CN1275884C

CN1275884C - 拜尔法赤泥基质改良技术

Info

Publication number: CN1275884C
Application number: CN 200510018271
Authority: CN
Inventors: 李小平; 刘永刚; 周连碧; 刘时光; 马彦卿; 冷杰彬; 吴亚君; 张桂梅; 吴缨
Original assignee: Aluminum Corp of China Ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Aluminum Corp of China Ltd; Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2005-02-06
Filing date: 2005-02-06
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2025-02-06
Also published as: CN1673129A

Abstract

本发明提供了一种氧化铝生产过程中所产生的废渣赤泥的处理改良方法，是采用氟石膏和泥炭对高碱性的赤泥进行改良，使其成为适宜植物直接生长的“土壤”，改良后的赤泥也可作为某些酸性固废物堆场或石山绿化的客土来源。通过室内及现场种植试验，表明改良后的堆场赤泥是可以作为多种植物如香根草、铺地菊、银合欢、狗牙根等的生长介质的，并已应用于赤泥坝体护坡绿化。

Description

拜尔法赤泥基质改良技术

技术领域：

本发明涉及一种氧化铝生产过程中所产生的废弃物的处理方法。

背景技术：

赤泥是在氧化铝过生产程中产生的废渣。氧化铝生产是用碱(NaOH或Na₂CO₃)处理铝矿石，使矿石中的氧化铝转化为可溶的铝酸钠，再用铝酸钠浆液提炼氧化铝。而矿石中的铁、钛、硅等杂质形成沉渣，含铁较高时呈红褐色，故名“赤泥”。以铝土矿石为原料的氧化铝生产中，有拜耳法和烧结法两种主要方法。还有将两种方法同时使用的，称为联合法。拜耳法产量约占世界总产量的92％。拜耳法生产采用的是：强碱溶出高铝、高铁、一水软铝石和三水铝石型铝土矿，产生的赤泥氧化铝、氧化铁、碱含量高；烧结法和联合法处理的是难溶的高铝、高硅、低铁、一水硬铝石型、高岭石型(前苏联用霞石)铝土矿，产生的赤泥氧化钙含量高，碱和铁含量较低。

按矿石品位和生产工艺的不同，每生产一吨氧化铝要排出1～2t赤泥。全世界每年排出赤泥总量约为6000万t。我国氧化铝厂每年排出的赤泥总量约为500万t。氧化铝厂赤泥的处置，现已成为世界氧化铝工业界瞩目的重大环境问题和技术问题。全球有10％赤泥堆放在海洋中，90％堆存在陆地上。国内大多采用露天堆存处理。

赤泥附液中以pH值、总碱度较高为特征，如处置不当将危害周围环境。试验表明，赤泥对土壤的盐碱化作用是长期性的，土壤pH值太高，将使作物无法正常生长或被碱烧死，此外，还使土壤板结，甚至荒废。赤泥附液进入水体后，将使水体pH值较高，碱度上升，破坏自然水体的碳酸平衡，污染严重时将使自然水体失去饮用及农灌功能，河流自然生态平衡受到严重破坏。在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当今社会，赤泥的综合利用以及赤泥堆场的生态恢复已显得非常重要。

对赤泥堆场的治理，长期以来，国内外以研究堆场的防渗技术为主。赤泥堆场的复垦问题几乎是不能解决的，这是因为赤泥的高碱性使得植物难以直接在赤泥中存活，国外一般采用在堆场上覆盖一定厚度土的办法或海水中和的办法来进行垦植。在赤泥上进行植被在国内还无先例。

发明内容：

本发明的目的是将高碱性、高容重、低营养、低通透性的拜尔法赤泥改良为适宜植物直接生长的“土壤”，改良后的赤泥也可作为某些酸性固废物堆场或石山绿化的客土来源。

本发明所采取的技术方案是：采用氟石膏和泥炭对高碱性的赤泥进行改良；赤泥和氟石膏的干重之比为8～12.5∶1，在湿度为25％～35％的条件下混合均匀；在上述赤泥和氟石膏混合物中加入泥炭，混合物与泥炭的体积比为7～8∶2～3。将改良后的赤泥基质按20～30cm的厚度均匀覆盖于赤泥面上，待基质稳定并有适度水分后进行植被。

