一種用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的堆場堤壩結構的製作方法

2023-05-23 11:45:21

專利名稱：一種用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的堆場堤壩結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用赤泥築壩的堆場提壩結構，特別是一種用三水鋁礦生產氧化鋁 產生的赤泥為築壩材料的堆場提壩結構，屬於氧化鋁生產中赤泥處置技術領域。
背景技術：
赤泥是用鹼從鋁土礦中提取氧化鋁後的固體殘渣。赤泥主要組份是Si02、CaO, Fe2O3> A1203、Na2O, TiO2, K2O等，此外還含灼鹼成份和微量其它有色金屬等。由於鋁土礦成 份和生產工藝的不同，赤泥的成份和物理力學性質差異很大。我國鋁土礦以一水硬鋁石為主，採用燒結法及聯合法工藝生產，赤泥中氧化鋁殘 存量不高，氧化矽和氧化鈣較高，氧化鐵含量除中鋁廣西分公司外均很低(因礦石中原始 含量低)。國外鋁礦主要是三水鋁石和一水軟鋁石，生產工藝以拜耳法為主，赤泥成份的特 點是氧化鋁殘存量和氧化鐵含量很高，鈣含量較低。國內氧化鋁廠除少部分採用進口三水 鋁礦石外，大都採用國內一水硬鋁石礦石生產氧化鋁。在赤泥還不能大量利用而必須堆存的情況下，目前主要有三種堆存工藝。第一種堆存工藝是溼法堆存工藝。溼法堆存是較為傳統的赤泥堆存方式，將赤泥 及附液以3. 0 4. 0的液固比(固體含量為20% — 25%左右)用隔膜泵和管道由氧化鋁 廠送到赤泥堆場，附液經澄清後返回氧化鋁廠。即赤泥經多次洗滌，由沉降槽沉降分離並進 一步脫水得到赤泥濾餅，經加水稀釋後，由隔膜泵或活塞泵經管道送到赤泥堆場，赤泥漿由 排放口排入赤泥庫內，漿體中的泥粒子借重力自然沉降分離，溼法赤泥堆場採用回水塔收 集澄清附液。約80%左右的附液可通過回水系統返回氧化鋁廠回收利用。溼法堆存工藝 中，有兩種築壩方式。一種是用聯合法生產氧化鋁的企業所採用的初期壩加多級子壩的方 式，先用土石等材料建設一定高度的初期壩，然後將燒結法赤泥排放在堆場外圍，拜耳法赤 泥排放在堆場中部，待初期壩堆滿後，利用燒結法赤泥所特有的水硬自凝性衝填構築多級 赤泥子壩，繼續向上堆存赤泥。該築壩方式的前提條件是要有足夠數量的燒結法赤泥用作 子壩的築壩材料。第二種是用純拜耳法以進口三水鋁礦石生產氧化鋁的企業採用的一次性 建壩方式，用土石等材料建設一定高度的初期壩，然後堆放拜耳法赤泥，由於拜耳法赤泥在 高含水量條件下呈流塑態，不具有力學強度，故無法構築子壩，只能一次性建土石壩堆存， 初期壩堆滿後，即廢棄另建堆場。該堆存方式的土地利用效率較低。第二種堆存工藝是半乾法堆存工藝，目前國內僅在少數以一水硬鋁石為原料的純 拜爾法氧化鋁廠採用。半乾法堆存工藝的赤泥附液約為溼法的1/5，其流程是多次洗滌後 經沉降槽分離的赤泥漿固體含量在30% 40%左右，再經進一步脫水，使固體含量提高到 55%左右，赤泥濾餅經機械強力攪拌，使其動力粘滯數由100 種左右降至10 種以下，用 隔膜泵經管道送到赤泥堆場。赤泥堆場表面一般無積水，水分在堆場內一部份(約60%) 由於表面蒸發而損失。另一部分通過底部砂石排水層疏排進入附液收集系統。赤泥經翻曬 後逐漸乾燥固結為可塑態，力學指標增加，初期壩堆滿後可以用幹赤泥構築子壩繼續向上堆存，其缺點是需要選擇晾曬面積較大的場址，佔地面積較大。第三種堆存工藝是幹法堆存工藝。