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