（冶金工程专业论文）赤泥堆场环境影响评价模式与管理.pdf

中南大学硕士学位论文 摘要 摘要 近年来，我国氧化铝工业得到了迅速发展，形成了目前约 6 , 5 0 0 k f f a 氧化铝的规模。赤泥作为氧化铝生产过程中的主要固体废弃 物，到目前为止已累计堆存7 5 6 5x1 0 4 m 3 ，但尚无可行的综合利用价 值，建场堆存是唯一的处置方式。而排放到堆场的赤泥浆液经澄清后， 附液大部分被回收利用，一少部分则渗入地下污染地下水。目前，国 内部分氧化铝生产企业的赤泥堆场已不同程度地对地下水造成了一 定的影响，其主要原因是对其环境影响认识不足，且没有合理的赤泥 堆场评价模式，致使项目建设前无法对赤泥堆场进行有效的环境影响 评价，并采取相应的防渗措施。 本课题结合中国铝业中州分公司十几年赤泥堆场的环境管理实 践经验，以赤泥堆场的主要环境污染因子含碱渗液为研究对象， 通过混溶试验法，计算出地下水接纳含碱渗液的“环境容量”为1 8 0 ， 确定堆场防渗层的“最大允许”渗透量为1 8 m 3 ，并计算防渗层的渗 透系数( 取防渗层l 为o 5 m m 时k 值应为7 7 9 1 f f l 4 m s ) ，进而核定 拟采取防渗措施的可行性，以此建立了赤泥堆场的环境影响评价模式 为：明确源强选取评价对象一确定环境容量一建立评价模型一核定 工程措施一管理措施。 该模式解决了赤泥堆场经验法、类比法等传统评价方法存在的不 足，从量化的角度，实现了赤泥堆场防渗措施的科学化、规范化管理， 实用性强。能为生产阶段的堆场组织排放、防渗续建、区域地下水监 测等管理提供理论指导。 关键词赤泥堆场，环境评价，研究，管理 中南大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t 1 1 1 ea l u m i n ai n d u s t r yh a sb e e nd e v e l o p e dr a p i d l yi nr e c e n ty e a r sa n d h a st h ec a p a e i 够o f6m i l l i o nt o n sp e ry e a r r e dm u di st h em a i ns o l i d d i s p o s a l f r o mt h ea l u m i n a p r o d u c t i o np r o c e s s t h e r e h a sb e e n 7 5 ，6 5 0 ，0 0 0 m o fr e dm e dw h i c hh a sn ov a l u ef o rc o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o nu n t i ln o w 1 1 1 eo n l yh a n d l em a n n e ri st ob u i l dd i s p o s a la r e a s t h em o s tp a r to fl c a c h e dl i q u o ri sr e c o v e r e df o ru t i l i z i n ga f t e rt h er e d m u d s l u r r yc l a r i f i e d o n l yl i t t l ep e r m e a t e si n t og r o u n da n dc o n t a m i n a t e s u n d e rg r o u n dw a t e r a tt h ep r e s e n t ，t h e s er e dm u d d i s p o s a l sf r o ma l u m i n a p r o d u c t i o ne n t e r p r i s e si no u rc o u n t r ye f f e c tu n d e rg r o u n dw a t e ra t d i f f e r e n tl e v e l s t h em a i nr e a s o ni se n v i r o n m e n t a li n f l u e n c eh a sn o tb e e n u n d e r s t o o dt o t a l l yb yp e o p l e a n dt h er e a s o n a b l ee s t i m a t i o nm o d e lc a l l n o tb ea v a i l a b l e 。