專利名稱：用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的堆場(chǎng)堤壩結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用赤泥筑壩的堆場(chǎng)提壩結(jié)構(gòu)，特別是一種用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為筑壩材料的堆場(chǎng)提壩結(jié)構(gòu)，屬于氧化鋁生產(chǎn)中赤泥處置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
赤泥是用堿從鋁土礦中提取氧化鋁后的固體殘?jiān)?。赤泥主要組份是Si02、CaO, Fe2O3> A1203、Na2O, TiO2, K2O等，此外還含灼堿成份和微量其它有色金屬等。由于鋁土礦成 份和生產(chǎn)工藝的不同，赤泥的成份和物理力學(xué)性質(zhì)差異很大。我國(guó)鋁土礦以一水硬鋁石為主，采用燒結(jié)法及聯(lián)合法工藝生產(chǎn)，赤泥中氧化鋁殘 存量不高，氧化硅和氧化鈣較高，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(guó)外鋁礦主要是三水鋁石和一水軟鋁石，生產(chǎn)工藝以拜耳法為主，赤泥成份的特 點(diǎn)是氧化鋁殘存量和氧化鐵含量很高，鈣含量較低。國(guó)內(nèi)氧化鋁廠除少部分采用進(jìn)口三水 鋁礦石外，大都采用國(guó)內(nèi)一水硬鋁石礦石生產(chǎn)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。第一種堆存工藝是濕法堆存工藝。濕法堆存是較為傳統(tǒng)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(chǎng)，附液經(jīng)澄清后返回氧化鋁廠。即赤泥經(jīng)多次洗滌，由沉降槽沉降分離并進(jìn) 一步脫水得到赤泥濾餅，經(jīng)加水稀釋后，由隔膜泵或活塞泵經(jīng)管道送到赤泥堆場(chǎng)，赤泥漿由 排放口排入赤泥庫(kù)內(nèi)，漿體中的泥粒子借重力自然沉降分離，濕法赤泥堆場(chǎng)采用回水塔收 集澄清附液。約80%左右的附液可通過(guò)回水系統(tǒng)返回氧化鋁廠回收利用。濕法堆存工藝 中，有兩種筑壩方式。一種是用聯(lián)合法生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè)所采用的初期壩加多級(jí)子壩的方 式，先用土石等材料建設(shè)一定高度的初期壩，然后將燒結(jié)法赤泥排放在堆場(chǎng)外圍，拜耳法赤 泥排放在堆場(chǎng)中部，待初期壩堆滿后，利用燒結(jié)法赤泥所特有的水硬自凝性沖填構(gòu)筑多級(jí) 赤泥子壩，繼續(xù)向上堆存赤泥。該筑壩方式的前提條件是要有足夠數(shù)量的燒結(jié)法赤泥用作 子壩的筑壩材料。第二種是用純拜耳法以進(jìn)口三水鋁礦石生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè)采用的一次性 建壩方式，用土石等材料建設(shè)一定高度的初期壩，然后堆放拜耳法赤泥，由于拜耳法赤泥在 高含水量條件下呈流塑態(tài)，不具有力學(xué)強(qiáng)度，故無(wú)法構(gòu)筑子壩，只能一次性建土石壩堆存， 初期壩堆滿后，即廢棄另建堆場(chǎng)。該堆存方式的土地利用效率較低。第二種堆存工藝是半干法堆存工藝，目前國(guó)內(nèi)僅在少數(shù)以一水硬鋁石為原料的純 拜爾法氧化鋁廠采用。半干法堆存工藝的赤泥附液約為濕法的1/5，其流程是多次洗滌后 經(jīng)沉降槽分離的赤泥漿固體含量在30% 40%左右，再經(jīng)進(jìn)一步脫水，使固體含量提高到 55%左右，赤泥濾餅經(jīng)機(jī)械強(qiáng)力攪拌，使其動(dòng)力粘滯數(shù)由IOOPa種左右降至IOPa種以下，用 隔膜泵經(jīng)管道送到赤泥堆場(chǎng)。赤泥堆場(chǎng)表面一般無(wú)積水，水分在堆場(chǎng)內(nèi)一部份(約60%) 由于表面蒸發(fā)而損失。另一部分通過(guò)底部砂石排水層疏排進(jìn)入附液收集系統(tǒng)。赤泥經(jīng)翻曬 后逐漸干燥固結(jié)為可塑態(tài)，力學(xué)指標(biāo)增加，初期壩堆滿后可以用干赤泥構(gòu)筑子壩繼續(xù)向上 堆存，其缺點(diǎn)是需要選擇晾曬面積較大的場(chǎng)址，占地面積較大。[0007]第三種堆存工藝是干法堆存工藝。將赤泥過(guò)濾到固體含量67%左右后，將濾餅用 汽車運(yùn)送到堆場(chǎng)堆存。目前國(guó)內(nèi)僅在一些年產(chǎn)能小于20萬(wàn)噸的以一水硬鋁石為原料的小 型拜耳法氧化鋁廠采用。干法堆存工藝赤泥含水量最低，經(jīng)適當(dāng)晾曬后即具有較好的力學(xué) 強(qiáng)度，初期壩堆滿后可以用干赤泥構(gòu)筑子壩繼續(xù)向上堆存，是目前最具發(fā)展前景的赤泥堆 存工藝。