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赤泥土壤化初步研究硕士论文
华中科技大学
硕士学位论文
赤泥土壤化初步研究
姓名:
黄琼华
申请学位级别:
硕士
专业:
生态学
指导教师:
肖波
20080602
华中科技大学硕士学位论文
摘要
赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物,产量巨大。
本文在总结国内外
赤泥利用现状,并结合植物修复、土壤改良技术的基础上,提出了能一次性大量消
耗处理赤泥的无害化方法——赤泥土壤化技术。
赤泥土壤化技术主要是根据赤泥的具体成分和理化性质,研制出能够降低赤泥
的碱性和重金属含量的添加剂,使改良后的赤泥具备植物生长的基本条件,并筛选
出适合大规模种植的植物,从而达到以低成本对赤泥进行无害化处理的效果。
本文主要选取了石膏、磷石膏、生物质粉体、垃圾堆肥产品、活性污泥等作为
改良剂成分进行配比试验。
针对改良剂的不同配比情况,选择了紫花苜蓿、黑麦草、
美洲菊苣、高羊茅等四种植物进行盆栽试验,结果表明植物的生长情况随着有机添
加剂的增加而呈上升趋势,混合添加剂的改良效果比单一添加剂的改良效果要好。
在添加剂相同的情况下,黑麦草、紫花苜蓿的生长情况比美洲菊苣、高羊茅要好。
通过渗滤液试验,结果表明,在赤泥与磷石膏混合后,渗滤液中Cd、Be的浓度
降低到地下水三类标准以下水平,而As、Se、Hg则因为混合而使含量急剧上升,远
大于地下水体三类标准。
赤泥与生物质粉体混合后,渗滤液中除了Se的含量稍高于
地下水体三类标准外,其他9种重金属及其他污染水体的元素均达到了要求,由于
添加了生物质粉体,使As和Hg的含量从较高的污染水平下降到安全的浓度范围。
赤泥土壤化简单可行,吃渣量大,成本低,环境、社会效益明显。
关键词:
赤泥;土壤化;改良剂;盆栽试验;渗滤液
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
RedMudisthewasteofthealuminaindustry,whichyieldistremendous.Through
summarizingthepresentutilizationsituationoftheRedMudathomeandabroad,
combinedwiththeplantrepairandsoilimprovementtechnology,thispaperproposeanew
technologyofutilizationofRedMud——thesoil-conversionoftheRedMud.
Thesoil-conversiontechnologyisbasiswiththespecificcomponentandthephysical
andchemicalpropertiesoftheRedMud,exploretheadditiveswhichcandecrease
thealkalineandthecontentofheavymetalintheRedMud,maketheimprovedRedMud
suitablefortheplantgrowth,andscreeningthepantwhichsuitableforlarge-scaleplanting.
ThuswecandealwithRedMudbyHarmlessTreatmentwithlowcost.
Thissubjectusegypsum,phosphogypsum,biomasspowder,wastecompost
product,activatedsludgeasthecomponentofthemodifier.Focusingonthe
differentproportionofthemodifier,wechoosealfalfa,ryegrass,americachicoryandtall
fescueforthepotexperiment.Theresultsshowedthattheplantgrowthsituationisbetter
whentheorganicadditionquantityincrease.Thegrowthsituationisbetterinthemix
additionthaninthesingleaddition.Inthesameaddition,thegrowthsituationofalfalfa
andryegrassisbetterthanamericachicoryandtallfescue.
Theresultoftheleachateexperimentshowed,whenRedMudmixed
withphosphogypsum,theconcentrationofCd、Beintheleachatereducedtolowerthan
thegroundwaterqualitystandardsIII,buttheconcentrationoftheAs、Se、Hgincrease
quicklybecauseofthemixing,higherthanthegroundwaterqualitystandardsIII.When
RedMudmixedwiththebiomasspowder,excepttheconcentrationofSeintheleachateis
alittlehigherthangroundwaterqualitystandardsIII,theother9heavymetalelementsare
allinthesafescale,becauseoftheadditionofbiomasspowder,theconcentrationofAs、
HgreducedtolowerthanstandardsIIIfromhighlevel.
II
华中科技大学硕士学位论文
Thetechnologyofthesoil-conversionoftheRedMudisasimplewaytodealwith
massRedMud,whichcangethugeeconomic,environmentalandsocialbenefitswith
low-cost.
