郭思瑶 刘 佳2 赵英杰 庞 磊3 王 健

(1.辽宁科技大学 矿业工程学院 辽宁 鞍山 114051；2.辽宁科技大学工商管理学院 辽宁 鞍山 114051；3.辽宁科技大学 土木工程学院 辽宁 鞍山 114051)

一、引言

赤泥是氧化铝在生产过程中产生的工业废弃物，强碱性、高放射性以及较高的污染性是赤泥的主要特点。赤泥的颜色基于它的含铁量较高而呈现红土颜色。通常情况下，生产每吨氧化铝产品就会伴随1-2 t赤泥产生。截止到2016年6月,中国氧化铝产量为4954万t，全球的氧化铝产量亦在9514万吨[1]。我国作为世界氧化铝生产大国，在工业生产中，每年都有大量的赤泥废渣占地堆放[2-4]。由于多渠道化利用赤泥的方法还不够完善，而且赤泥的大量堆积已经占用了一定面积的土地并产生了严峻的环境问题,由赤泥引发的环境污染等问题也成为社会环境污染的一大热点问题之一[5-7]。近年来许多 国家致力于实现赤泥的二次利用，最大限度的限制赤泥的危害，针对这一问题有关人士对其进行了实验与研究发现由于赤泥具有比表面积大，在溶液中稳定性好，分散性、吸附性好等性质，因而赤泥在治理污水、治理土壤、治理废气等环境治理方面还有积极的作用[8-15]，但由于技术条件的限制，目前还无法大范围的实验与应用。一旦取得进一步的突破，将会对治理环境污染提供了一个新的方法与途径[16-23]。本文综述了赤泥的基本性质、危害和当前的应用现状等多方面信息，为赤泥的最大化利用提出了展望。

二、赤泥的简述

(一)物理性质

根据表1可知赤泥具有强碱性，其pH范围在10-12之间，熔点范围1200-1250℃，由于由于铝土矿的成分与工艺的不同，产生的赤泥粒度尺和相对密度寸也有差异，通常将赤泥的粒度范围规定在0.08-0.25 mm范围，相对密度范围在2.9-2.9之间。

表1 赤泥的物理性质

(二)赤泥主要的化学成分

表2 赤泥的主要成分

由于铝土矿种类的不同、生产方法的不同，导致赤泥的物相组成及化学组分含量也不尽相同。氧化铝生产主要方法包括烧结法、联合法和拜耳法。赤泥的化学的主要组成成分含量见表2。表2表面赤泥中主要矿物有CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、Na2O等[23]，其中氧化钙和二氧化硅含量较高，除此之外还含有其它微量的有色金属等。除了表2的化学组成以外，赤泥中还含有稀土元素和一定量的微量放射性元素，如Re、Ga、Y、Sc、Ta、Nb、U、Th和La-Lu等。赤泥中主要的化学成分不是对环境造成危害的物质，但其中含有的Na2O的附液赤泥是对环境产生危害的因素之一[23]。

三、赤泥的危害

赤泥因属于强碱性物质，且氟化物含量较大(4.9-8.6mg/L)，属于有害类废渣。目前,国家一直在提倡环境保护，而越来越多的人开始关注赤泥对环境的危害,主要表现在占用土地和农田，污染土壤、水资源和大气，腐蚀建筑物和构筑物表面,甚至对环境造成放射性污染。

(一)占用空间

目前，在工业制铝过程中所产生的废渣的赤泥大部分只能作堆积存放，还不能大批量的回收利用，因而大部分国家采用建造赤泥的对机场到底来实现赤泥的存放。赤泥堆场主要有四种类型，分别是沟谷型、排海型、人工凹地型、平地高台型。其中排海型都是海洋堆存方式，其余均为陆地堆存方法。临海的一些发达国家采用将赤泥排放到海底的方式。这一处理方式严重的污染海洋，对临海渔业的生产产生了极大的危害。因而许多工厂处理大量赤泥一般采用陆地堆存的方式。随着赤泥产量的增长，也势必导致所占用土地面积的增长(图1)，这对我国越来越稀缺的土地资源造成了威胁。赤泥的大量堆场不仅占用大面积珍贵的农田土地，而且堆存还需要昂贵的堆场维护费及特定的设施费用此外。