目前國(guó)內(nèi)以進(jìn)口三水鋁礦石為原料采用純拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的企業(yè)，在生產(chǎn)實(shí)踐 中其濕法赤泥堆場(chǎng)存在安全、環(huán)保上的隱患而有向干法堆存工藝轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。同時(shí)，其采用 濕法堆存、一次性建壩的方式堆存高度有限、單位面積獲 得的庫(kù)容小、土地利用效率低，在 國(guó)家土地政策越來(lái)越嚴(yán)格、征地成本和難度越來(lái)越大的形勢(shì)下，赤泥堆場(chǎng)的投資費(fèi)用越來(lái) 越高。解決三水鋁赤泥堆存費(fèi)用高的根本途徑在于改變堆存工藝，即將濕法堆存工藝改 為干法堆存工藝。要在有限的堆存面積上獲得最多的庫(kù)容，實(shí)現(xiàn)采用純拜耳法工藝的三水 鋁赤泥筑壩。三水鋁赤泥筑壩的前提，是讓赤泥具有長(zhǎng)期的、不受氣候條件變化影響的力學(xué) 強(qiáng)度，以保持赤泥堆積壩的邊坡穩(wěn)定性。針對(duì)各種礦石原料(一水硬鋁石和三水鋁石)、各種生產(chǎn)工藝(拜爾法，燒結(jié)法，聯(lián) 合法)生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程中產(chǎn)生的赤泥的基本性質(zhì)，輕金屬行業(yè)的設(shè)計(jì)科研單位進(jìn)行了大量 的試驗(yàn)研究工作，結(jié)果表明燒結(jié)法或聯(lián)合法赤泥強(qiáng)度很高，接近低標(biāo)號(hào)水泥，即使在濕法 堆存條件下，固結(jié)后仍可以形成穩(wěn)定的子壩壩體，且遭受暴雨沖刷淋洗力學(xué)指標(biāo)無(wú)變化；以 一水硬鋁石或三水鋁石為原料用純拜爾法生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥，在濕法堆存條件下呈流 塑狀，不具有力學(xué)強(qiáng)度；但采用半干法或干法堆存工藝，通過(guò)晾曬蒸發(fā)或壓濾等途徑將其含 水量降低到30% -40%左右時(shí)，則可以具有一定的、滿足子壩邊坡穩(wěn)定要求的力學(xué)強(qiáng)度。所 不同的是，以一水硬鋁石為原料用純拜耳法生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥，在自然固結(jié)或碾壓密 實(shí)后在遇水均不松軟或崩解，而以三水鋁石為原料用純拜爾法生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥，在 自然固結(jié)或碾壓密實(shí)后在遇水則松散、崩解為粉狀，失去粘結(jié)力。三水鋁石赤泥的這一特殊 性能，是采用三水鋁石赤泥作為筑壩材料的障礙。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥 為筑壩材料的堆場(chǎng)提壩結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)對(duì)子壩采取保護(hù)措施，解決目前三水鋁石赤泥不能作 為子壩筑壩材料的問(wèn)題，以便采用半干法或干法堆存工藝的三水鋁赤泥堆場(chǎng)在初期壩堆滿 后用赤泥構(gòu)筑子壩繼續(xù)向上堆存，增加堆場(chǎng)的庫(kù)容，延長(zhǎng)其使用年限。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的用三水鋁礦生產(chǎn) 氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩結(jié)構(gòu)，包括初期壩，在初期壩上疊建有子壩，在堆 場(chǎng)中間設(shè)置有排水豎井，井底連接有排水管道，所述的子壩包括壓實(shí)的赤泥層形成的子壩 壩基，子壩壩基上為干赤泥分層碾壓而成的子壩壩體，每層厚度0. 5m，在子壩壩體的外坡面 鋪設(shè)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(nèi)坡面上鋪設(shè)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(chǎng)庫(kù)內(nèi)，位于內(nèi)坡面和庫(kù)內(nèi)的土工膜的表面覆蓋有一層干赤泥層；在子壩壩體的壩頂構(gòu) 筑有泥結(jié)碎石路面。[0013]所述的土工布的規(guī)格為300_400g/m2。所述的土工布的上端延伸至子壩壩體的壩頂2m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(shè)至子壩壩體的整個(gè)壩頂，下端延伸鋪設(shè)至堆場(chǎng)庫(kù)內(nèi) 5m處。土工膜采用聚乙烯或聚氯乙烯材料。