专利名称：用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的堆场堤坝结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用赤泥筑坝的堆场提坝结构，特别是一种用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为筑坝材料的堆场提坝结构，属于氧化铝生产中赤泥处置技术领域。
背景技术：
赤泥是用碱从铝土矿中提取氧化铝后的固体残渣。赤泥主要组份是Si02、CaO, Fe2O3> A1203、Na2O, TiO2, K2O等，此外还含灼碱成份和微量其它有色金属等。由于铝土矿成 份和生产工艺的不同，赤泥的成份和物理力学性质差异很大。我国铝土矿以一水硬铝石为主，采用烧结法及联合法工艺生产，赤泥中氧化铝残 存量不高，氧化硅和氧化钙较高，氧化铁含量除中铝广西分公司外均很低(因矿石中原始 含量低)。国外铝矿主要是三水铝石和一水软铝石，生产工艺以拜耳法为主，赤泥成份的特 点是氧化铝残存量和氧化铁含量很高，钙含量较低。国内氧化铝厂除少部分采用进口三水 铝矿石外，大都采用国内一水硬铝石矿石生产氧化铝。在赤泥还不能大量利用而必须堆存的情况下，目前主要有三种堆存工艺。第一种堆存工艺是湿法堆存工艺。湿法堆存是较为传统的赤泥堆存方式，将赤泥 及附液以3. 0 4. 0的液固比(固体含量为20% — 25%左右)用隔膜泵和管道由氧化铝 厂送到赤泥堆场，附液经澄清后返回氧化铝厂。即赤泥经多次洗涤，由沉降槽沉降分离并进 一步脱水得到赤泥滤饼，经加水稀释后，由隔膜泵或活塞泵经管道送到赤泥堆场，赤泥浆由 排放口排入赤泥库内，浆体中的泥粒子借重力自然沉降分离，湿法赤泥堆场采用回水塔收 集澄清附液。约80%左右的附液可通过回水系统返回氧化铝厂回收利用。湿法堆存工艺 中，有两种筑坝方式。一种是用联合法生产氧化铝的企业所采用的初期坝加多级子坝的方 式，先用土石等材料建设一定高度的初期坝，然后将烧结法赤泥排放在堆场外围，拜耳法赤 泥排放在堆场中部，待初期坝堆满后，利用烧结法赤泥所特有的水硬自凝性冲填构筑多级 赤泥子坝，继续向上堆存赤泥。该筑坝方式的前提条件是要有足够数量的烧结法赤泥用作 子坝的筑坝材料。第二种是用纯拜耳法以进口三水铝矿石生产氧化铝的企业采用的一次性 建坝方式，用土石等材料建设一定高度的初期坝，然后堆放拜耳法赤泥，由于拜耳法赤泥在 高含水量条件下呈流塑态，不具有力学强度，故无法构筑子坝，只能一次性建土石坝堆存， 初期坝堆满后，即废弃另建堆场。该堆存方式的土地利用效率较低。第二种堆存工艺是半干法堆存工艺，目前国内仅在少数以一水硬铝石为原料的纯 拜尔法氧化铝厂采用。半干法堆存工艺的赤泥附液约为湿法的1/5，其流程是多次洗涤后 经沉降槽分离的赤泥浆固体含量在30% 40%左右，再经进一步脱水，使固体含量提高到 55%左右，赤泥滤饼经机械强力搅拌，使其动力粘滞数由IOOPa種左右降至IOPa種以下，用 隔膜泵经管道送到赤泥堆场。赤泥堆场表面一般无积水，水分在堆场内一部份(约60%) 由于表面蒸发而损失。另一部分通过底部砂石排水层疏排进入附液收集系统。赤泥经翻晒 后逐渐干燥固结为可塑态，力学指标增加，初期坝堆满后可以用干赤泥构筑子坝继续向上 堆存，其缺点是需要选择晾晒面积较大的场址，占地面积较大。[0007]第三种堆存工艺是干法堆存工艺。将赤泥过滤到固体含量67%左右后，将滤饼用 汽车运送到堆场堆存。目前国内仅在一些年产能小于20万吨的以一水硬铝石为原料的小 型拜耳法氧化铝厂采用。干法堆存工艺赤泥含水量最低，经适当晾晒后即具有较好的力学 强度，初期坝堆满后可以用干赤泥构筑子坝继续向上堆存，是目前最具发展前景的赤泥堆 存工艺。目前国内以进口三水铝矿石为原料采用纯拜耳法生产氧化铝的企业，在生产实践 中其湿法赤泥堆场存在安全、环保上的隐患而有向干法堆存工艺转变的趋势。同时，其采用 湿法堆存、一次性建坝的方式堆存高度有限、单位面积获 得的库容小、土地利用效率低，在 国家土地政策越来越严格、征地成本和难度越来越大的形势下，赤泥堆场的投资费用越来 越高。解决三水铝赤泥堆存费用高的根本途径在于改变堆存工艺，即将湿法堆存工艺改 为干法堆存工艺。要在有限的堆存面积上获得最多的库容，实现采用纯拜耳法工艺的三水 铝赤泥筑坝。三水铝赤泥筑坝的前提，是让赤泥具有长期的、不受气候条件变化影响的力学 强度，以保持赤泥堆积坝的边坡稳定性。