平果铝业公司赤泥的土壤改良.pdf

第5 6 卷第3 期 2004 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a h V 0 1 ．5 6 ，N o ．3 A u g u s t 2 0 04 平果铝业公司赤泥的土壤改良 吴亚君1 ，李小平1 ，冷杰彬2 ．1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 ；2 ．中国铝业广西分公司，广西平果5 3 14 0 0 摘要在分析拜耳法赤泥理化性质的基础上，研究广西平果铝堆场赤泥的土壤改良与种植。结果表明，有机与无机混合体 改良荆对赤泥土壤改良效果良好，使固废物赤泥变成植物能够正常生长的基质，氟石膏的加量起重要作用。无机土壤改良剂虽然 基本上满足了植物生长的条件，但对赤泥的土壤改良效果不理想。 关键词环境工程；赤泥；q - 壤改良；拜耳法；氧化铝 中图分类号X 7 0 5 ；X 7 5 8 ；T F 8 2 1 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 4 0 3 0 1 3 0 一0 4 拜耳法赤泥是氧化铝生产过程中排除的工业废 料，碱性极强，堆场寸草不生。据统计每生产1 t 氧 化铝排出赤泥1 ．0 ～1 ．5 t ，赤泥的大量堆存不仅污 染环境，而且影响景观。研究广西平果铝堆场赤泥 的土壤改良，以期为绿化、美化赤泥堆场环境，减少 污染提供有效的技术途径。 ，1赤泥的物理化学性质 ’1 ．1 赤泥的矿物种类与化学组成 赤泥中的矿物质是构成赤泥的“骨架”。根据对 赤泥试样的X 一射线衍射分析，赤泥的矿物质主要 有硅钙质成分、铁质成分、铝质成分。赤泥的主要成 分之一水钙石榴石，C a 3 鹏 S i 0 4 O H 8 ，其结构有 粒状、细小粒状，多含铁、钛、镁等杂质。赤泥的其他 主要成分为赤铁矿、褐铁矿及8 一F e O O H ，其次是硬 水铝石及少量A I O H 3 ，还有C a C 0 3 ，但含量不多。 赤泥矿物的化学组成以F e z O s ，他0 3 ，C a O ， S i 0 2 ，T i 0 2 ，N a O 等为主，见表1 。其中F e 2 0 3 含量 最多，C a O 和A 1 2 0 3 次之，三者之和占6 5 ％以上。 表1 赤泥的主要化学成分 T a b l e1 C h e m i c a lc o m p o n e n to fr e dm u d 1 ．2 赤泥粒级组成 氧化铝厂排出的赤泥颗粒粒度较细，进入堆场 的赤泥颗粒组成如表2 所示。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黏土类的 物理性质。物理性黏粒含量占6 0 ％以上，粒间孔隙 小，黏塑性强，易板结。 表2 堆场赤泥粒级组成 T a b l e2P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fe x p e r i m e n t a lr e dm u d 收稿日期2 0 0 2 1 1 1 1 作者简介吴亚君 1 9 7 0 一 ，女，北京市人，工程师，主要从事矿区 复垦研究。 1 ．3 赤泥紧实度 紧实度对介质水分状况、植物根系的发育和分 布等都有重要影响。参照土壤紧实度的五个等级 极坚实、坚实、紧实、较紧实和疏松，坝坡赤泥的紧实 度属于紧实～坚实级。 2赤泥的土壤改良技术措施 通过对赤泥的本底分析可知，赤泥是一种粉砂 质黏重的盐碱土类工业固体废弃物，p H 1 0 ，含有 过多的可溶性盐类。在可溶性盐分中，主要阴离子 有碳酸根 C 0 3 一 、重碳酸根 H C 0 3 一 ；主要的阳离 子有，钠 N a 、钾 K 、钙 C a 2 、镁 M 9 2 。阳 离子与碳酸根和重碳酸根所形成的盐为碱性盐，对 植物的生长极为不利。 根据我国土壤环境质量标准土壤环境质量分 类和标准分级中规定，土壤质量基本上对植物和环 万方数据 第3 期吴亚君等平果铝业公司赤泥的土壤改良 1 3 1 境不造成危害和污染为三类三级。可见，赤泥与普 通土壤有本质的区别，它是一种固体工业废弃物。 根据我国土壤肥力分级标准，当N 含量在 0 ．0 6 ％，K 2 0 含量 0 ．1 ％，P 2 0 5 含量0 ．0 2 ％～ 0 ．0 4 ％时，肥力等级为极低。据分析，赤泥肥力在极 低级标准以下。 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在赤泥 堆场生长，而在弱酸、中性、弱碱性土壤上，一般植物 都能正常生长。正常的土壤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 介质，必须对其进行必要的基质改良。赤泥改良既 要减少其容重，又要降低其碱性；既要考虑改良赤泥 的特性，又要考虑经济成本。 2 ．1 土壤改良剂的选择 2 ．1 ．1 泥炭有机土壤改良剂。泥炭 p e a t 又称草 炭或泥煤，是高等植物残体在沼泽中成年积水、缺氧 条件下，经过生物、化学等作用不完全分解而形成 的。呈棕色、褐色或暗褐色，呈酸性至中性。疏松多 孔，密度通常在0 ．7 ～1 ．0 5g ／c m 3 之间，空隙率高达 7 0 ％～8 0 ％，容重仅0 ．