赤泥新生-东北大学团队两项技术为铝工业绿色转型破局

先进技术

来源：潘晓林东北大学教授

2026-04-21

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一、引言：赤泥之困

我国是全球铝工业大国，氧化铝产量占全球60%以上。然而，每生产1吨氧化铝就要附带产出0.8~1.5吨赤泥。目前，我国赤泥累积堆存量已超过16亿吨，且以每年超过1亿吨的速度持续增加。不仅占用大量土地，增加企业维护成本，更因其高碱特性带来潜在环境风险，成为制约铝工业绿色发展的关键问题之一。中国有色金属工业协会数据显示，2025年我国赤泥利用量仅1800万吨，且主要为赤泥低端选铁，综合利用率仅为14%，赤泥大宗消纳和资源化利用之路任重道远。面对这一困局，东北大学铝资源综合利用与过程控制团队，依托60余年的铝资源生态利用研究积淀，经十余年的技术迭代与理论创新，成功开发出两项全球领先的赤泥资源化利用技术，让赤泥从“工业包袱”真正变身“城市矿山”。

二、团队积淀：六十载坚守

东北大学铝资源综合利用与过程控制团队始建于二十世纪六十年代，始终秉承服务铝行业理念，以生产实践问题为驱动、基础理论研究为支撑，形成了氧化铝生产理论、铝基固废资源化、铝基新材料制备、冶金过程智能控制等特色研究方向。团队深耕理论研究领域，连续承担国家“八五”“九五”“十五”重点攻关项目、国家自然科学基金、国家“973”项目、国家科技支撑计划重点项目、国家重点研发项目、国家科技重大专项及省部级项目40余项；常年与中国铝业集团、国家电投集团等30余家氧化铝企业及设计单位保持密切科研合作关系，近10年完成企业合作项目50余项。发表学术论文300余篇；出版《氧化铝生产工艺》《拜耳法生产氧化铝》等学术专著6部；申请/授权发明专利70余项。团队研发的多项技术及装备成功应用于氧化铝企业，配合设计院完成我国氧化铝产能60%以上的设计和建设，且均达标达产；获国家优秀成果奖1项，省部级科技进步奖4项、技术发明奖2项。

三、富铁赤泥一步碱热法短流程回收有价元素技术

（一）技术原理

传统赤泥脱碱提铝通常是分步走，流程长、能耗高、投资大，经济效益很难支撑规模化推广。团队另辟蹊径，提出“富铁赤泥一步碱热法短流程回收有价元素技术”新思路：将赤泥中传统脱硅产物钠硅渣和水化石榴石，在碱热条件下一步转化为新型脱硅产物钙铁榴石（3CaO·Fe2O3·xSiO2·(6-2x)H2O），实现脱碱与铝/镓提取一步完成。反应后的铝酸钠溶液可返回拜耳法流程补碱提铝，也可直接制备高品质铝酸盐。反应后的尾渣几乎不含碱，可直接用于制备建材、土壤修复、矿坑回填等。这一思路的核心是利用赤泥富铁特点，通过碱热过程的矿相重构同步完成赤泥深度脱碱与有价元素提取，实现赤泥中钠/铝/镓的回收及无害化处置。

（二）工艺创新

1. 脱碱提铝同步完成，自备铁源降本增效

充分利用赤泥中的氧化铁，将赤泥中的脱硅产物在碱热条件下直接转化为钙铁榴石，实现提铝与脱碱同步完成，碱回收率达90%以上，氧化铝回收率达60%~80%以上。

2. 以废治废协同利用，替代传统钙源

有效利用高钙赤泥中的氧化钙，同时可采用电石渣等钙基固废作为补充钙源，代替传统石灰或石灰乳，实现“以废治废”，为钙基固废资源化利用开辟新路径。

3. 矿相重构改善沉降，提升分离效率

碱热过程可同时完成铝针铁矿向赤铁矿的转变，重新构造赤泥矿相组成，既回收铝针铁矿中及未溶出的氧化铝，同时改善了碱热转化后料浆的沉降性能。

4. 伴生元素定向富集，拓展资源价值

在矿相重构过程中，赤泥中伴生的稀散元素镓被高效富集至溶液中，提取率达70%-80%以上，实现了从主元素提取向伴生元素协同定向富集的拓展。

5. 短流程可嫁接，尾渣全量化利用

工艺流程短、设备投资小、运行成本低，可嫁接现有氧化铝生产工艺，实现对富铁赤泥的大规模化处理。

此外，本技术尤其适用于赤泥直接选铁后的富铁尾渣，有价元素收得率较原始赤泥更高，能够实现赤泥的无害化、资源化和全量化利用。

（三）工业实践

从一代技术的原理突破，到二代技术的工艺优化，再到三代技术的固废协同，这项技术在经过十余年的三次迭代中不断进化。一代技术主要针对铝硅比小于3的低品位复杂铝土矿，可实现85%以上的氧化铝提取率，同时理论碱耗为0，反应后的溶出液可制备氢氧化铝、铝酸钠、4A沸石等工业产品。二代技术主要针对我国自有一水硬铝石型铝土矿产出的低铁高钙赤泥，通过添加低品位铁矿石，实现赤泥深度脱碱同步回收氧化铝。三代技术将应用范围拓展至国外进口的三水铝石型铝土矿产出的高铁赤泥和一水硬铝石型+三水铝石型混合赤泥，并采用电石渣等钙基固废替代传统钙源，实现多固废协同处置和多类型赤泥同步处理。