采用本发明改良的赤泥可成为适宜植物直接生长的“土壤”，改良后的赤泥也可作为某些酸性固废物堆场或石山绿化的客土来源。通过室内及现场种植试验，表明改良后的堆场赤泥可以作为多种植物如香根草、铺地菊、银合欢、狗牙根等的生长介质的，并已应用于赤泥坝体护坡绿化。

具体实施方式：

1、拜尔法赤泥的基本特性

以中国铝业公司广西分公司(简称平果铝)堆场赤泥为研究对象。

(1)赤泥的矿物种类与化学成分

赤泥中的矿物质是构成赤泥的“骨架”。根据对赤泥试样的X-射线衍射分析，赤泥的矿物质主要有：

硅钙质成分—Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈，γ-Ca₂SIO₄二者约占40％。

铁质成分——Fe₂O₃，FeOOH，δ-FeOOH占25～30％。

铝质成分——AlO(OH)，Al(OH)₃占5～8％。

TiO₂，CaTiO₂约占10％。

CaCO₃占10％，NaAlSiO₈约占4％。

另外还有少量Na₃(Al.Si)₁₂O₂₄SO₄3H₂O等矿物质。

分析表明，赤泥的主要成分为水钙石榴石—Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈，其结构有粒状、细小粒状，多含铁、钛、镁等杂质。另一主要成分为赤铁矿，褐铁矿及δ-FeOOH，其次是硬水铝石及少量Al(OH)₃，还有CaCO₃，含量不多。金红石TiO₂含于AlO(OH)中，钙钛矿含于Ca₃Al₂(SiO₄)(OH)₈中。

赤泥矿物的化学组成以Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、SiO₂、TiO₂、Na₂O等较多。其中尤以Fe₂O₃、Al₂O₃最多，CaO次之，三者之和占化学组成总量的65％以上，如表1。

表1赤泥的主要化学成分(单位：％)

Fe₂O₃	CaO	Al₂O₃	TiO₂	SiO₂	Na₂O	K₂O	MgO	P₂O₅
Fe₂O₃	CaO	Al₂O₃	TiO₂	SiO₂	Na₂O	K₂O	MgO	P₂O₅	26.05	26.70	16.53	7.50	6.10	1.85	0.041	0.80	0.057

可见，赤泥是一种固体工业废弃物，与普通土壤有本质的区别。

(2)赤泥的粒级组成

氧化铝厂排出的赤泥粒度较细，经分析确定，进入堆场的赤泥颗粒组成如表2。

表2进场赤泥颗粒组成(粒径：mm)(％)

砂粒	粉砂粒	粘粒
砂粒	粉砂粒	粘粒	2～0.02	0.02～0.002	＜0.002
27	45	28	2～0.02	0.02～0.002	＜0.002

对照国际制土壤质地分类表，赤泥的物理性质很接近于粉砂质粘土类的物理性质。物理性粘粒含量占60％以上，粒间孔隙小，通气透水性差，粘性塑性强。

赤泥经堆场自然干燥后，由于赤泥中活性氧化钙的存在，赤泥颗粒会慢慢地固结，从而颗粒粒径会发生变化，形成一定的团粒结构。采用筛分法所测得的干燥赤泥的粒级组成如表3。

表3干燥赤泥的粒级组成

粒径mm	40	20-40	10-20	5-10	3-5	2.5-3
粒径mm	40	20-40	10-20	5-10	3-5	2.5-3	百分比％	25.5	21	13.5	15.7	5.6	8
累计量％	25.5	46.5	60	75.7	81.3	89.3	百分比％	25.5	21	13.5	15.7	5.6	8