將赤泥過濾到固體含量67%左右後，將濾餅用 汽車運送到堆場堆存。目前國內僅在一些年產能小於20萬噸的以一水硬鋁石為原料的小 型拜耳法氧化鋁廠採用。幹法堆存工藝赤泥含水量最低，經適當晾曬後即具有較好的力學 強度，初期壩堆滿後可以用幹赤泥構築子壩繼續向上堆存，是目前最具發展前景的赤泥堆 存工藝。目前國內以進口三水鋁礦石為原料採用純拜耳法生產氧化鋁的企業，在生產實踐 中其溼法赤泥堆場存在安全、環保上的隱患而有向幹法堆存工藝轉變的趨勢。同時，其採用 溼法堆存、一次性建壩的方式堆存高度有限、單位面積獲得的庫容小、土地利用效率低，在 國家土地政策越來越嚴格、徵地成本和難度越來越大的形勢下，赤泥堆場的投資費用越來 越高。解決三水鋁赤泥堆存費用高的根本途徑在於改變堆存工藝，即將溼法堆存工藝改 為幹法堆存工藝。要在有限的堆存面積上獲得最多的庫容，實現採用純拜耳法工藝的三水 鋁赤泥築壩。三水鋁赤泥築壩的前提，是讓赤泥具有長期的、不受氣候條件變化影響的力學 強度，以保持赤泥堆積壩的邊坡穩定性。針對各種礦石原料(一水硬鋁石和三水鋁石)、各種生產工藝(拜爾法，燒結法，聯 合法)生產氧化鋁過程中產生的赤泥的基本性質，輕金屬行業的設計科研單位進行了大量 的試驗研究工作，結果表明燒結法或聯合法赤泥強度很高，接近低標號水泥，即使在溼法 堆存條件下，固結後仍可以形成穩定的子壩壩體，且遭受暴雨衝刷淋洗力學指標無變化；以 一水硬鋁石或三水鋁石為原料用純拜爾法生產氧化鋁產生的赤泥，在溼法堆存條件下呈流 塑狀，不具有力學強度；但採用半乾法或幹法堆存工藝，通過晾曬蒸發或壓濾等途徑將其含 水量降低到30% -40%左右時，則可以具有一定的、滿足子壩邊坡穩定要求的力學強度。所 不同的是，以一水硬鋁石為原料用純拜耳法生產氧化鋁產生的赤泥，在自然固結或碾壓密 實後在遇水均不鬆軟或崩解，而以三水鋁石為原料用純拜爾法生產氧化鋁產生的赤泥，在 自然固結或碾壓密實後在遇水則鬆散、崩解為粉狀，失去粘結力。三水鋁石赤泥的這一特殊 性能，是採用三水鋁石赤泥作為築壩材料的障礙。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為築 壩材料的堆場提壩結構，通過對對子壩採取保護措施，解決目前三水鋁石赤泥不能作為子 壩築壩材料的問題，以便採用半乾法或幹法堆存工藝的三水鋁赤泥堆場在初期壩堆滿後用 赤泥構築子壩繼續向上堆存，增加堆場的庫容，延長其使用年限。本發明的技術方案為了解決上述技術問題，本發明的用三水鋁礦生產氧化鋁產 生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩結構，包括初期壩，在初期壩上疊建有子壩，在堆場中間設 置有排水豎井，井底連接有排水管道，所述的子壩包括壓實的赤泥層形成的子壩壩基，子壩 壩基上為幹赤泥分層碾壓而成的子壩壩體，在子壩壩體的外坡面鋪設有一層土工布，其上 端延伸至子壩壩體的壩頂，土工布的外坡面的表面覆蓋有一層耕植土 ；子壩壩體的內坡面 上鋪設有一層土工膜，其上端延伸至子壩壩體的壩頂，下端延伸至堆場庫內，位於內坡面和 庫內的土工膜的表面覆蓋有一層幹赤泥層；在子壩壩體的壩頂構築有泥結碎石路面。