a ut h i sm a d et h ee n v i r o n m e n t a li n f l u e n c ec a l l tb e e s t i m a t e db e f o r ep r o j e c tc o n s t r u c t i o n , a n dc o r r e s p o n d i n gp r e v e n t i n g m e a s u r e m e n t sf o rr e dm u dd i s p o s a lf r o mp e r m e a t i n gc a n tb et a k e n e i t h e r t h i sp a d e rt a k e st i l em a i ne n v i r o n m e n t a lc o n t a m i n a t i o nf a c t o r , w h i c h c o n t a i n ss o d al i q u o ra st h er e s e a r c hs u b j e c t , a c c o r d i n gt o p r a c t i c a l e x p e r i e n c e f r o me n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n t o v e rt e n y e a r s i n z h o n g z h o ub r a n c hc o m p a n yo fc h a l c o i tu s e dm i x i n gd i s s o l v i n g e x p e r i m e n tt oc a l c u l a t et h ee n v i r o n m e n t a lc a p a b i l i t y ( 1 8 i n j lf o ru n d e r g r o u n dw a t e rt ot a k eu pt h es o d al i q u o ra n dd e t e r m i n e18 l n jo ft h e p e r m i n e dm a x i m u mp e r m e a t i o na m o u n tf o rp e r m e a t i n g - p r o o fl a y e ri n r e dm u dd i s p o s a l a n dt h el e a k a g ec o e 伍c i e n tkt h a ti s7 7 9 x10 1 4 m sa s li s0 0 0 0 5 mf o rp e r m e a t i n g - p r o o fl a y e rw a sa l s oc a l c u l a t e dt oc h e c kt h e f e a s i b i l 时 o f p e r m e a t i n g p r o o f m e a s u r e m e n t s aq u a n t i t a t i v e e n v i r o n m e n t a le v a l u a t i n gm o d e li se s t a b l i s h e df o rr e dm u dd i s p o s a l b a s e do nt h i s ：v e i l f yao b j e c t i v e ，c h o o s eae v a l u a t i n go b j e c t , d e t e r m i n e e n v i r o n m e n tc a p a b i l i t y , e s t a b l i s he v a l u a t i n gm o d e l c h e c ka n dr a t i f y p r o j e c tm e a s u r e sa n dm a n a g e m e n tm e a s u r e s t h i sm o d e ls o l v e dt h ep r o b l e mf r o me x p e r i e n c e ，a n a l o g ym a n n e r a n dc o n v e n t i o n a l m a n n e r s p e r m e a t i n g p r o o fm e a s u r e s h a v eb e r e r p r a c t i c a b i l i t y , p e o p l eh a sr e a l i z e ds t a n d a r dm a n a g e m e n ts c i e n t i f i c a l l y i t c a nb eu s e dt o g i v ei n s t r u c t i o n sf o rr e dm u dd i s p o s a ls t o r a g e ，t o c o n t i n u o u s l yb u i l dp e r m e a t i n g - p r o o fa n dt om o n i t o ru n d e rg r o u n dw a t e r a n ds oo n d u r i n gp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：r e dm u dd i s p o s a l ，e n v i r o n m e n t a le v a l u a t i o n , r e s e a r c h ， m a n a g e m e n t 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：望! 