图1 赤泥占据土地资源空间

(二)污染土壤和水资源

赤泥由于原料及生产等方面的原因有强碱性，其中及一定量的Pb、Zn、Cd和Cr等危害性重金属离子，赤泥长期露天堆存并且在雨水的淋滤下会造成有害物质的渗漏，对土壤、湖泊河流及地下水造成严重污染(图2)。赤泥长期堆存在土地上，会造成土壤表面污染，使土壤碱化，从而影响农业、林业、种植业。这种破坏性的影响，使得堆存过赤泥的土地难以复垦，大大降低了我国的土地利用率。如未对赤泥堆场采取防渗措施或防渗措施不到位，赤泥也会对水造成严重污染，这主要表现在2个层面上：一方面，极细的赤泥颗粒会悬浮在水中，随水流动，从而造成水体污染；另一方面，赤泥高碱度 的淋滤液渗入地表、地下，会引起水体pH值升高，水质总硬度增加，严重的还会引起铬、砷等元素和氟化物污染水体；同时由于水中化合物的毒性往往会受pH值高低的影响，因此还可能造成更严重的水污染。

图2 赤泥的对土壤和水资源造成污染

(三)污染空气

赤泥的粒度极细，而且不具有凝胶性，堆积裸露在外的赤泥经长时间的风吹日晒，脱水风化，在一定程度上会导致表层的粘结性变差，而且粉尘随风进入空气中，造成雾霾的天气，影响空中的能见度、并破坏生态环境，甚至因此导致交通事故的发生率大大提升。而这种物质还会进入我们日常生活的许多场合，给人类的的健康和生存环境带来诸多不利影响。

(四)对人体的危害

赤泥中的碱性成分可能会导致人体的酸碱失去平衡，影响到酶促反应的效率，使身体内清除病害速度慢于被病害破坏的速度，加重病情；赤泥中的氟化物能使人体的骨骼受害，重者导致骨质疏散或变形，易于自发性骨折。此外氟化氢对呼吸器官还具有刺激作用，容易引起鼻炎、气管炎，使肺部纤维组织增生等疾病；赤泥粉尘中所含有的铝化物一旦进入人体，首先沉积在大脑内导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，铝还能直接损害成骨细胞的活性，从而抑制骨的基质合成。因此，赤泥扬尘会对人类的健康造成极大的危害。

四、赤泥的应用

本节综述了赤泥在废水处理、废气处理、土壤修复以及材料性能方面的应用。详细说明了赤泥的的吸附特性，胶凝作用以及自身的固有性质。

(一)赤泥在废水治理方面的研究与应用

赤泥对于废水中Cu2+、Zn2+等具有一定的吸附作用。赤泥含有的氧化物表面反应活性强.与硬石膏混合吸附镍离子，效率可高达100%。赤泥在高温下煅烧，加入含有重金属离子的废水，可以大大提升吸附率，相较于传统石墨吸附离子，更加经济。拜耳法赤泥在国内用来探测试验处理废水，也同样可以达到废水排放标准。

赤泥往往还用于污水净化，作为废水的澄清剂。活化的赤泥，作为吸附剂，絮凝剂把废水中的无用金属和非金属离子吸附，经过酸性或碱性处理掉，使废水得到澄清。

(二)赤泥在废气治理方面的研究与应用

根据调查显示，赤泥的化学成分相对稳定、比表面积较大，且颗粒较为细小、又具有胶结的孔架状结构，而且其中有效的固硫成分含量较高(MgO、CaO、Na2O及Al2O3、Fe2O3)等特点，又由于赤泥中存在着溶解性碱，因而其对于空气中 SO2、NO2、H2S等酸性有害气体有较强的吸附能力。赤泥目前有干湿两种方法来吸附废气，且效都果很显著。

赤泥可代替石灰处理废气。目前，国内外仍有将赤泥在烟气脱硫方面的实验与研究，据调查结果显示，赤泥比石灰石更具有较强的固硫能力。石灰石因其资源丰富，成本低廉等优势被广泛应用于固硫剂，但应用于实际发现固硫效率不高，在燃烧的方式下，固硫效率更低，而通过实验研究发现，赤泥不仅具有较高的活性，而且硫容量也很大，具有“硫化活化”的现象在赤泥中加入少许碳酸钠，可以处理气体中含S的气态物质。目前将赤泥制成脱硫剂及它的脱硫能力有较高的评价。

赤泥不仅具有较高好的固硫效果，而且赤泥在矿井废水吸收液中具有良好的烟气脱硝效果，考察了不同因素对吸收效果的影响，但关于赤泥的脱硝的研究成果还相对较少，不是很详细。可见赤泥的脱销效果也是未来具有研究意义的一大课题。不仅如此，冶金工业中，赤泥用来做还原废气中氢氧化物的催化剂。

