氧化铝工业赤泥环境影响研究进展

氧化铝工业赤泥环境影响研究进展

陈映

云南文山铝业有限公司 云南省文山市 663000

摘要：赤泥是氧化铝工业生产中产生的高碱废弃物，之所以称为赤泥，是因它富含Fe₂O₃呈红褐色。基于此，本文探讨了氧化铝工业赤泥环境影响研究进展。

关键词：氧化铝；赤泥；环境影响；研究进展

赤泥是铝土矿生产氧化铝后排放的工业固体废物，其成分极其复杂，具有强碱性(氧化铁、氧化铝、氧化钙等碱性氧化物)、放射性(铯、锶、铀)，若长期大量堆放，不仅会污染大气环境，还会导致土地碱化、沼泽化，进而污染地下水体，从而给人们的生命安全带来安全隐患。因此，研究氧化铝工业赤泥对环境的影响具有重要意义。

一、赤泥的组成及性质

1、组成。赤泥的组成一般受生产所用铝土矿及生产工艺影响，所含主要元素一般为铁、铝、硅、钙、钠、钾、钛等，此外还含有少量的镓、钒、钪、铌、钽、锆等稀土元素。各主要元素可能存在于多种矿物残留中，如含铁元素的赤铁矿Fe₂O₃、针铁矿 FeO(OH)、含铝元素的-水硬铝石AlO(OH)、勃姆石 -AlO(OH)和三水铝石Al(OH)₃等，含钙元素的方解石CaCO₃、石膏CaSO₄·2H₂O等，含钛元素的锐钛矿Ti0₂，以及方钠石Na₂0·A1₂0₃·1.68S10₂·1.73H₂0、钙霞石3NaAlSi0₄·NaOH、钙水化石榴石3CaO·A1₂0₃· Si0₂·(6-2 )H₂0等。稀土元素的存在种类主要受所用铝土矿影响，分散地以类质同象形式存在于各个物相中。

不同地区产生的赤泥成分组成有所差异，这是因生产所用铝土矿成分不同、生产工艺不同及生产中添加物质不同等因素造成。

2、性质。赤泥虽因呈现红色而得名，但也有因铁含量较低而呈现棕色和灰白色。赤泥粒径主要在0.005～0.075mm范围内，占90％左右。赤泥颗粒的比表面积大小相差较为悬殊但总体较大，孔隙率远大于一般土壤，这样的结构为其带来了良好的吸附性能。

二、赤泥资源化利用

1、建材制备。赤泥富含铁铝化合物，一定量的 -硅酸二钙和无定形硅铝酸盐，可用来生产水泥砖块等建材。赤泥中游离态的碱、Na盐、重金属，以及固相中的脱硅产物均易引起相应环境问题，尤其赤泥中结合碱存在一定溶解平衡，可溶性碱性物质难以完全去除，在建材使用中碱性物质析出易带来环境问题，如烧结法赤泥修筑的道路在雨水冲刷下，可溶性碱可能造成地下水污染。赤泥用于建材制备，其放射性处于相对安全范畴，但铝土矿的不同会导致赤泥的组分变化，放射性元素含量也随之变化，放射性风险存在一定的不确定性，赤泥用于建材制备中需检测其放射性水平。

2、环保功能材料。赤泥碱性强，富含Fe、Al、Ti、Ca等氧化物或其羟基氧化物，比表面积大。鉴于赤泥化学组成和表面性质，可利用其制备环保功能材料，如去除水体或土壤中重金属，制备高效催化剂等。

赤泥直接添加易使土壤pH、TDS、DOC和重金属含量升高，赤泥中过高的Na⁺含量则导致土壤团聚体稳定性降低，土壤结构趋于恶化，从而影响土壤质量。

高Na⁺含量和重金属元素限制赤泥环保功能材料使用，此外，赤泥吸附能力弱，需对赤泥进行前处理，如酸中和、热处理等，以增强材料性能，减少材料潜在的环境污染。此外，需注意的是，赤泥中含有大量的铝，采用酸中和进行前处理易导致Al(OH)⁺₂含量增加、产生铝胁迫，在农用环保功能材料制备中需考虑赤泥中铝的影响。

3、有价金属回收。赤泥含有大量Fe、A1、Ti、Na并含有相对较高的Sc、Th、U等元素，可进行有价金属回收。赤泥碱性强、水分含量高，决定赤泥有价金属回收更适合用无机酸浸出。目前，赤泥有价金属回收的研究主要集中在湿法冶金领域。有学者利用H₂S0₄浸出赤泥中镧元素，用稀硫酸在常压下浸出，研究发现H₂S0₄能有效浸出赤泥中的Sr。这种方法进行有价金属回收会产生大量的废酸和废渣。废酸、废渣处理不当易引起环境污染，尤其是回收稀土元素中会使用较多对环境有害的材料，精炼过程可能会造成二次污染和其他有毒有害的副产物。