1.25-2.5	0.595-1.25	0.208-0.595	0.105-0.208	0.095-0.105	0.08-0.095	＜0.074
1.25-2.5	0.595-1.25	0.208-0.595	0.105-0.208	0.095-0.105	0.08-0.095	＜0.074	0.7	3.4	3.7	1.8	0.6	0.3	0.2
90	93.4	97.1	98.9	99.5	99.8	100	0.7	3.4	3.7	1.8	0.6	0.3	0.2

(3)赤泥的容重

堆场赤泥干容重为1.58t/m³，孔隙度为54％。

(4)赤泥的养分及pH值

生长介质养分是植物生长发育所必须的物质基础。它是比较复杂的因素，但也是易于人为改变的因素。酸碱度对绿地植物是相当重要的。它影响着介质的结构性和养分的存在状态及有效性，决定着植物能否正常生长。不同的植物对土壤酸碱性的要求差异很大，其中有的能生长在较宽的pH值范围内，有的则对酸碱度的改变异常敏感。大多数植物不能在pH低于3.5或高于9的情况下正常发育，而正常的生长条件是在一定程度的较窄的pH值之内。大多数植物都比较适于在中性或近中性(微酸性、微碱性)的土壤上生长。

通过现场取样分析，赤泥的养分及pH值如表4。

表4赤泥的养分及pH值

全氮％	有效磷mg/kg	有效钾mg/kg	水溶性纳mg/kg	有机质％	PH值
全氮％	有效磷mg/kg	有效钾mg/kg	水溶性纳mg/kg	有机质％	PH值	0.0051	9.08	129.5	1044	0.723	9.96

综上分析，赤泥是一种粉砂质粘重的、碱性极强的、低养分的工业固废物，几乎没有植物能适宜这种介质。必须对赤泥进行改良，才可能将其变成可能的植物生长介质。

2、拜尔法赤泥基质改良技术

(1)技术措施

赤泥碱性的产生与碱性盐(主要为碱金属或碱土金属的碳酸盐)的水解作用有关。当赤泥中出现易溶性的碱性盐(如Na₂CO₃，Na₂HCO₃)时，则较强烈的水解作用可使其呈强碱性(pH＞8.5)。当胶体吸附的Na+离子相对数量达到一定程度时，可发生代换水解作用，也使其呈强碱性。

高浓度的Na⁺离子对植物产生毒害作用。交换性Na⁺离子使胶体分散，结构破坏，物理状况恶化。

赤泥的强度碱化，会扰乱植物根系正常的生理活动(如原生质变性、养分外流、酶钝化等)，影响植物对养分的吸收。所以大多数植物都不适宜。而在弱酸、中性、弱碱性土壤上，一般植物都能正常生长。另一方面，在正常的土壤酸碱性范围内自然界的不同植物往往形成比较固定的长期适应特征，酸碱性是土壤生态肥力的重要方面。为了使赤泥成为某些植物适宜的生长介子，必须对其进行必要的基质改良。赤泥改良既要减小其容重，又要降低其碱性。

A、赤泥改良的主要技术措施是施加改良剂，即：采用氟石膏(平果县氟化盐厂废渣)和泥炭对高碱性的赤泥进行改良。赤泥和氟石膏的干重之比为8～12.5∶1，湿度为25％～35％。在上述赤泥和氟石膏混合物中加入泥炭，其体积比例为7～8∶2～3。将改良后的赤泥基质按20～30cm的厚度均匀覆盖于赤泥面上，待基质稳定并有充足水分后再进行植被。

a.有机改良剂—泥炭

泥炭是由植物残体在成年积水、缺氧条件下经过不完全分解而形成。呈棕色、褐色或暗褐色，酸性至中性反应。疏松多孔，空隙率高达70-80％，容重仅为0.2-0.3g/cm³。持水能力极强，吸水量可达本身重量的3倍以上，但速效氮含量很低。磷、钾养分状况在不同类型的泥炭中差异很大，一般在0.1-0.5％左右。