筮日期：趁仁年 f 月卫日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：酗导师签名：函毽名期：生旦月2 日 中南大学硕士学位论文 前言 近年来，随着我国产业政策的调整，氧化铝工业得到了快速发展，目前氧化 铝年产量达到了6 5x1 0 s t 。另据2 0 0 4 年以来的不完全统计，国内己公布的氧化 铝投资项目达2 6 个，总规模达2 8 ，1 4 1x1 0 3 t ，即使不考虑利用国外铝土矿资源 和到海外投资办厂的项目，总规模也达到了1 6 ，0 4 1x1 0 3 t 。2 0 0 6 年底前，预计国 内具备投产条件的氧化铝在建项目总规模可达8 , 2 2 1 x 1 0 s t 。除目前已公布的在 建的氧化铝规模外，全国还有拟建氧化铝总规模1 , 9 9 2 1 0 h ，接近国外所有拟 建( 扩建) 氧化铝项目的总和。 由于我国多为一水硬铝石型铝土矿，生产方法以烧结法为主。赤泥作为氧化 铝生产过程中的主要固体废弃物，每生产l t 氧化铝约产生1 0 0 1 4 0 t 赤泥，赤 泥的固有特性决定了其综合利用的难度。长期以来，人们对赤泥的综合应用进 行了大量的研究，在生产水泥、砖、绝热材料或从赤泥中提取铁、镓、钛、铌 等有用金属方面取得了一定进展，消耗了一小部分赤泥，但因为无法进行推广 应用，大量的赤泥被堆积在生产现场，建库堆存成为目前唯一的处置方式。我 国目前赤泥堆场数量及累积赤泥量如下表： 我国现有赤泥堆场统计情况表 序号使用单位 堆场数 其中：闭库数等：；鬻 l 山东分公司 2 i2 7 0 0 2 中州分公司 209 0 0 3 河南分公司 541 4 0 0 4 广西分公司lo3 2 0 5 贵州分公司 l 0i 0 0 0 6 山西分公司 2 l1 2 4 5 全世界每年产生的赤泥量在5x1 0 7 t 以上，而我国每年产生的赤泥量约6 7 x l o b 。从上表可以看出，我国累积赤泥量已达到了7 , 5 6 5 x 1 0 4 m s ，长期堆积的 赤泥对周围环境产生一定的影响，其影响因素主要是赤泥渗液。 国外从上世纪七十年代以来就开始关注赤泥堆场的环境问题，像澳大利亚 宾加拉和瓦吉鲁普氧化铝厂、德国联合铝业公司的赤泥堆场都采取了一定的防 中南大学硕士学位论文 渗措施，保护地下水。而从我国目前的情况来看，部分氧化铝厂的赤泥堆场已 不同程度地对地下水造成了一定的污染，像山东分公司第一赤泥堆场由于建厂 初期没有采取防渗措施，堆场周围地下水已受到不同程度的污染，p h 值严重超 标；贵州分公司二期堆场仅使用十年就使堆场附近的百花湖和猫跳河水受到污 染；河南分公司郑家沟堆场对地下水也造成了一定影响。而且赤泥堆场污染事 故一旦发生，不论采取什么样的治理措施，都很难得到恢复和控制。 环境影响评价是源头控制的重要手段，可以从根本上预防污染事故的发生。 环境影响评价的概念于1 9 6 9 年由美国首先提出后，迅速在全世界得到了推广。 1 9 9 2 年我国国家环境保护总局颁布的防治尾矿污染环境管理规定明确要求 对氧化铝厂产生的赤泥进行污染防治及监督管理，保护环境，防止污染事故。 1 9 9 6 年颁布的中华人民共和国固体废物污染环境防治法第十二条规定：“建 设产生工业固体废物的项目以及建设贮存、处置固体废物的项目，必须遵守国 家有关建设项目环境保护管理的规定”。2 0 0 2 年1 0 月2 8 日第九届全国人民代表 大会常务委员会第三十次会议通过了中华人民共和国环境影响评价法，明确 了环境评价的定义：是指对规划和建设项目实施后可能造成的环境影响进行分 析、预测和评估。提出预防或者减轻不良环境影响的对策和措施，进行跟踪监 测的方法与制度。 随着我国环境保护制度的不断完善和人们对环境认识程度的提高，新、改、 扩建项目虽然对赤泥堆场开展了环境影响评价，并采取了相应措施，但评价方 法大都采用经验法和类比法，只是从定性的角度描述了其影响程度的大小，理 论性不强，或者是把赤泥附液作为污染地下水的主要因素，忽视了渗液的影响 作用，采取的措施也还处于摸索探讨和经验比照阶段，其有效性大打折扣，同 样造成了生产阶段对赤泥堆场环境管理的理论依据不充分，对危害程度认识不 足，可信度不高，污染事故的发生自然也在情理之中。 为了促进氧化铝工业的发展，实现社会效益、经济效益和环境效益的统一， 尽最大限度地保护好环境资源，就需要建立科学、完善、合理的赤泥堆场环境 影响评价模式，从量化的角度，说明其影响程度的大小、采取相应技术措施的 效果。 