所述的聚乙烯為高密度聚乙烯。所述的干赤泥層的厚度為0. 4-0. 6m。所述的泥結(jié)碎石路面的厚度為0. 3m。所述的子壩有若干級(jí)，每一級(jí)層層疊建設(shè)置。本實(shí)用新型以赤泥為主要筑壩材料構(gòu)筑子壩，使堆場(chǎng)可以繼續(xù)堆存赤泥。當(dāng)堆場(chǎng) 降雨時(shí)，由于子壩壩體的外表以土工膜和土工布為主體的保護(hù)層的隔離作用，子壩壩體不 會(huì)因遭受雨水的沖刷和浸泡而軟化，始終保持較好的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。場(chǎng)內(nèi)雨水通過(guò)赤 泥層表面快速流向排水豎井，再經(jīng)排水管道排出庫(kù)外。與現(xiàn)有用三水鋁石生產(chǎn)氧化鋁的企 業(yè)的濕法堆存、用土石材料一次性建高壩的方法相比，本發(fā)明可達(dá)到在同樣堆存面積上獲 得更多庫(kù)容的效果，既利用了三水鋁赤泥在干燥固結(jié)后具有一定力學(xué)強(qiáng)度的特點(diǎn)，又通過(guò) 設(shè)置隔離保護(hù)層避免了降雨對(duì)赤泥強(qiáng)度的不利影響，使赤泥可作為一種筑壩材料使用，既 節(jié)約了筑壩材料，也節(jié)約了堆存占地面積，可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。當(dāng)?shù)谝患?jí)子 壩堆滿赤泥后，用同樣的子壩結(jié)構(gòu)筑第二級(jí)及以上的子壩，繼續(xù)向上堆存赤泥，直至堆場(chǎng)達(dá) 到設(shè)計(jì)堆存標(biāo)高后閉庫(kù)。

圖1是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例1 本實(shí)用新型的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥采用半干法或干法堆存。先用土石材料構(gòu)筑滿足半年以上使用年限的初期壩1，再在堆場(chǎng)中間設(shè)置排水豎 井2，井底連接排水管道3，堆場(chǎng)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(gè)坡面。然后從初期壩1附近開(kāi)始排料，排料過(guò)程中要始終保持從四周到排水豎井 2具有大于的坡度。當(dāng)初期壩1堆滿后，用壓實(shí)機(jī)械對(duì)堆積的赤泥進(jìn)行碾壓，形成穩(wěn)定 密實(shí)的子壩壩基4，其壓實(shí)度大于0. 9。接著選取堆場(chǎng)內(nèi)干燥到含水量接近最佳含水量的干赤泥，用壓實(shí)機(jī)械分層碾壓密 實(shí)，每層厚度0. 5m，壓實(shí)度大于0. 95，形成第一級(jí)子壩壩體5。子壩壩體5的壩高、壩頂寬 度、內(nèi)外壩坡比等參數(shù)可根據(jù)壩體穩(wěn)定計(jì)算確定。然后，在已經(jīng)構(gòu)筑好的子壩壩體5的外坡面鋪設(shè)300_400g/m2規(guī)格的土工布6，并 延伸鋪設(shè)到子壩壩體5的壩頂2m寬處。土工布6上位于外坡面上的的表面覆蓋一層0. 3m 厚的耕植土 7，然后在耕植土 7上種植草皮。同時(shí)在子壩壩體5的內(nèi)坡面鋪設(shè)厚度0. 5-1. Omm的土工膜8，土工膜8向上延伸鋪設(shè)到子壩壩體5的整個(gè)壩頂，向下延伸鋪設(shè)到堆場(chǎng)庫(kù)內(nèi)5m。在位于內(nèi)坡面和堆場(chǎng)庫(kù)內(nèi)的土 工膜8的表面覆蓋一層厚度為0. 4-0. 6m的干赤泥層9，作為膜的保護(hù)層。土工膜8可采用 聚乙烯、聚氯乙烯等材質(zhì)，聚乙烯優(yōu)選高密度聚乙烯。最后，在子壩壩頂構(gòu)筑0. 3m厚的泥結(jié)碎石路面10，可通行堆場(chǎng)作業(yè)機(jī)械，同時(shí)作 為壩頂土工膜8的保護(hù)層。這樣就以赤泥為主要筑壩材料完成了第一級(jí)子壩的構(gòu)筑，堆場(chǎng)可以繼續(xù)堆存赤 泥。當(dāng)堆場(chǎng)降雨時(shí)，由于子壩壩體5外表以土工膜8和土工布6為主體的保護(hù)層的隔離作 用，子壩壩體5不會(huì)因遭受雨水的沖刷和浸泡而軟化，始終保持較好的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 場(chǎng)內(nèi)雨水通過(guò)赤泥層表面快速流向排水豎井2，再經(jīng)排水管道3排出庫(kù)外。當(dāng)?shù)谝患?jí)子壩堆滿赤泥后，用同樣的方法構(gòu)筑第二級(jí)及以上的子壩，繼續(xù)向上堆 存赤泥，一層一層重疊建筑，直至堆場(chǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)堆存標(biāo)高后閉庫(kù)。
