滤腔不进料 ; 滤板多 , 但张合速度慢, 加长了循环时 间; 这些都极大地降低了压滤机的生产能力 ,使加大 了的压滤机达不到“加大”的设计生产能力。 压滤机的工作程序大致分为闭合滤室 、压力注 料、 压缩空气吹干、 鼓膜挤压、张开滤室卸下滤饼等步 骤。注料压力一般6. 0 bar, 注料时间 10～ 15 min。注 料工序完成后滤室内赤泥的含水量与过滤机处理的 相当 。为了降低含水量, 压滤机带有向滤室内吹压缩 空气的装置 压力12. 0 bar , 吹气时间大约6 min, 将 泥土颗粒间的水分吹出一部分 , 使其含水量降到 45左右。还可以鼓膜 ,鼓膜时间大约6 min ,使滤腔 体积缩小以排除更多的水分 。为此 ,1 台压滤机的实 际工作能力除了与其本身性能和赤泥物料性能有关 外,还与对压滤后赤泥含水量的要求有关 。衡量压滤 机的工作能力除了按单位面积处理量估计外 ,还可以 根据压滤机滤室体积和压滤周期做较为精密的计算。 对滤饼的含水量要求不同 ,不一定每一道程序都要进 行,这样还可以提高压滤机的工作效率。 3 干赤泥的运输与堆存 赤泥稠度指标如表 2。国外设计建议赤泥含水 量在堆场内降到塑限以下方可稳定堆积 尤其是拜尔 法赤泥 ,干燥后遇水还可能软化 。从目前掌握的力 学指标分析 ,混合赤泥在接近塑限的可塑状态时应该 可以稳定堆积。 表 2 赤泥的稠度指标 赤泥种类 液限 WL 塑限 WP 塑性指数 IP 最优含水量 Wd 最大干密度 Pd gcm- 3 烧结法赤泥45351035 . 51 . 19 拜尔法赤泥39271333 . 81. 2 过滤机处理的赤泥含水量较高 ,采用高压隔膜泵 输送 ,通过高压管道进入堆场后沿堆场四周设置排放 口。赤泥经管道口呈稠状 俗称牙膏状 流入堆场内, 并形成一定的排放坡 大约在 2～ 3 。当下大雨 时,雨水随排放坡汇集到堆场积水区, 赤泥表面大部 分时间无积水以便于蒸发和晾晒。压滤机处理后的 赤泥含水量低, 赤泥呈有塌落度状态, 用泵已无法输 送,目前大多用车拉 。压滤赤泥进入堆场后需稍加晾 干然后用施工机械摊开, 并做成排水坡度 ,使雨水排 向积水区, 以保持赤泥表面保持干燥, 便于继续向上 41 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 堆积赤泥 。 随着地理纬度的不同 ,各地的蒸发量不同 。通过 计算分析, 求得考虑降雨影响的年均可蒸发深度, 结 合赤泥中所要蒸发出的水分估计堆场的蒸发能力。 同时, 还要考虑年内降雨 、 蒸发分配的不均制定堆场 分区运行的方法 。 广西苹果铝厂采用过滤机处理赤泥时每生产 1t 氧化铝需1 m 2的蒸发面积, 从 10余年的运行结果看, 可以满足要求 。最好时可达到1 t氧化铝仅需0. 6 m 2 的蒸发面积。根据分析, 在我国南方一般地区采取压 滤机处理赤泥时每生产1 t氧化铝需 0. 3～ 0. 5 m 2的蒸 发面积。从水文气象资料看, 我国北方一般地区可以 向上高出 1. 5～ 2 倍,或者更多。 稳定分析结果表明, 接近塑限的赤泥的堆积坡度 与粉土相当,可陡于 1∶ 1. 5。但从坡面防护 绿化 考 虑,赤泥堆积外坡一般不陡于 1∶ 2. 0。从赤泥运输到 堆场的道路要求出发 ,一般每上升6 m高左右设一道 6 m左右宽的车道 马道 。堆成后的坡段采用块石 或草皮 护坡。 4 对已有赤泥堆场进行干法改造 目前, 随着环境保护要求的提高 , 不少赤泥堆场 有改湿法为干法的要求 。拜尔法赤泥库内的赤泥一 般程软塑或流塑状, 与淤泥相近 。进行干法改造时, 除了要改造赤泥滤干和运输系统外 ,还要对原来的软 弱赤泥进行加固 ,否则将无法原地向上堆积。根据经 验,堆场内的拜尔法赤泥经一段时间晾晒后, 表层 厚 度可达5 m 可呈硬塑状。随着深度增加排水困难 ,深 层赤泥的含水量接近饱和状态 , 承载力很小 ,标准贯 入度可能不到 2 击。可根据碾压式土石坝设计规 范 SL274-2001 第 6. 4. 4 和 2. 0. 8 条等有关规定, 并按照建筑地基处理技术规范 JGJ79 -2002、 J220- 2002 采取处理措施。针对上部荷载 新堆干 赤泥 一般上升速度慢 一年只有几米到十几米 的特 点,从经济角度出发 ,推荐采用排水固结方法 。 参考文献 [ 1] 田跃. 平果铝厂赤泥堆场堆存能力估计. 有色金属, 1996 5 35 -37 [ 2] 田跃, 王福兴, 马尚成. 赤泥堆存的力学特性. 轻金属, 1998 2 32 -34 作者通信处 田跃 550003 贵州省贵阳市北京路 208 号 贵阳铝镁 设计研究院 电话 0851 4898647 E -mail tianyue5851yahoo . com. cn 2007- 12-21 收稿 上接第 39页 其表面不具有人造黏土或页岩陶粒的致密釉质层 ,内 部孔隙完全暴露于骨料的表面 ,骨料的吸水速率和吸 水量高,较难达到普通人造陶粒筒压强度的要求。 2 黏土砖再生骨料可用于配制混凝土或砂浆, 与普通骨料水泥基材料相同, 其抗压强度 、 抗折强度 随龄期延长而提高 ,折压比则随之降低 , 但其后期脆 性可能低于普通骨料水泥基材料。 3 与陶粒混凝土相比 ,黏土砖再生骨料混凝土 表观密度大,抗压强度则低。黏土砖再生骨料低筒压 强度的特性在高水泥用量和后龄期时对混凝土强度 的不利影响更明显。 参考文献 [ 1] 王长生. 再生黏土砖混凝土性能试验. 房材与应用, 2001,29 1 44 -45 [ 2] 范小平. 再生黏土砖骨料混凝土的性能研究. 福建建材, 2006 3 27 -28 [ 3] 曾路春. 废混凝土作粗集料、废砖作细集料制备再生混凝土的 实验研究. 墙材革新与建筑节能,2006 8 35 -36 [ 4] 程海丽. 废砖粉在建筑砂浆中的应用研究. 