(三)赤泥对污染土壤的修复作用

由于赤泥本身对重金属具有良好的吸附性能。因而可将赤泥用于受重金属污染土地的修复，赤泥对土壤中的 Cu2+、Ni2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+等重金属离子有较好的固定性能，使其由可交换态转变为键合氧化物的状态，从而大大降低土壤中的重金属离子的活力，有利于土壤中植物的生长和微生物的生存。且研究表明，经赤泥修复后的重金属污染土壤孔隙水中的重金属含量大大下降，如Zn含量由50～100mg/L降至5 mg/L;与此同时土壤中微生物含量得到了提高，而农作物种子及叶子中的重金属含量大为降低[6]。

赤泥成碱性，可以通过施用赤泥来提高土壤的pH值，改善土壤的酸碱状况，调查结果显示，赤泥能有效的降低土壤中Cr、Cd的含量，提高土壤的碳酸盐结合态和Pb、Zn的含量，且用量越多,效果越明显，施用赤泥后土壤pH有显着升高,一方面使土壤胶体表面负电荷增加,对重金属离子的吸附能力增强;另一方面可以使土壤中的Fe3+、Mn2+等离子形成羟基化合物,提供更多的重金属吸附位点。但施用赤泥提高土壤pH与对土壤中Pb、Zn的吸附作用各自对土壤中Pb、Zn形态变化的贡献还有待进一步的研究[18]。

由于赤泥中含有大量的Si、K、P等元素，同时还含有数十种农作物必需的微量元素及一定的碱度。赤泥经脱水后，可配乘硅钙农用肥调节一些酸性的土壤，改善土壤的pH；对缺Ca、Si、K、P等微量元素在一定程度上能够起到增产的作用。不过，赤泥的成分特别复杂，长期大量施用会造成地下水的污染，并且其碱性很高，对土壤的改良作用也有一定的限度。

(四)赤泥作为道路材料的应用

赤泥是一种细粒级、多孔状结构，固化表面积大的一种高碱低铝，高铁低硅的细粒废渣，赤泥集中在堆场长时间堆放则会结成大块状颗粒，这些颗粒多孔状结构，有很强的吸水性能，颗粒度细小不均，颗粒内部毛细网状结构十分发达具有较高的比表面积，由于干燥赤泥极易吸湿，因而赤泥的强富水性能一般较高，赤泥中含有较多的硅酸二钙，由于没有积聚热能，故无水化活性[1,18]。所以大部分都是以游离的氧化钙的形式存在的，所以赤泥可以自行固化，但其强度不高。利用其以上性质在将赤泥与粉煤灰与石灰这三者之间产生的胶凝作用使赤泥团聚成块固结而产生强度[15]。可作为道路基层材料(图3)，常用于沥青路面或水泥混凝土路面的材料。

图3 赤泥作为道路材料

2017年5月3日-5月4日，山东省住房与城乡建设厅在滨州市组织召开了由山东海逸交通科技有限公司自主研发的“赤泥基道路混凝土”产品技术成果鉴定会，对赤泥试验路进行了实地考察，经质询讨论之后，专家组一致认为赤泥基道路混凝土产品及技术达到了国际先进水平，填补了国内赤泥路用技术空白。“赤泥基道路混凝土技术”已经成功应用于北海经济开发区市政道路建设以及济青高速公路改扩建工程项目，赤泥用作路基材料成本低廉、性能优良，可见未来应具有更广阔的市场应用前景。

虽然赤泥在作为道路基层材料还受其他方面的制约，比如一般情况下赤泥都集中在堆场堆放，如果不是在堆场附近修路的话，我们运输赤泥的成本费用会占用很大的比重，耗费大量的人力物力，这是制约赤泥作道路基层材料的一个主要因素。

五、结论与展望

对于废弃物赤泥的处理与合理利用是不仅是我国的一个难题，更是一个世界性的难题，很多国家开始逐步重视赤泥的合理应用，同时由于赤泥本身也有着一定的优越的品质，作为污水治理，废气处理，土壤资源的修复，以及作为道路基本材料使其得到充分的利用，大大提高其附属价值。但是目前的很多成果还处于研究阶段，很多成果尚未实现工业应用，而在赤泥的工艺开发方面，还要考虑分层次、多种用途综合衡量，真正做到物尽其用，产生良好的社会效益和经济效益。因此，我们还需要对赤泥进行更加深入的研究。对全国的工业废弃物的减量化、资源化、无害化利用起到积极的推动作用，具有里程碑的意义。