Keywords:
RedMud;Soil-conversion;Modifier;Potexperiment;Leachate
III
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究
成果。
尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已
经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确
方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名:
日期:
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:
学
校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文
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保密□,在年解密后适用本授权书。
本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名:
指导教师签名:
日期:
年月日日期:
年月
华中科技大学硕士学位论文
1绪论
1.1课题来源
本学位论文是贵州省平坝县宏大铝化工公司的赤泥资源化项目,并结合山东铝
业所产赤泥进行对比试验研究。
1.2课题研究背景
1.2.1赤泥
赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。
随着铝工业的发展,目前全世
界每年排放的赤泥约7000万吨以上,中国赤泥每年的排放量也有700万吨以上,长
期占用大量土地,造成土地碱化,地下水受到污染,危害人们的健康。
这么多赤泥
堆场不仅占用土地资源,而且赤泥堆上寸草不生,容易产生扬尘和山体滑坡,破坏
了铝厂周边的自然生态环境[1-2]。
随着氧化铝生产技术的不断改进和提高,其产量也逐年提高,采用了较为先进
的生产技术,但是氧化铝生产过程中的副产品——赤泥——始终是一个亟待解决的
问题。
目前,由于生产氧化铝产生的赤泥一直没有采取妥善的处理措施,加之连年
生产,虽然进行了一系列的回收利用尝试,但都或多或少的存在问题。
现在国内氧
化铝公司以山铝为例,其赤泥堆场1600万吨的赤泥已堆放成70多米高的金字塔
型,形成了严重的污染[3]。
如何处理和利用这些碱性赤泥废弃物,已成为社会关注的
热点难题。
赤泥,因其为赤红色泥浆状而得名。
赤泥是氧化铝生产过程中产生的最大废弃
物,也是氧化铝生产的最大污染源。
由于生产方法和铝土矿品位的不同,每生产一
1
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吨的氧化铝大约要产生0.5~2.5吨的赤泥,每吨赤泥还附带有3~4m3的含碱废液。
赤泥依氧化铝生产方法的不同,可分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥三种。
由于铝
土矿的含量丰度不同,国内外氧化铝生产所采取的方法也不同。
除我国和前苏联外,
其他各国均采用拜耳法生产,拜耳法产量约占世界总产量的90%以上。
拜耳法生产
采用的是,强碱NaOH溶出高铝、高铁、一水软铝石型和三水铝石型铝土矿,产生的
赤泥中氧化铝、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、高岭石型铝土矿,产生的赤泥CaO含量高,碱和铁含量较低。
我国主要是以一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的烧结法、联合法赤泥,其主要成分
为硅酸二钙及其水合物;国外则以拜耳法为主,拜耳法赤泥的主要成分为赤铁矿、
铝硅酸钠水合物、钙霞石等[4-6]。
我国大部分铝厂都采用平地堆积的方法存放赤泥,这种平地筑坝堆积,冬春季
易出现问题是局部裂纹表面风化,夏季赤泥坝的防洪问题相当大。
一旦垮坝,对周
围人员和财产将造成不可估量的损失。
因此,铝业公司必须投入大量人力物力对赤
泥堆场进行管理。
赤泥的主要污染物是碱、氟化物、钠和铝等,这些污染物经各种途径进入地下
水,随着食物链进入人体,或者人们长期饮用含有这些污染物的地下水,各种污染
离子就会在人体内富集,对人体造成危害。
碱对人体的危害往往不是直接的,一方
面,高碱度的污水渗入地下水或者地表水,使水体的pH值升高,对水造成污染;另
一方面,pH值的高低常常影响水中化合物的毒性[7]。
水中氟含量超标会对人体造成
氟骨症、氟斑牙等。
赤泥中氟化物含量远超过国家标准,其长期影响不容忽视。
铝
对人体的危害主要表现在使人的消化功能下降以及影响肝功能,另外对人脑神经也
会产生不利影响。
赤泥滤水在进入地下水体的过程中,除将本身的污染物带入外,
同时通过溶滤作用将大量的硫酸根离子钙离子带入地下水体,造成二次污染。
赤泥
中其它离子对水质的影响也是非常深远的。
由于赤泥中含有的上述有害物质,随着
雨水的冲刷,赤泥滤液渗到土壤水系河流中,对地下水、地表水和周围环境造成严
重污染[8]。
以山东铝厂为例,其第一赤泥堆场由于堆存初期未采取有效防渗措施致使
地下水源遭受严重污染,污染深度达200-700m,造成赤泥堆存区地下水永久性碱化。
2
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新建的第二赤泥堆场为防止污染地下水,在建场时底部构建厚达lm的防渗层,并在
堆场周边地下水流的迎水面设计一定高度的迎水墙,以防赤泥碱液的入渗。
同时,
赤泥堆存表面晒干后在大风天会产生沙尘对大气和周边环境造成污染。
贵州宏大铝
化工公司目前也面临赤泥堆场饱和,管理难度大,影响附近居民的生活环境质量等
问题[9-10]。
因此,如何处理和利用这些碱性赤泥废弃物,已成为社会关注的热点难题。
1.2.2磷石膏
磷石膏是磷铵生产过程中产生的一种废料,含有一定的有机磷和无机磷残留成
分,使得磷石膏呈酸性。
目前的生产工艺,每生产1吨磷铵就要排出4吨左右的磷
石膏。
磷石膏只能当废渣处理,露天堆放,年复一年,占用大量土地。
磷石膏中可
溶性乃和等随雨水出,产生酸性废水,长期渗漏到地下,会影响地下水,对环境造
成污染。
我国是世界磷石膏排出大国,全国每年的磷石膏排出量达到一万吨,居世
界第三,但利用率很低。
大量的磷石膏堆积,不仅制
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