北方工业大学学报, 2005,17 1 89 -93 [ 5] 胡金鸿, 马嵘. 水灰比对碎砖再生混凝土性能的影响研究. 嘉 兴学院学报, 2003, 15 S1 94 -96 [ 6] 金立虎, 黄军妹. 用废黏土砖集料配制砌块的试验. 建筑砌块与 砌块建筑, 2001 6 17 -19 [ 7] 郝彤, 刘立新, 于秋波, 等. 再生混凝土多孔砖 碎砖配合比实 验及其成型工艺研究. 建筑科学,2006, 22 5 55 -58 [ 8] 王全凤, 柴振岭, 黄奕辉, 等. GFRP 加固砖墙抗震抗剪承载力的 设计公式. 工业建筑, 2006 6 96 -99 作者通信处 严捍东 362021 福建省泉州市城东 华侨大学土木工 程学院 E -mail hdyanhqu. edu. cn 2007- 10-31 收稿 42 环 境 工 程 2008年 8 月第26 卷第4 期 FIELD TRIAL OF LFG COLLECTIONAND STUDY ON ENGINEERING DESIGN PARAMETERS Xu Xuesong Gong Huijuan Chen Zezhi et al 28 Abstract The static and dynamic s of LFG collection field trials in some landfill sites are introduced. The field trial data are analyzed and design parameters of a project are put forward. Keywords landfill gas LFG influence radius TREATMENT OF TANNERY SLUDGE AND STUDY ON ITS REUSE Li Wenbing Hu Xingen Xia Fengyi et al 31 Abstract In the tannery wastewater treatment process, a great deal of tannery sludge will be produced. The sludge contains many contami- nants, such as N, P and K, especially chrome. According to the definition of hazardouswastes, tannery sludge falls into the catalogue of danger - ous solid wastes, it can contaminate water and soil near a tannery factory. Thus well processing of the sludge is very crucial for tannery industry. In this paper, treatments and reuses of the sludge as raw material both at home and abroad are introduced, and the prospect that combustion is a goodway to process tannery sludge, and reuse of the sludge is the best way for China, has been pointed out. Keywords tannery sludge treatment combustion reuse PROCESS SCHEME FORDISPOSAL OF SLUDGE AFTERTREATING WATER FROM A CANAL Zhang Jian 34 Abstract The trestment process of water from Dongguan Canal and the sludge produced in the process are introduced briefly. Considering the characteristic of high contentof aluminum in the sludge, heat treatment and acidleaching were tested for the sludge. Basedonwhich, a practi- cal and effective processing was proposed, i. e.the sludge was first treated by drying and calcination to reduce its weight, and then the valuable metals were recycled. The reuse of sludge iswell solved during the recycling aluminum oxide in the sludge, by which the reuse of solid wastes is realized. Keywords reducing sludge by drying and calcination reuse of solid waste recycling aluminum oxide canal water treatment PROPERTIES OF CLAY BRICK RECYCLED AGGREGATE ITS EFFECTS ON STRENGTH OF CEMENT-BASED MATERIALSYan Handong Chen Xiufeng 