本课题在总结、研究、分析中州分公司十几年赤泥堆场管理实践的基础上， 提出科学规范的评价模式，旨在于规范赤泥堆场的环境影响评价，指导生产阶 段的环境管理，最大限度地回收附液、渗滤液，采取科学、经济实用的防渗措 施减少赤泥渗液量，保护区域环境。 2 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 1 1 赤泥的产生 第一章文献综述 氧化铝作为生产电解铝的主要原材料，是通过一系列化学过程从铝土矿中提 炼所得。自1 8 5 8 年吕查得里提出铝土矿苏打烧结法生产氧化铝以来，氧 化铝工业得到了飞速的发展，在一百多年的发展过程中，生产方法也有单一的烧 结法发展为适用于不同铝土矿的烧结法、拜耳法以及混联法，根据t h eu s g e o l o g i c a ls u r v e y 统计【”，2 0 0 0 年全世界氧化铝产量达到4 9 3x1 0 5 t 。我国自从 1 9 5 4 年建成第一家氧化铝生产企业山东铝厂( 现山东铝业公司、中国铝业山 东分公司、山东股份有限公司) 后，经过五十年的发展，且前已形成中国铝业股 份有限公司下属的山东分公司、山西分公司、河南分公司、中州分公司、广西分 公司、贵州分公司六个氧化铝生产基地。据中国铝业股份有限公司公布的数据显 示，在1 9 9 6 年至2 0 0 0 年期间，我国氧化铝产量的年复合增长率为1 4 o o 。到 2 0 0 2 年，全国生产氧化铝达到5 4 1x1 0 4 t ，2 0 0 3 年为6 0 9 4 1 0 3 t ，2 0 0 4 年将达到 6 5x1 0 s t ，约占世界总产量的十分之一 由于铝的化学性质活泼，在自然界中没有游离的金属铝，而只能以化合物 的形态存在，铝土矿作为生产氧化铝的主要矿石资源，物理成份复杂，化学成 份变化大。根据铝土矿中含铝矿物结构的不同，可以将铝土矿分为三水铝石铝 土矿( a 1 2 0 3 3 1 t 2 0 ) 、一水软铝石铝土矿( y - a 1 2 0 3 h 2 0 ) 、一水硬铝石型铝 土矿( a 1 2 0 3 h 2 0 ) 。除氧化铝之外，铝土矿中还含有氧化硅、氧化铁、氧 化钛、碳酸盐、钾、钠、镓、钒、铬等元素的化合物及有机物等。 生产氧化铝的主要原材料是铝土矿，其次还有明矾土、霞石、粘土等，世 界上百分之九十五以上的氧化铝是用铝土矿生产出来的。据t h eu s o e o l o g i i c a l s u r v e y 统计，2 0 0 0 年，全世界共消耗铝土矿1 3 5x1 0 6 t ，而国内2 0 0 4 年消耗铝 土矿约l 。1 9 6 1 0 4 t 。但是我国的铝土矿资源按2 0 0 0 年末审定的储量结果，铝土 矿储量为3 6 1 0 7 t ，基础储量5 1 0 a t ，资源量1 8 x1 0 8 t ，约占全球储量的1 5 0 。 我国铝土矿的矿床类型主要为古风化壳型矿床和红土型铝土矿床，以前者 为最重要。从成矿时代来看，古风化壳铝土矿主要产于石炭纪和二叠纪地层之 中，为一水型铝土矿我国铝土矿的化学组成特点为高铝( 6 2 9 8 0 4 ) 、高硅、低 铁，铝硅比较低( 一般为5 5 6 ) ，从而导致氧化铝生产工艺以碱石灰烧结法为主， 能耗大、成本高。 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 尽管铝土矿中的氧化铝水合物是两性物质，既可以溶于酸，又可以溶于碱， 也就有碱法、酸法、酸碱联合法等生产方法，但由于酸法对设备的腐蚀性大以 及酸的再生循环使用困难，因而仅停留在试验阶段。到目前为止，几乎所有的 氧化铝都是用碱法生产的。 根据矿石铝硅比的不同，氧化铝生产工艺主要有烧结法、拜耳法和混联法。 其中拜耳法适宜处理三水铝石、一水软铝石和铝硅比大于9 0 0 的一水硬铝石铝 土矿，工艺较简单，成本相对较低；烧结法适宜处理铝硅比较低的一水硬铝石 铝土矿，一般铝硅比在3 5 0 5 0 0 之间，工艺流程复杂，成本较高；而对于铝 硅比在5 o o 9 0 0 之间的矿石，一般采用混联法，成本介于两者之间。国外的 铝土矿资源大多为三水铝石、一水软铝石型铝土矿，氧化铝含量为5 0 左右， 铝硅比较高，基本上都是采用拜耳法进行生产我国由于大部分为低铁一水硬 铝石型铝土矿，铝硅比为5 6 ，主要采用烧结法或混联法生产氧化铝。中南大 学、中州分公司等单位根据我国铝土矿资源的特点，在传统碱石灰烧结法和拜 耳法生产氧化铝基础上，相继研制开发出了强化烧结法和选矿拜耳法生产氧化 铝新工艺，并取得良好的经济效益。 氧化铝生产方法主要是用碱法。碱法生产氧化铝，就是用碱( n a 2 c 0 3 或 n a o h ) 处理铝土矿，使矿石中的氧化铝与碱反应制成铝酸钠溶液。