2 ～0 ．3 9 ／c m 3 。持水能力极 强，水分含量可达5 0 ％～8 0 ％。泥炭 干基 的主要 成分为有机质3 0 ％～9 0 ％、灰分1 0 ％～7 0 ％，一般 氮含量1 ％～3 ％，K 2 00 ．1 ％～2 ％，有时含油率达 2 ％～1 0 ％。但泥炭中速效氮含量很低，磷、钾养分 状况在不同类型的泥炭中差异很大。 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，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。使用泥炭改良赤 泥时，选用呈酸性至强酸性反应 p H 4 ．0 ～6 ．0 的 高位泥炭为宜。 2 ．1 ．2 无机土壤改良剂。 1 石膏。石膏的成分为硫酸钙C a S 0 4 ，为酸性 盐类，可用于中和赤泥的碱性。结合灌水淋洗，施用 石膏可通过离子代换作用把碱性赤泥中有害的N a 离子代换出来，即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 N a 2 C 0 3 C a S 0 4 - - - ，C a C 0 3 N a 2 S 0 4 。氟石膏是一种 工业废弃物，p H 约2 ．O 。 2 膨胀珍珠岩 E x p a n d e dP e r l i t e ， M g ，F e ， h i 3 [ S i ，n 1 4 0 1 0 H O 1 2 ] 。膨胀珍珠岩是由酸性火 山玻璃质熔岩 珍珠岩 经破碎，筛分至一定粒度，再 经预热、瞬间高温焙烧而制成的一种白色或浅色的 优质绝热材料。化学成分见表3 。膨胀珍珠岩容重 0 ．0 7 - - 0 ．0 8 9 ／c m 3 ，粒度1 ～3 r a m 。颗粒内部是蜂窝 状结构，无毒、无味、不腐、不燃、耐酸、耐碱、无菌、透 气性好。特点是密度小，并且原材料丰富、价格低 廉，应用于农业、园林上保肥、保水。 表3 膨胀珍珠岩的化学成分 T a b l e3C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fe x p a n d e dp e r l i t e 、 3 蛭石 V e r m i c u l i t e 。蛭石是一种层状结构 含镁的水铝硅酸盐，形状像云母，是黑云母等天然矿 物风化蚀变的矿物。呈块状、片状和粒状，经过高温 焙烧脱除层间水分子，体积膨胀后，颜色变为银白色 或金黄色，呈颗粒状，含氨、磷、钾、铝、铁、镁、硅酸盐 等成分。容重0 ．1 l ～0 ．1 3 9 ／c m 3 ，具有吸水、保肥、 透气性好等特点，是植物生长不可缺少的材料。 2 ．2 赤泥改良及种植试验 赤泥土壤改良盆栽试验对两大类方案进行了对 比、筛选，从中选出各方面条件都适宜的方案。 2 ．2 ．1 添加有机与无机混合改良剂。由于珍珠岩与 蛭石都具有吸水、保肥、透气性好的功能，而且这两 种材料都很轻。因此，把它们结合起来使用会改变 赤泥的物理特性和化学性能，使赤泥作为栽培基质 对植物的生长环境更加有利。盆栽试验方案如表4 所示。 表4 用混合体进行赤泥改良各量配比方案 T a b l e4M a t c h i n gs c h e m eo fr e ds o i la m e l i o r a t i o nw i t hm 斑u r e 赤泥／％混合体／％ 氟石膏／％ O屹心￡j加m m 8 8 0 0加坫加加坫加加2 m姗碍竹鸺加；2∞他“跎盟。。2。。，。，。， 万方数据 1 3 2 有色金属第5 6 卷 这组试验施加复合肥3 3 3 ．3 3 k g ／h m 2 ，有机肥 2 6 6 ．6 7 k g ／h m 2 。每组试验三个重复样本，计1 2 盆／ 组，总体一个对照组。供试品种4 种，选择耐碱性 好，耐瘠薄土壤的牧草，其中包括冷季与暖季型、乔 木与灌木。 2 ．2 ．2 添加无机改良剂。根据膨胀珍珠岩的特性， 用它对赤泥进行改良可有效改善赤泥的紧实度，增 ；加非毛管孔隙度和通透性，降低黏结和黏着性，与氟 石膏配合使用降低赤泥p H 。盆栽试验方案如表5 所示。 这组试验根据材料自身肥力少的特点，加大施 肥量是改善赤泥物理特性的措施之一，施加复合肥 4 0 0 k g ／h m 2 ，有机肥4 0 0 k g ／h m 2 。每组试验三个重 复样本，计1 2 盆／组，供试品种同有机改良剂。 2 ．3 效果观测 种植2 个月后进行生长观察，总体比较。从叶 片颜色、植株高度、发芽率、盆底结晶体的渗出等方 面观察，发现用有机改良剂对赤泥进行改良的效果 比无机改良剂的效果好。对照盆一共只出了几棵 苗，长势也无法与改良样本相比。盆栽试验经生长 1 3 0 d 后再观察，牧草基本己经定植，样本之间的差 别也已显现，见表6 ，有机与无机物混合改良种植效 果和无机物改良种植效果见图1 。 表5 用无机改良剂对赤泥改良的配比方案 T a b l e5M a t c h i n gs c h e m eo fr e dm u da m e l i o r a t i o n w i t hi n o r g a n i cc o m p o u n d 表6 两种类型的改良试验记录 T a b l e6S t a t i s t i co ft w ot y p e so ft e s t a 一混合改良剂试验效果； b 一无机改良剂试验效果 ● 图1两类改良措施种植效果对比 F i g ．