37 Abstract The changing law of the physical properties, such as apparent density, bulk density, water -absorbing ratiowithin one hour, poro - sity and void ratio to the clay brick recycled aggregateswith different grain size degree were measured systematically in the paper. On the basis of which, the change pattern with the curing age were testedfor compressive strength of concrete andflexural strength as well as flexural-compressive ratio of mortar prepared with the clay brick recycled aggregate.As compared to the comparable ceramsite concrete, the clay brick recycled ag - gregate concrete had higher apparent density and lower compressive strength because of physical properties and low strength of recycled aggregate, by comparing the compressive strength at different curing age betweenthree sets of recycled aggregate concrete and ceramsite concrete with differ - ent cement content respectively . The disadvantageous influence of low strength property of clay brick recycled aggregate on the concrete strength could be obvious at the condition of higher cement content or later age. Keywords clay brick recycled aggregate ceramsite concrete mortar RECONSTRUCTION OF DRY RED MUD DUMPTian Yue 40 Abstract It is introduced the necessity of dry storing red mud and its design principle. The s and suggestions on the reconstruction of wet dump are also indicated in this article, which is consistencewith the priciples of saving land, sustainable development and renewable energy sources called on by the party and the state. Keywords redmud dry design and re of dump DESIGN OF PROCESSING DEVICE FOR WASTED DRY CELLS Zhao Bo Liu Hua Cui Xiangpo et al 43 Abstract A processing device for wasted dry cells is designedby physicals, such as crushof dry cells and initial separation, which can facilitate the reuse of subsequent materials and their chemical treatmnet. Keywords battery treatment recover APPLICATION OF SIMULATOR TO DESIGN OF ACTIVATED SLUDGE PROCESS FOR WWTP Chen Lirong 45 Abstract Based on determination of influent components, the activated sludge simulator was applied in the process of designing the fourth municipal sewage plant in Xi an. According to the results of simulation, the design of a sewagt treatment plant by mathematics model was more reliable and scientific than the sludge load . Keywords municipal wastewater No. 1model of activated sludge simulation process design 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 4,August, 2008