广州师院学报(自然科学版)
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第20卷 第5期N o15 V ol120铝工业废渣堆场对环境的危害及防治对策研究
陈 南
(广州师范学院环境教育研究室,510400)
摘 要 铝工业废渣堆场对环境的危害主要表现在对地下水及地表水体的污染，其主要污染物为碱、氟化物、铝及钠等。防治废渣堆场的污染一方面需要对堆放场采取良好的防渗措施，加强对生产和堆场进行科学的管理，另一方面应积极进行废渣的综合利用。将氧化铝生产产生的废渣———赤泥用于堆场本身的防渗是废渣资源化、减量化的有效手段之一。
关键词 铝工业废渣 赤泥 堆场 环境污染 防治对策
中图分类号 X75
随着我国铝工业的迅速发展，铝工业生产产生的“三废”之一──废渣对环境的影响也愈加明显，如何防治和综合利用铝工业废渣，成为该行业环境保护的重要课题之一。作者利用1984年以来在实际工作中积累的大量资料，对铝工业废渣堆场对环境的污染作一综述，并提出相应的污染防治措施和废渣综合利用方法。由于铝工业废渣中以赤泥对环境的影响较大，在此将着重阐述赤泥堆场的污染与防治。
1 铝工业废渣及其危害
111 铝工业废渣的种类及来源
铝工业废渣为有色金属工业中主要工业废渣之一，它主要包括铝土矿冶炼得到氧化铝粉(中间产品)过程中生成的尾矿———赤泥(Red Mud)；氧化铝粉电解得到金属铝产生的电解槽大修渣(以下简称电解渣)；同时，由于氧化铝生产需要消耗大量热能———蒸汽，故铝厂一般建有较大规模的热电厂，导致了大量的粉煤灰渣的排放。
112 铝工业废渣的特性
1)赤泥 赤泥是一种红色泥状废弃物，其矿物组成及化学成分主要取决于铝土矿成分和生产工艺。我国的铝土矿一般品位较低，在氧化铝生产工艺中多采用烧结法或联合法，所产生的废渣———赤泥，矿物组成以二钙硅酸盐为主，化学成分属低铁高钙型。部分高品位铝土矿冶炼形成的赤泥，矿物组成则以含水硅铝酸钙为主，化学成分为低铁高铝型。
赤泥的物理特性有两点:
胶结性：赤泥含有水泥的成分———二钙硅酸盐，具有胶结性，在自然条件下堆存赤泥3～6个月则可以自然固结，由可塑体变为半固体。
渗透性：由于赤泥的胶结性强，因而其固结后的渗透性较差。1988年对山东铝厂赤泥堆场进行的收稿时间:1998年10月。
年检勘探得知，不同深度的赤泥的渗透系数(K 值)不同，在深度0～40m 的范围内,K 值在510×10-4～510×10-6cm/s 变化，其规律为随堆积高度增加、堆积年限增长，渗透系数值逐渐减小，防渗性能变好。
赤泥的排放量很大，据联合国环境规划署—工业和环境办公室以及国际原铝协会理事会所辖的环境委员会提供的有关资料，每吨氧化铝生产产出的赤泥量从高品位铝土矿的013吨到低品位铝土矿的215吨不等，按我国1990年氧化铝产量计算，则每生产一吨氧化铝即产出赤泥1145吨。
2)电解槽大修渣 用于电解氧化铝粉的电解槽一般在使用2～4年后需要大修，其产生的电解渣主要包括炭块、耐火砖、捣固物和保温砖等，其中以炭块量最多，占电解渣的38%，这些废渣均呈大小不等的固体块状。电解渣的排放量不大，一般每生产一吨电解铝，排放电解渣0125吨，排放也不连续。
3)粉煤灰渣 粉煤灰渣是由热电厂排放的，其颗粒细小，小于01054mm 的占全重量的50%以上，它不具胶结性，常年堆放在堆场仍呈松散状态。粉煤灰渣产出量较大,1990年全国铝厂灰渣产出量为74～88万吨。在以上这些铝工业废渣中，赤泥和粉煤灰渣的排放采用管道连续输送到堆场堆存，电解渣由于其排放的不连续性和数量较小，故采用汽车运输到堆场堆存。
113 铝工业废渣的主要污染物及其危害
1)主要污染物 根据《有色金属工业固体废物浸出毒性试验方法标准》(G B5086285)和《有色金属工业固体废物腐蚀性试验方法标准》(G B5087285)对赤泥、电解渣及灰渣进行试验，其主要污染物及含量见表1。
赤泥和灰渣排放到堆场一般是按照一定液固比输送的，用于输送的液体称为赤泥附液和冲灰水。其中赤泥附液经堆场回水系统返回工厂重复使用，但不能全部返回。实际上，赤泥和灰渣对环境的污染主要是赤泥附液和冲灰水入渗造成地下水和地表水污染。赤泥附液和冲灰水的分析结果见表2。
由表1和表2可知：铝工业废渣的主要污染物为碱、氟化物、钠及铝。其含量较高，超过了国家规定的排放标准(参见G B5086285)。