1 R e s u l t sc o m p a r i s o no fu S i I l go r g a n i ca n di n o r g a n i c m i x t u r ea n di n o r g a n i ca m e l i o r a t i n gr e g e n t 3结论 有机与无机混合体改良剂对赤泥土壤改良效果 良好，使固废物赤泥变成植物能够正常生长的基质， 氟石膏的加量起重要作用。与有机改良剂比较，无 机土壤改良剂对赤泥的土壤改良效果不够理想，虽 然基本上满足了植物生长的条件。 参考文献 [ 1 ] 土壤普查技术办公室．中国土壤普查技术[ M ] ．北京农业出版社，1 9 9 2 ． [ 2 ] 土壤环境质量标准[ S ] ．G B1 5 6 1 8 1 9 9 5 ． [ 3 ] 北京矿冶研究总院．赤泥堆场植被复垦技术研究报告[ R ] ．北京北京矿冶研究总院，2 0 0 3 ． 万方数据 第3 期吴亚君等平果铝业公司赤泥的土壤改良1 3 3 S o i lA m e l i o r a t i o no fR e dM u di nP i n g g u oA l u m i n u mI n d u s t r i a lC o r p o r a t i o n W UY a q u n1 ，L IX i a o - l 嘶n 9 1 ，L E N GJ i e - b i n 2 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ； 2 ．P i n g g u oA l u m i n u mI n d u s t r i a lC o r p o r a t i o n ，P i n g g u o5 3 1 4 0 0 ，G u a n g x i ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa n a l y s i so fr e dm u df r o mB a y e r p r o c e s s ．t h es o i la m e l i o r a t i o n a n dp l a n t i n go nr e dm u di nt h es t o r a g ey a r do fP i n g g u oA l u m i n u mI n d u s t r i a lC o r p o r a t i o ni si n v e s t i g a t e di nl a b o ． r a t o r y ．T h ee x c e l l e n tr e s u l t sa r ea c h i e v e di nm u da m e l i o r a t i o nb yu s eo fo r g a n i ca n di n o r g a n i cm i x t u r e ，t h er e d m u d ，s o l i dw a s t e s ，b e c o m e st h eb a s ef o rp l a n tn o r m a l l yg r o w t h ．T h eg y p s u mp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h e a m e l i o r a t i o n ．E v e nt h o u g ht h eb a s i cc o n d i t i o nf o rp l a n tg r o w t hi ss a t i s f i e db yu s eo ft h ei n o r g a n i ca m e l i o r a t i o n s c h e m e ，t h er e s u l t sa r en o ti d e a l ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；r e dm u d ；s o i la m e l i o r a t i o n ；B a y e rp r o c e s s ；a l u m i n a 上接笫1 0 1 页，C o n t i n u e df r o mP ．1 0 1 2 在黄土覆盖层下出矿，脊部损失大。黄土放 出漏斗母线倾角大，放出体形状狭长，因此崩落矿石 滞留在出矿进路问的脊部损失量大，应加强和注重 下水平的脊部矿石回收。 3 回采崩落矿石的块度应适中。爆破块度对 矿石回收率和黄土层的下降速率有很大影响，回收 率随着块度增大先增后减，粒度中等、粉矿含量少时 出矿能力最强。 参考文献 4 湿度大，不利于出矿和出土。回收率随湿度 的增大而减小，且湿度大易产生悬拱和“黄土烟囱” 现象。黄土的流动性好，当湿度达到其饱和状态，并 有流动通道，则易形成井下泥石流。因此，集中出土 应安排在旱季进行，多出快出，见废石为止。若雨季 来临，应停止矿点的生产，并崩矿封堵出矿口，形成 纯矿石隔层，以避免黄土形成泥石流涌人巷道。 [ 1 ] 吴艳梅．