依托该技术，团队与东北大学设计研究院（有限公司）联合设计了全球首条10万吨/年赤泥处理示范线，于2024年2月在山东某氧化铝企业建成投产，氧化钠和氧化铝实际回收率分别达到90%和60%以上，处理后的赤泥碱含量最低可达到0.1%以下。在工业运行过程中，技术团队克服了配料难以精准化、关键部件易碱脆等突出问题，实现了系统快速稳定运行。项目获得国家自然科学基金、中国有色金属工业协会首批赤泥绿色利用联合攻关项目和多个企业合作项目支持。目前已申请/授权发明专利10余项，构建了覆盖核心工艺、关键设备、尾渣利用全链条的专利保护体系；发表学术论文30余篇，其中SCI检索论文15篇，入选ESI高被引论文1篇、热点论文1篇；培养博士、硕士研究生10余名。

该技术由从实验室到生产线的跨越，凝聚了产学研多方团队的韧劲与担当，该示范线的成功投运，标志着技术从实验室走向工业化应用迈出了关键一步，为赤泥规模化、资源化、全量化利用提供了可复制、可推广的工程范式。示范线的成功运行不仅验证了技术的可行性与经济性，也为推动我国铝工业绿色转型、破解赤泥堆存环保难题提供了有力支撑。该技术受到了社会各界广泛关注，沈阳电视台、《沈阳日报》《今日头条》等媒体进行了专题报道。

10万吨/年赤泥一步碱热法短流程回收有价元素工程示范线

沈阳电视台媒体专访

四、低铁赤泥低碳低钙综合回收有价元素技术

（一）技术原理

传统烧结法处理赤泥采用碳酸钠高钙配料，存在碳排放高、配钙量大、尾渣量大的问题。团队联合国电投（山西）铝业有限公司共同提出“低铁赤泥低碳低钙综合回收有价元素技术”新思路：利用拜耳法循环母液替代碳酸钠作为配料碱源，用低钙配料替代传统高钙配料，从源头降低碳排放和原料消耗。循环母液本身含有一定量的碱和有机物，用于赤泥配料后，既节约了碳酸钠采购成本，又协同解决了拜耳法系统中有机物累积难去除的行业难题；低钙配料则通过调控熟料物相，使尾渣主相为低钙硅酸钙，为后续高值化利用创造条件。这一思路创新性地将拜耳法流程与烧结法流程通过逆向补碱的方式有机衔接，实现了资源梯级利用与系统协同优化。

（二）工艺创新

1. 采用拜耳法母液配料，显著降低碳排放

创新性提出以拜耳法循环母液替代碳酸钠作为碱源的配料烧结新技术，从源头大幅降低碳排放，碳排放降低50%以上，实现拜耳法流程向烧结法流程逆向补碱的变革性突破。

2. 有效利用母液中钠盐，协同脱除有机物

循环母液中有机物同步参与烧结反应，协同解决了拜耳法过程有机物难以经济高效去除的世界性难题，在降低配碱量的同时，氧化铝和氧化钠回收率分别提高6个和2个百分点以上。

3. 低钙配料源头减量，尾渣减排近两成

创建了烧结过程中高稳定性低钙硅酸盐化合物形成的理论基础，开发了赤泥低钙烧结回收氧化铝技术，配钙量降低近50%，尾渣排放量减少近20%；同时，烧结温度降低50-100℃，大幅降低了烧结能耗。

4. 不同铁含量配方调控，扩大烧结温度范围

针对富铁赤泥烧结范围窄、熟料性能差、窑易结圈的问题，开发了稳定铁酸盐矿相生成调控技术，通过调整赤泥配料的碱比和钙比，使烧结温度范围提高到80℃以上，解决了富铁熟料烧结难的问题。

5. 尾渣制备硅酸钙粉体，实现增值利用

构建了不同化学计量硅酸盐化合物向硅酸钙水合物水热转化的基础理论，开发了烧结法尾渣水热制备轻质硅酸钙材料创新技术，制备的多孔硅酸钙材料碱含量低于0.5%，容重在0.35g/cm3以下，实现赤泥的增值化和全量化利用。

（三）工业实践

我国在烧结法处理铝土矿提取氧化铝方面有着几十年的技术发展和工业运行历史，积攒了丰富的实践经验。团队在烧结法原理突破和技术创新方向深耕数十年，相关技术已在低品位铁铝共生矿、高铁赤泥、低铁赤泥实现工业应用或中试验证。上述技术成功在国电投（山西）铝业有限公司实现了110万吨/年赤泥处理的工业应用，累计处理赤泥超过500万吨，创造生产产值20多亿元，新增经济效益1亿元以上。

该技术于2023年通过中国有色金属工业协会组织的科技成果评价，获得了由中国工程院院士和行业权威专家组成的评价专家组的一致认定，整体技术达到全球领先水平。专家组认为，该技术在低碳配料、低钙烧结、尾渣增值化利用等方面取得重大突破，为赤泥规模化、资源化利用提供了全新的技术路径。同时，该技术获2024年度中国有色金属工业科学技术奖二等奖，进一步彰显了本成果在行业内的学术影响力和技术引领价值。

技术获得国家重点研发项目、国家自然科学基金和多个企业合作项目支持，形成了基础研究—技术开发—工业验证的完整创新链条。已授权国家发明专利10余项，形成了覆盖低碳配料、低钙烧结、尾渣高值化利用全链条的核心技术专利群；发表学术论文40余篇，其中SCI检索论文22篇，在低钙硅酸盐化合物形成机理、硅酸钙水热转化机制等基础研究领域形成了系统的理论成果；依托该研究方向，培养博士、硕士研究生20余名，形成了一支以青年骨干为核心、具备扎实理论基础与工程实践能力的高层次专业技术人才队伍，为赤泥绿色利用领域持续输送新生力量。