泥炭既可改良赤泥的物理性质，又可改良其化学性质和养分状况。其优点是增加赤泥的持水能力，还使其疏松透气，根系易于穿插，并增加赤泥的缓冲能力、微生物活性和养分供应。

试验中，采用广西当地泥炭作为有机改良剂。其pH值为4.45，有机质、腐植酸含量分别为48.6％，38.6％。一般需将其粉碎至粒径小于20mm。

b.无机改良剂—氟石膏

石膏可用于中和赤泥碱性。

氟石膏的成分为硫酸钙CaSO4，为酸性盐类。施用氟石膏主要是通过离子代换作用把碱性赤泥中有害的Na⁺离子代换出来，结合灌水使之淋洗。即氟石膏可以和碱性赤泥中的可溶性盐反应生成不溶性盐和中性盐，降低其碱度：

钙离子可代换土壤胶体中结合的钠离子，使钠-粘土变成钙-粘土：

B.工艺方法

用工程机械将风干赤泥翻推压碎，粒径10～25mm；氟石膏风干，粒径1～15mm，混合搅拌均匀，加水继续搅拌，湿度控制在25～40％，充分混合后加入泥炭，粒径0～20mm，按赤泥∶氟石膏∶泥炭＝8∶2～7∶3的体积比混匀，即可。

(2)改良效果

a.堆场赤泥的养分及pH值，如表5。

表5堆场赤泥的养分及pH值

全氮％	有效磷mg/Kg	有效钾mg/kg	有机质％	PH值
全氮％	有效磷mg/Kg	有效钾mg/kg	有机质％	PH值	0.001～0.01	5～10	90～160	0.3～0.75	9.8～11.5

b.改良后赤泥的养分及pH值，如表6。

表6改良后赤泥的养分及pH值

全氮％	有效磷mg/kg	有效钾mg/kg	有机质％	PH值
全氮％	有效磷mg/kg	有效钾mg/kg	有机质％	PH值	0.65～1.5	8～20	80～100	6～13	8～8.5

温室种植试验效果

(1)未改良赤泥的种植效果

春播时节，在未经改良的赤泥中播种耐碱草种，种子发芽缓慢且发芽率仅为0～5％，10～15天浇水一次，生长三周左右全死。

(2)改良后的赤泥的种植效果

春播时节，在经改良的赤泥中播种耐碱草种，种子发芽快且发芽率达80％～92％，10～15天浇水一次，长势越来越好。如狗牙根、百喜草生长2～3个月根长既达15～20cm，地上株高15～35cm。相当于在中等肥力的土壤中的长势。

通过室内及现场种植试验，表明改良后的堆场赤泥是可以作为多种植物如香根草、铺地菊、银合欢、狗牙根等的生长介质的，并已应用于赤泥坝体护坡绿化。而同样的植物在没经改良的赤泥上种植，不能成活。

实施例：

自然风干赤泥5.0吨，混入氟石膏0.5吨，机械搅拌均匀，加水继续搅拌30分钟，使其充分混合，湿度控制在25％～35％，凉晒疏松之后，人工均匀加入0.4吨高位泥炭，即成为可直接植被的赤泥土壤。已应用于广西平果铝业公司赤泥堆场的坝体植被护坡。

Claims

1、一种赤泥基质改良的方法，其特征在于：

采用氟石膏和泥炭对高碱性的赤泥进行改良；

赤泥和氟石膏的干重之比为8～12.5∶1，在湿度为25％～35％的条件下混合均匀；

在上述赤泥和氟石膏混合物中加入泥炭，混合物与泥炭的体积比为7～8∶2～3。

2、根据权利要求1所述的赤泥基质改良方法，其特征在于：泥炭粒径应小于20mm。

3、根据权利要求1所述的赤泥基质改良方法，其特征在于：将改良后的赤泥基质按20～30cm的厚度均匀覆盖于赤泥面上，待基质稳定并有适度水分后进行植被。