2)主要污染物的危害 铝工业废渣的主要污染物碱、氟化物、钠及铝，经各种途径进入环境，尤其是地下水，人们长期大量摄取这些物质，会影响身体健康。
碱对人体的危害往往不是直接的，高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH 值升高，以致超出国家规定的相应标准，造成水污染；另一方面,pH 值的高低常常影响水中化合物的毒性。据国外有关资料，一般认为碱含量为30～400mg/L (CaC O 2)是公共水源的适合范围[1]。而赤泥附液的碱度高达26348mg/L ，如此高碱度的赤泥附液进入水体，其污染不言而语。此外，工业和农业用水也以低碱度为好。
表1 铝工业废渣浸出试验结果 (单位:mg/L )
项目
pH 值碱度氟化物铝砷氰化物赤泥
11100～121242300100～86001003180～151600178～1150电解槽语文培训
大修渣
10150～101721200100～42001005108灰渣
8186～9124361506178～3215001008～01500标 准5～10≤50
34第5期 陈 南：铝工业废渣堆场对环境的危害及防治对策研究
表2 赤泥附液及冲灰水分析结果 (单位:mg/L)
项 目赤泥附液冲灰水项 目赤泥附液冲灰水pH值12100～131209128～11165碳酸盐656100～1320710042150～168100总碱度3610100～2634810045100～158100氢氧根1010100～56141000～8150
郊游的企图碱2240100～16335100氯 盐49160～99310018140～92120
钾钠
105100～1243100
1045100～14033100
4190～140100
硫酸盐
铝
215100～1758100胡一帆
63100～3501100
597170～1040190
0132～2101
钙0～2214045110～326180氟化物11150～321309177～27110
注：总碱度以CaCO2计，碱以Na2O计。
氟是人体所必需的元素，但长期饮用高氟水会引起氟骨症、氟斑牙，严重时可使骨质组织疏松，容易骨折等，一般人体每日允许摄入量为315g[2]。氟对生畜的危害十分明显。为此国家规定了各类水质的氟化物标准。饮用水的标准为015～110mg/L。
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。英联邦水质标准对人类消费用水中铝浓度规定为≤50mg/L(指导值)[3]。赤泥附液中铝含量高达3501mg/L，严重污染水质。
钠在赤泥附液中含量达1045100～14033100mg/L，造成了赤泥堆场附近地下水的污染，我国无钠含量的标准，英联邦提出的人类消费用水水质标准中规定为≤20mg/L(指导值)[3]。人过量摄取钠，对高血压病人、浮肿病人不利，高钠水还对农田灌溉、锅炉用水有影响，会引起土壤盐碱化和加热水产生大量二氧化碳泡沫。
2 铝工业废渣堆场的污染防治对策及废渣综合利用情人伞
211 铝工业废渣堆场对环境的污染
1)赤泥堆场 我国较大型氧化铝厂的赤泥堆场已有十个左右，对环境均造成了不同程度的污染，其污染轻重取决于堆场的地质条件和所采取的防渗措施等。例如,1958年建成投产的郑州铝厂，所建的三个赤泥堆场有两个已经堆满，但因赤泥堆场均处于黄土沟中，黄土状亚粘土层(渗透系数K值在1×10-4～1×10-5cm/s间)厚且对污染物有良好的吸附作用，堆场使用十几年后，其周围地下水质量没有明显变化。而地处渗透性好的灰岩地区的贵州铝厂赤泥堆场，由于使用前未采取良好防渗措施，周围环境曾受到污染，后经该铝厂采用对溶洞灌浆等多项防污措施，环境污染才得以改善。翡翠检测
2)电解槽大修渣堆场 八十年代以前，由于我国电解铝生产能力有限、废渣量相对于赤泥排放量较小，对电解渣给环境造成的污染并不重视，铝厂一般未选定固定的堆场堆放电解渣。电解铝生产规模较大的贵州铝厂虽后建有马家塘堆场，也未采取过任何防渗措施,1989年根据环保部门要求，该堆场停止使用，并新建大洼堆场，采用了塑料薄膜防渗。八十年代中期，国家新建青海铝厂，经一、二期工程建设后年产量将达到电解铝20万吨，该厂1990年投产，其电解渣场采用塑料薄膜防渗。
电解渣中氟含量很高，经对贵州铝厂电解渣被雨水淋溶后的污水分析发现，水中氟含量高达30515mg/L，对该厂电解渣所作的室内摸拟雨水淋溶试验结果表明：相当于年降水量558mm的水能溶