针对各种矿石原料(一水硬铝石和三水铝石)、各种生产工艺(拜尔法，烧结法，联 合法)生产氧化铝过程中产生的赤泥的基本性质，轻金属行业的设计科研单位进行了大量 的试验研究工作，结果表明烧结法或联合法赤泥强度很高，接近低标号水泥，即使在湿法 堆存条件下，固结后仍可以形成稳定的子坝坝体，且遭受暴雨冲刷淋洗力学指标无变化；以 一水硬铝石或三水铝石为原料用纯拜尔法生产氧化铝产生的赤泥，在湿法堆存条件下呈流 塑状，不具有力学强度；但采用半干法或干法堆存工艺，通过晾晒蒸发或压滤等途径将其含 水量降低到30% -40%左右时，则可以具有一定的、满足子坝边坡稳定要求的力学强度。所 不同的是，以一水硬铝石为原料用纯拜耳法生产氧化铝产生的赤泥，在自然固结或碾压密 实后在遇水均不松软或崩解，而以三水铝石为原料用纯拜尔法生产氧化铝产生的赤泥，在 自然固结或碾压密实后在遇水则松散、崩解为粉状，失去粘结力。三水铝石赤泥的这一特殊 性能，是采用三水铝石赤泥作为筑坝材料的障碍。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥 为筑坝材料的堆场提坝结构，通过对对子坝采取保护措施，解决目前三水铝石赤泥不能作 为子坝筑坝材料的问题，以便采用半干法或干法堆存工艺的三水铝赤泥堆场在初期坝堆满 后用赤泥构筑子坝继续向上堆存，增加堆场的库容，延长其使用年限。本实用新型的技术方案为了解决上述技术问题，本实用新型的用三水铝矿生产 氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝结构，包括初期坝，在初期坝上叠建有子坝，在堆 场中间设置有排水竖井，井底连接有排水管道，所述的子坝包括压实的赤泥层形成的子坝 坝基，子坝坝基上为干赤泥分层碾压而成的子坝坝体，每层厚度0. 5m，在子坝坝体的外坡面 铺设有一层土工布，其上端延伸至子坝坝体的坝顶，土工布的外坡面的表面覆盖有一层耕 植土；子坝坝体的内坡面上铺设有一层土工膜，其上端延伸至子坝坝体的坝顶，下端延伸至 堆场库内，位于内坡面和库内的土工膜的表面覆盖有一层干赤泥层；在子坝坝体的坝顶构 筑有泥结碎石路面。[0013]所述的土工布的规格为300_400g/m2。所述的土工布的上端延伸至子坝坝体的坝顶2m宽处。所述的土工膜的厚度为0. 5-1. 0mm。所述的土工膜的上端延伸铺设至子坝坝体的整个坝顶，下端延伸铺设至堆场库内 5m处。土工膜采用聚乙烯或聚氯乙烯材料。所述的聚乙烯为高密度聚乙烯。所述的干赤泥层的厚度为0. 4-0. 6m。所述的泥结碎石路面的厚度为0. 3m。所述的子坝有若干级，每一级层层叠建设置。本实用新型以赤泥为主要筑坝材料构筑子坝，使堆场可以继续堆存赤泥。当堆场 降雨时，由于子坝坝体的外表以土工膜和土工布为主体的保护层的隔离作用，子坝坝体不 会因遭受雨水的冲刷和浸泡而软化，始终保持较好的力学强度和稳定性。场内雨水通过赤 泥层表面快速流向排水竖井，再经排水管道排出库外。与现有用三水铝石生产氧化铝的企 业的湿法堆存、用土石材料一次性建高坝的方法相比，本发明可达到在同样堆存面积上获 得更多库容的效果，既利用了三水铝赤泥在干燥固结后具有一定力学强度的特点，又通过 设置隔离保护层避免了降雨对赤泥强度的不利影响，使赤泥可作为一种筑坝材料使用，既 节约了筑坝材料，也节约了堆存占地面积，可取得较好的经济效益和社会效益。当第一级子 坝堆满赤泥后，用同样的子坝结构筑第二级及以上的子坝，继续向上堆存赤泥，直至堆场达 到设计堆存标高后闭库。
图1是本实用新型的剖面结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的实施例1 本实用新型的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥采用半干法或干法堆存。先用土石材料构筑满足半年以上使用年限的初期坝1，再在堆场中间设置排水竖 井2，井底连接排水管道3，堆场底部平整为从四周坡向排水竖井2的形状，即面向排水竖井 2形成一个坡面。然后从初期坝1附近开始排料，排料过程中要始终保持从四周到排水竖井 2具有大于的坡度。当初期坝1堆满后，用压实机械对堆积的赤泥进行碾压，形成稳定 密实的子坝坝基4，其压实度大于0. 9。接着选取堆场内干燥到含水量接近最佳含水量的干赤泥，用压实机械分层碾压密 实，每层厚度0. 5m，压实度大于0. 95，形成第一级子坝坝体5。子坝坝体5的坝高、坝顶宽 度、内外坝坡比等参数可根据坝体稳定计算确定。然后，在已经构筑好的子坝坝体5的外坡面铺设300_400g/m2规格的土工布6，并 延伸铺设到子坝坝体5的坝顶2m宽处。土工布6上位于外坡面上的的表面覆盖一层0. 3m 厚的耕植土 7，然后在耕植土 7上种植草皮。同时在子坝坝体5的内坡面铺设厚度0. 5-1. Omm的土工膜8，土工膜8向上延伸铺设到子坝坝体5的整个坝顶，向下延伸铺设到堆场库内5m。在位于内坡面和堆场库内的土 工膜8的表面覆盖一层厚度为0. 