所述的土工布的規格為300_400g/m2。所述的土工布的上端延伸至子壩壩體的壩頂an寬處。所述的土工膜的厚度為0. 5-1. 0mm。所述的土工膜的上端延伸鋪設至子壩壩體的整個壩頂，下端延伸鋪設至堆場庫內 5m處。土工膜採用聚乙烯或聚氯乙烯材料。所述的聚乙烯為高密度聚乙烯。所述的幹赤泥層的厚度為0. 4-0. 6m。所述的泥結碎石路面的厚度為0. :3m。所述的子壩有若干級，每一級層層疊建設置。本發明以赤泥為主要築壩材料構築子壩，使堆場可以繼續堆存赤泥。當堆場降雨 時，由於子壩壩體的外表以土工膜和土工布為主體的保護層的隔離作用，子壩壩體不會因 遭受雨水的衝刷和浸泡而軟化，始終保持較好的力學強度和穩定性。場內雨水通過赤泥層 表面快速流向排水豎井，再經排水管道排出庫外。與現有用三水鋁石生產氧化鋁的企業的 溼法堆存、用土石材料一次性建高壩的方法相比，本發明可達到在同樣堆存面積上獲得更 多庫容的效果，既利用了三水鋁赤泥在乾燥固結後具有一定力學強度的特點，又通過設置 隔離保護層避免了降雨對赤泥強度的不利影響，使赤泥可作為一種築壩材料使用，既節約 了築壩材料，也節約了堆存佔地面積，可取得較好的經濟效益和社會效益。當第一級子壩堆 滿赤泥後，用同樣的子壩結構築第二級及以上的子壩，繼續向上堆存赤泥，直至堆場達到設 計堆存標高后閉庫。


圖1是本發明的剖面結構示意圖。
具體實施例方式本發明的實施例1 本發明的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥採用半乾法或幹 法堆存先用土石材料構築滿足半年以上使用年限的初期壩1，再在堆場中間設置排水豎 井2，井底連接排水管道3，堆場底部平整為從四周坡向排水豎井2的形狀，即面向排水豎井 2形成一個坡面。然後從初期壩1附近開始排料，排料過程中要始終保持從四周到排水豎井 2具有大於的坡度。當初期壩1堆滿後，用壓實機械對堆積的赤泥進行碾壓，形成穩定 密實的子壩壩基4，其壓實度大於0. 9。接著選取堆場內乾燥到含水量接近最佳含水量的幹赤泥，用壓實機械分層碾壓密 實，每層厚度0. 5m左右，壓實度大於0. 95，形成第一級子壩壩體5。子壩壩體5的壩高、壩 頂寬度、內外壩坡比等參數可根據壩體穩定計算確定。然後，在已經構築好的子壩壩體5的外坡面鋪設300_400g/m2規格的土工布6，並 延伸鋪設到子壩壩體5的壩頂ail寬處。土工布6上位於外坡面上的的表面覆蓋一層0. 3m 厚的耕植土 7，然後在耕植土 7上種植草皮。同時在子壩壩體5的內坡面鋪設厚度0. 5-1. Omm的土工膜8，土工膜8向上延伸鋪設到子壩壩體5的整個壩頂，向下延伸鋪設到堆場庫內5m。在位於內坡面和堆場庫內的土 工膜8的表面覆蓋一層厚度為0. 4-0. 6m的幹赤泥層9，作為膜的保護層。土工膜8可採用 聚乙烯、聚氯乙烯等材質，聚乙烯優選高密度聚乙烯。最後，在子壩壩頂構築0. 3m厚的泥結碎石路面10，可通行堆場作業機械，同時作 為壩頂土工膜8的保護層。這樣就以赤泥為主要築壩材料完成了第一級子壩的構築，堆場可以繼續堆存赤 泥。當堆場降雨時，由於子壩壩體5外表以土工膜8和土工布6為主體的保護層的隔離作 用，子壩壩體5不會因遭受雨水的衝刷和浸泡而軟化，始終保持較好的力學強度和穩定性。 場內雨水通過赤泥層表面快速流向排水豎井2，再經排水管道3排出庫外。當第一級子壩堆滿赤泥後，用同樣的方法構築第二級及以上的子壩，繼續向上堆 存赤泥，一層一層重疊建築，直至堆場達到設計堆存標高后閉庫。
權利要求
1.一種用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩結構，包括初期壩 (1)，在初期壩(1)上疊建有子壩，在堆場中間設置有排水豎井O)，井底連接有排水管道 (3)，其特徵在於所述的子壩包括壓實的赤泥層形成的子壩壩基G)，子壩壩基(4)上為幹 赤泥分層碾壓而成的子壩壩體(5)，在子壩壩體(5)的外坡面鋪設有一層土工布(6)，其上 端延伸至子壩壩體(5)的壩頂，土工布(6)的外坡面的表面覆蓋有一層耕植土(7)；子壩壩 體(5)的內坡面上鋪設有一層土工膜(8)，其上端延伸至子壩壩體(5)的壩頂，下端延伸至 堆場庫內，位於內坡面和庫內的土工膜(8)的表面覆蓋有一層幹赤泥層(9)；在子壩壩體 (5)的壩頂構築有泥結碎石路面(10)。