出氟1516g/kg渣，淋出水的氟浓度从开始的1089mg/L降至103mg/L。这种高氟水入渗后对地下水质的影响是不容忽视的。即使在废渣堆场停止使用后，仍然会不断地淋出有害物质，如对一年产十二万吨电解铝、年排放电解渣量3000吨的电解铝厂的预测计算得知：堆场停止使用，第10年仍能淋出14168吨氟。可见对电解渣堆场的污染防治是一件长期的工作。
3)粉煤灰渣堆场 粉煤灰渣在排往堆场时带有大量的冲灰水，由于冲灰水不回收，致使其中的污染物渗入地下，造成水体的污染，如贵州铝厂的灰渣堆场，使用十余年，就曾造成附近地下水质的44 广州师院学报(自然科学版) 第20卷
pH 值、氟化物、硫酸盐等多项指标超过国家标准。
212 污染防治对策1)堆场选址：在选择堆场场址时，应首先从环保角度出发，再考虑地形、地质、水文地质及工程条件和经济条件，尽量把堆场选择在地层渗透性差、离厂区近、便于输送的地方，并且堆场所在地区应不是区域地下水的补给区等。
2)铺设防渗层:《有色金属工业固体废物污染控制标准》(G B5085285)附录B 规定：废渣堆场底部防渗层的渗透系数应≤1×10-7cm/s 。铺设天然或人工防渗层对防止污染物入渗有良好的作用，在环境敏感地区，要根据当地环境要求反求防渗层的渗透系数，以便选用适合的防渗材料。铝工业废渣堆场现多采用人工防渗材料、或人工防渗材料与天然防渗材料结合作防渗层，经研究表明：赤泥堆场采用PVC
类(两布一膜)的人工防渗材料较为适合，而用赤泥加石灰固结作为防渗层则更能达到减少污染和废物利用的良好效果。
3)加强生产管理：生产管理的好坏直接影响环境污染的程度。如氧化铝生产中对赤泥要经过多次洗涤后才外排堆场，洗涤水再用于生产，这既可以减少环境污染又可以节约用水和用碱量，但生产管理不好时，就会造成洗涤次数的减少，使外排的赤泥附液中的污染物含量增加。在电解铝生产中，生产管理好则可延长电解槽的使用期限，从而达到减少废渣排放量的目的。
4)加强堆场管理：对赤泥堆场分块使用、赤泥附液及时回收等措施，都可以加速赤泥的固结，增加其防渗性能；堆场周围修筑沟渠截取雨水和堆场周边的污水渗液等，都是行之有效的防污措施。
电力设备管理5)设置地下水观测孔：在堆场周围，尤其是下游方向打地下水观测孔，定期监测地下水质变化情况，以便及时采取措施。
防污措施要根据具体情况而定，但任何时候都必须坚持环保“三同时”的原则，即环保设施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产，方可防止环境受到污染。
213 综合利用
铝工业废渣综合利用最多的是赤泥，如我国各氧化铝厂都建有自己的水泥厂，将赤泥用作水泥生产的
原料，每年用去约30万吨赤泥。此外，赤泥还可用于筑路、制砖以及提炼各种金属等。
赤泥直接用于堆场的筑坝和防渗，则是赤泥综合利用的又一途径。赤泥的防渗性能和工程性能很好，固结后的赤泥类似于水泥，渗透系数可达1×10-6cm/s ，固结快剪C 值达2513～8713K Pa ，故赤泥堆场的围坝除初级坝以外，均可采用赤泥构筑，即一边堆放赤泥，一边筑坝，这样既方便又节约投资。赤泥也可直接用作防渗，研究表明，在赤泥中加入10%的石灰(CaO )，固结后赤泥的渗透系数可高达215×10-7～713×10-8cm/s ，该方法已用于我国中州铝厂赤泥堆场的防渗层铺设，取得了良好的防渗效果，仅在标高162～168m 间铺设，就为国家节约投资118万元左右。
电解渣中的炭块可以回收，代替无烟煤作还原剂用于氧化铝生产。经山东铝厂生产实践证明，若按每年回收利用1150吨废碳块计算，可节省原料费2416万元。
综上所述，尽可能地综合利用废渣，以减轻污染物对环境的污染，节约投资、节省资源，取得良好社会和经济效益，是今后环境保护研究的主要方向之一。
中国京剧四大名旦参考文献
1 美国环境保护局编.水质评价标准.北京：中国建筑工业出版社,1979.58～59
2 美国安全饮水委员会编.饮水与健康.北京：人民卫生出版社,1983.97～98
3 夏 青，张旭辉主编.水质标准手册.北京：中国环境科学出版社,1990.113～115
On the harm fulness of aluminium industrial residue deposit to
environment and counter 2measures 5
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