4-0. 6m的干赤泥层9，作为膜的保护层。土工膜8可采用 聚乙烯、聚氯乙烯等材质，聚乙烯优选高密度聚乙烯。最后，在子坝坝顶构筑0. 3m厚的泥结碎石路面10，可通行堆场作业机械，同时作 为坝顶土工膜8的保护层。这样就以赤泥为主要筑坝材料完成了第一级子坝的构筑，堆场可以继续堆存赤 泥。当堆场降雨时，由于子坝坝体5外表以土工膜8和土工布6为主体的保护层的隔离作 用，子坝坝体5不会因遭受雨水的冲刷和浸泡而软化，始终保持较好的力学强度和稳定性。 场内雨水通过赤泥层表面快速流向排水竖井2，再经排水管道3排出库外。当第一级子坝堆满赤泥后，用同样的方法构筑第二级及以上的子坝，继续向上堆 存赤泥，一层一层重叠建筑，直至堆场达到设计堆存标高后闭库。
权利要求一种用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场堤坝结构，包括初期坝(1)，在初期坝(1)上叠建有子坝，在堆场中间设置有排水竖井(2)，井底连接有排水管道(3)，其特征在于所述的子坝包括压实的赤泥层形成的子坝坝基(4)，子坝坝基(4)上为干赤泥分层碾压而成的子坝坝体(5)，每层厚度0.5m，在子坝坝体(5)的外坡面铺设有一层土工布(6)，其上端延伸至子坝坝体(5)的坝顶，土工布(6)的外坡面的表面覆盖有一层耕植土(7)；子坝坝体(5)的内坡面上铺设有一层土工膜(8)，其上端延伸至子坝坝体(5)的坝顶，下端延伸至堆场库内，位于内坡面和库内的土工膜(8)的表面覆盖有一层干赤泥层(9)；在子坝坝体(5)的坝顶构筑有泥结碎石路面(10)。
2.根据权利要求1所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝 结构，其特征在于所述的土工布(6)的规格为300-400g/m2。
3.根据权利要求1或2所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提 坝结构，其特征在于所述的土工布(6)的上端延伸至子坝坝体(5)的坝顶2m宽处。
4.根据权利要求1所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝 结构，其特征在于所述的土工膜(8)的厚度为0. 5-1. 0mm。
5.根据权利要求1或4所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提 坝结构，其特征在于所述的土工膜(8)的上端延伸铺设至子坝坝体(5)的整个坝顶，下端 延伸铺设至堆场库内5m处。
6.根据权利要求1所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝 结构，其特征在于土工膜(8)采用聚乙烯或聚氯乙烯材料。
7.根据权利要求6所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝 结构，其特征在于所述的聚乙烯为高密度聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝 结构，其特征在于所述的干赤泥层(9)的厚度为0. 4-0. 6m。
9.根据权利要求1所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝 结构，其特征在于所述的泥结碎石路面(10)的厚度为0. 3m。
10.根据权利要求1所述的用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场提坝 结构，其特征在于所述的子坝有若干级，每一级层层叠建设置。
专利摘要本实用新型公开了一种用三水铝矿生产氧化铝产生的赤泥为材料的赤泥堆场堤坝结构，包括初期坝(1)，子坝，排水竖井(2)，排水管道(3)，子坝包括压实的赤泥层形成的子坝坝基(4)，子坝坝基(4)上为干赤泥分层碾压而成的子坝坝体(5)，在外坡面铺设有一层土工布(6)，其上端延伸至坝顶，土工布(6)的外坡面的表面覆盖有一层耕植土(7)；内坡面上铺设有一层土工膜(8)，其上端延伸至坝顶，下端延伸至库内，位于内坡面和库内的土工膜(8)的表面覆盖有一层干赤泥层(9)；在坝顶构筑有泥结碎石路面(10)。本实用新型既节约了筑坝材料，也节约了堆存占地面积，可取得较好的经济效益和社会效益。
文档编号E02D17/18GK201560429SQ20092031763
公开日2010年8月25日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者李明阳, 胡禹志, 袁大钧, 雷金峰 申请人:贵阳铝镁设计研究院