2.根據權利要求1所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩 結構，其特徵在於所述的土工布(6)的規格為300-400g/m2。
3.根據權利要求1或2所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提 壩結構，其特徵在於所述的土工布(6)的上端延伸至子壩壩體(5)的壩頂an寬處。
4.根據權利要求1所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩 結構，其特徵在於所述的土工膜(8)的厚度為0. 5-1. 0mm。
5.根據權利要求1或4所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提 壩結構，其特徵在於所述的土工膜(8)的上端延伸鋪設至子壩壩體(5)的整個壩頂，下端 延伸鋪設至堆場庫內5m處。
6.根據權利要求1所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩 結構，其特徵在於土工膜(8)採用聚乙烯或聚氯乙烯材料。
7.根據權利要求6所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩 結構，其特徵在於所述的聚乙烯為高密度聚乙烯。
8.根據權利要求1所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩 結構，其特徵在於所述的幹赤泥層(9)的厚度為0. 4-0. 6m。
9.根據權利要求1所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩 結構，其特徵在於所述的泥結碎石路面(10)的厚度為0. :3m。
10.根據權利要求1所述的用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場提壩 結構，其特徵在於所述的子壩有若干級，每一級層層疊建設置。
全文摘要
本發明公開了一種用三水鋁礦生產氧化鋁產生的赤泥為材料的赤泥堆場堤壩結構，包括初期壩(1)，子壩，排水豎井(2)，排水管道(3)，子壩包括壓實的赤泥層形成的子壩壩基(4)，子壩壩基(4)上為幹赤泥分層碾壓而成的子壩壩體(5)，在外坡面鋪設有一層土工布(6)，其上端延伸至壩頂，土工布(6)的外坡面的表面覆蓋有一層耕植土(7)；內坡面上鋪設有一層土工膜(8)，其上端延伸至壩頂，下端延伸至庫內，位於內坡面和庫內的土工膜(8)的表面覆蓋有一層幹赤泥層(9)；在壩頂構築有泥結碎石路面(10)。本發明既節約了築壩材料，也節約了堆存佔地面積，可取得較好的經濟效益和社會效益。
文檔編號E02D17/18GK102102367SQ20091031161
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月16日 優先權日2009年12月16日
發明者李明陽, 胡禹志, 袁大鈞, 雷金峰 申請人:貴陽鋁鎂設計研究院