程潮铁矿东区采场涌泥分析及预测[ J ] ．中国矿业，2 0 0 0 ，9 s 2 1 1 5 1 2 1 ． [ 2 ] 王昌汉．放矿学[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 1 1 3 0 3 5 ． [ 3 ] 董振民．论放矿试验中的相似问题[ A ] ／／全国第四次崩落采矿法学术会议[ C ] ．成都，1 9 8 6 1 4 2 8 ． [ 4 ] 周志华，马建军，叶洲元，等．黄土覆盖层在放矿中运动规律的实验模型[ J ] ．有色金属 矿山部分 ，2 0 0 3 ， 4 1 6 1 8 ． [ 5 ] 刘兴国．放矿理论基础[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 4 9 0 9 6 ． M o d e l i n gE x p e r i m e n to nL o e s sI n t e r f u s i o nP r i n c i p l eD u r i n gO r e - D r a w i n g M AJ i a n - j u n l ，Z H O UZ h i h u a l ，Y I NX i a o - p e n 9 2 ，J I A N GB i n 9 2 ，K EQ i n g - h u a 2 1 ．W u h a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 8 1 ，C h i n a ； 2 ．D a y eI r o nM i n eo fW u h a nI r o na n dS t e e lC o ．，H u a n g s h i4 3 5 0 0 6 ，H u b e i ，C h i n a A b s t r a c t T h eo r e d r a w i n gp r o c e s so ft h es u b l e v e lc a v i n gm i n i n gi nt h ee a s ts e c t i o no fD a y eI r o nM i n ei ss i m u l a t e db y m o d e l i n ge x p e r i m e n t ．T h ee f f e c t so ft h eo r ef r a g m e n ts i z e sa n dh u m i d i t yo nt h el o e s si n t e r f u s i o na n do r e - d r a w - i n ga r eq u a n t i v e l ya n dd i r e c t l ya n a l y z e db yc o m p a r i s o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo r er e c o v e r ya n d1 0 e s sf a l l i n g v e l o c i t ya r es t r o n g l yi n f u e n c e db yt h eb l a s t e dr o c kf r a g m e n ts i z e s ，a n dt h eh u m i d i t yh a sn e g a t i v ee f f e c to nt h e d r a w i n gp r o c e s so fo r ea n dl o e s s ．I ti sn e c e s s a r yt oe x c a v a t el o e s sp r e v i o u s l yu n t i lm u l l o c kl a y e ra n dp a ya t t e n t i o n t or e c o v e rt h eo r eo nt h el e v e l ’Sr i d g e ．T h eb l a s t e do r ef r a g m e n ts i z e sa r em o d e r a t ef o ro p t i m a lo r e - d r a w i n gr e s u i t ．T h em i n i n gp r o d u c t i o ni nt h i sm i n es h o u l db ea r r a n g e di nd r ys e a s o n s ，a n db l a s t e dt ob l o c k su po r e - d r a w - i n gm o u t h si nr a i n ys e a s o n si no r d e rt oa v o i dd e b r i sp o u r i n gi n t ol a n e w a y ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；o r e - d r a w i n g ；m o d e l i n ge x p e r i m e n t ；c a v i n gm i n i n gm e t h o d ；l o e s s 万方数据