權(quán)利要求一種用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)堤壩結(jié)構(gòu)，包括初期壩(1)，在初期壩(1)上疊建有子壩，在堆場(chǎng)中間設(shè)置有排水豎井(2)，井底連接有排水管道(3)，其特征在于所述的子壩包括壓實(shí)的赤泥層形成的子壩壩基(4)，子壩壩基(4)上為干赤泥分層碾壓而成的子壩壩體(5)，每層厚度0.5m，在子壩壩體(5)的外坡面鋪設(shè)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(nèi)坡面上鋪設(shè)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(chǎng)庫(kù)內(nèi)，位于內(nèi)坡面和庫(kù)內(nèi)的土工膜(8)的表面覆蓋有一層干赤泥層(9)；在子壩壩體(5)的壩頂構(gòu)筑有泥結(jié)碎石路面(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩 結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的土工布(6)的規(guī)格為300-400g/m2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提 壩結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的土工布(6)的上端延伸至子壩壩體(5)的壩頂2m寬處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩 結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的土工膜(8)的厚度為0. 5-1. 0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提 壩結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的土工膜(8)的上端延伸鋪設(shè)至子壩壩體(5)的整個(gè)壩頂，下端 延伸鋪設(shè)至堆場(chǎng)庫(kù)內(nèi)5m處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩 結(jié)構(gòu)，其特征在于土工膜(8)采用聚乙烯或聚氯乙烯材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩 結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的聚乙烯為高密度聚乙烯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩 結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的干赤泥層(9)的厚度為0. 4-0. 6m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩 結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的泥結(jié)碎石路面(10)的厚度為0. 3m。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)提壩 結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的子壩有若干級(jí)，每一級(jí)層層疊建設(shè)置。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用三水鋁礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥為材料的赤泥堆場(chǎng)堤壩結(jié)構(gòu)，包括初期壩(1)，子壩，排水豎井(2)，排水管道(3)，子壩包括壓實(shí)的赤泥層形成的子壩壩基(4)，子壩壩基(4)上為干赤泥分層碾壓而成的子壩壩體(5)，在外坡面鋪設(shè)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(nèi)坡面上鋪設(shè)有一層土工膜(8)，其上端延伸至壩頂，下端延伸至庫(kù)內(nèi)，位于內(nèi)坡面和庫(kù)內(nèi)的土工膜(8)的表面覆蓋有一層干赤泥層(9)；在壩頂構(gòu)筑有泥結(jié)碎石路面(10)。本實(shí)用新型既節(jié)約了筑壩材料，也節(jié)約了堆存占地面積，可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)E02D17/18GK201560429SQ20092031763
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者李明陽(yáng), 胡禹志, 袁大鈞, 雷金峰 申請(qǐng)人:貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院