赤泥回收有价金属应选择绿色环保、低能耗的方法。生物冶金无需添加大量无机酸，可通过微生物自身分泌的有机酸浸出赤泥有价金属，减少废酸、避免二次污染。同时，还可利用微生物浸出赤泥重金属元素和放射性元素，浸出后赤泥残渣可制备环保功能材料，且能显著降低材料的放射性和重金属含量。

三、赤泥堆场基质改良

有研究表明，单纯采取客土法成本高且植被较难长期稳定生长，因而还需借助改良剂，加速赤泥形成类似土壤结构，改善赤泥性质。

石膏是目前使用最多的改良剂，石膏中的Ca²⁺协同空气中的CO₂与赤泥中OH^-等碱性阴离子发生沉淀反应，降低碱性；Ca²⁺还能将赤泥的Na⁺置换出来、降低盐分；同时，石膏改良还可降低赤泥中具有生物可给性的Al含量，有效改善赤泥性质。若过量使用石膏会导致土壤盐分增加、土壤肥力下降。在类似超碱性石灰质水体中，石膏可能导致底栖生物窒息和碳酸盐沉积速率激增，营养元素含量下降；在土壤中形成硬基质土壤，植物根茎无法穿透土壤发育。因此，在使用石膏对赤泥改良中需根据具体情况调整。

污泥等有机改良剂能增加植物营养元素，降低赤泥容重、提升导水性，有效改善赤泥物理性质；但难以降低赤泥碱性，且易引起赤泥电导率上升，加剧赤泥高盐分，阻碍植物生长。因此，赤泥基质改良过程需警惕改良剂提高赤泥盐分，限制植被生长。

四、赤泥突发性环境风险

1、溃坝对土壤的影响。溃坝对土壤的污染来自赤泥的高碱性和高盐分，短期内被赤泥污染的土壤pH和Na⁺含量大幅上升，过高的Na⁺含量导致土壤团聚体稳定性下降，团聚体结构被破坏，过高的pH超过植物生长阈值，土壤无法耕种。此外，在厌氧条件下，Cu能与有机物形成一种稳定的水溶有机结合态，对低海拔的河流边上湿地造成污染。赤泥中重金属含量相对较低且多为残渣态，仅As、Cr、Mo、V在碱性条件下迁移能力较强，短期内不会引起严重的重金属污染。因此，针对赤泥库溃坝对土壤的影响，需降低土壤pH和Na含量。

2、溃坝对水体的影响。赤泥库溃坝对水体的影响包括：一方面赤泥流入导致水体pH和EC大幅上升，重金属含量及形态变化显著，威胁水生生物生存；另一方面，应急过程中药剂的施用易引起潜在环境风险。因此，赤泥库溃坝后应选酸和石膏作为水体应急措施，降低水体的pH和重金属浓度。

溃坝后快速有效的应急处理措施能最大限度地降低赤泥危害，使河流pH恢复到正常范围，重金属含量降低。然而，投加酸会引入大量的酸根离子，石膏添加则导致SO^2-₄含量上升；石膏融合底泥呈现出更弱的物理结构，表现出明显的生物毒性，使底栖生物窒息，碳酸盐沉积速率激增，从而缺乏营养元素。

3、溃坝对生物的影响。赤泥库溃坝对生物的危害来自高pH和高Na⁺含量；以及可溶的V对高等植物有遗传毒害作用，且难以通过石膏、海水和酸中和去除。堆场溃坝后赤泥流入周边农田产生盐碱胁迫，对植物造成离子失衡、氧化胁迫和渗透胁迫等伤害，从而抑制植物生长甚至导致植物死亡。

五、研究展望

1、针对赤泥堆存及扬尘的环境污染问题，开展赤泥对周边环境和植物生长的影响研究。

2、针对堆存历史较长的赤泥堆场及环境累积效应，开展典型氧化铝矿冶区周边居民地方性疾病及流行性疾病关联性研究。

3、针对赤泥堆场修复后用于建设用地、住宅用地、农用地的区域，开展不同土地利用方式的环境影响后评估研究。

4、针对赤泥库溃坝后的影响区域，开展污染事故应急处理后土壤修复措施的环境风险研究。

5、针对赤泥用于环境功能材料(土壤修复、水体净化等)，开展赤泥有毒有害物质的迁移转化及环境风险研究。

6、针对氧化铝生产工艺的改进及调整，开展不同氧化铝企业外排赤泥处置方式和资源化利用途径的环境风险研究。

7、针对赤泥用于建筑建材及道路路基材料，开展赤泥脱碱效应稳定性及有毒有害物质迁移转化规律研究。

参考文献：

[1]杨奇.赤泥的基本性质及其组成[J].轻金属,2015(01).

[2]薛生国.氧化铝工业赤泥环境影响研究进展术[J].广西冶金,2017(04).