矿石中的铁、 钛等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣( 赤泥) 中，与赤泥分离后的铝酸钠溶液，经净化处理后，可以分解、析出氢氧化铝， 将氢氧化铝与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。分离后的赤 泥经过多次反向洗涤后作为固体废物送往堆场。 ， 根据氧化铝生产工艺嘲的不同，赤泥的产生来源可分为烧结法赤泥和拜耳法 赤泥。 。 1 1 1 碱石灰烧结法 l 碱石灰烧结法基本原理 将铝土矿与一定量的苏打、石灰配成炉料( 生料) ，进行烧结，使之生成易 溶于水的固体铝酸钠( n a 2 0 a 1 2 0 3 ) 和易于水解的固体铁酸钠( n a 2 0 f e 2 0 3 ) 以及不溶于水和碱的硅酸二钙( 2 c a o s i 0 2 ) 为主要成分的熟料。然后用水或 稀碱溶液溶出使之生成n a a i ( o h ) 4 和氢氧化钠，从而与不溶性的2 c a o s i 0 2 和 f e ( o h ) 3 等残渣分离，残渣经洗涤后得到弃赤泥，铝酸钠溶液则经过脱硅，分解 析出产品氢氧化铝。 4 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 2 碱石灰烧结法基本工艺流程图 氢监焦 图1 - ! 碱石灰烧结法基本工艺流程 3 产生的赤泥化学成分 表1 - ! 烧结法赤泥的主要成分 9 壁量垒1 2 虫! q竺塑堕尘 il o 1 0 - 3 9 91 6 7 29 2 6-4023 1 5 3 39 7 94002 1 3 5 49 7 31 9 0 0 4 0 6 81 2 5 59 2 71 9 1 04 1 2 51 3 0 68 7 91 9 1 i4 1 8 71 1 l 78 “一4 1 8 01 0 5 89 1 3 1 7 5 34 1 1 5 1 0 5 98 8 31 6 6 04 2 0 31 0 7 1 09 3 21 5 0 9 4 1 1 01 1 7 l l l o 2 01 5 9 4 0 8 01 2 3 1 29 1 01 7 1 64 1 4 91 1 1 5 堕盔兰堡圭兰垡丝茎 4 赤泥附液的化学成分 第一章文献综述 表l - 2 烧结法赤泥附液的主要成分 生量型丝尘! 吐!垒! 垒! 吐! 些丝! 吐! 塾 12 1 l 1 1 8 1 3 81 9 2 1 2 2 4 81 2 8 1 7 02 1 8 注：o k ：苛性比( 铝酸钠溶液中n a 2 0 与a 1 2 0 , 的摩尔浓度比) 5 赤泥的颗粒组成 3 1 ： d o 0 7 5 m m 的粒组，含量在5 左右； - d = 0 0 7 5 0 0 0 5 m m 的粒组，含量在9 0 左右； d 0 0 0 5 m m 的粒组，含量在5 左右。 1 1 2 拜耳法 l 拜耳法基本原理 拜耳法生产氧化铝的基本原理基于拜耳的两项专利发明： 1 ) 铝酸钠溶液在低温下添加a i ( o h ) 3 作晶种，不断地搅拌，溶液中的a 1 2 0 3 就以a i ( o h ：) 3 3 h 2 0 析出，同时获得n a 2 0 a 1 2 0 3 麾尔比高的母液； 2 ) 所得分解母液经过浓缩在高温条件下溶出铝土矿，使a 1 2 0 3 溶解得到铝 酸钠溶液。 交替上述两个过程，即构成拜耳法循环，每循环一次就得到一批产品。拜 耳法的实质就是下一反应在不同条件下的交替进行： 6 嬲 朋舯 肿 m g ；舯 胞瑚 l l l 2 2 2 l 2 2 l l h l l - l i i 2 钳 的 牾 舵 卯 彤斛舶肥 甜孔斯躬剪烈 i j!l拍博：。!b勰挎诣牾鸲 z z z 2 2 2 2 2 2 2 2 3 4 5 6 7 8 9 m n 中南大学硕十学位论文 第一章文献综述 a 1 2 0 3 ( 1 或3 ) h 2 0 + 2 n a o h + a q 2 n a a i ( o h ) 4 + a q 铝土矿高温溶出后得到矿浆，经稀释分离后得到铝酸钠溶液和赤泥，铝酸 钠溶液进入下一道工序进行分解，赤泥则经过洗涤后排往堆场堆存。 2 拜耳法工艺流程 补充可牲碱铝土矿石灰 氢氧化铝 图l - 2 拜耳法生产工艺流程图 7 3 拜耳法赤泥化学成分 ， 表1 - 3 拜耳法赤泥的主要成分 n a 2 0 , 序- g - c 型a 生o s 竖i 鱼0 2f 型e 2 生0 3a 型1 2 塾0 3 t 型i o 垦2型兰 a 一s 一n $ c s l1 8 8 9 1 2 8 61 4 9 5 2 9 0 76 1 05 “ 2 2 60 4 41 5 7 2 2 4 3 41 3 1 3 2 3 i i5 9 4 4 8 6 3 2 4 1 91 2 8 2 2 3 8 75 6 6 4 8 2 42 5 8 5 1 3 5 81 2 2 82 1 9 3 5 3 94 8 2 5 2 4 4 21 2 6 9 - 2 3 5 0 5 2 74 7 5 62 4 0 5 1 3 1 7 2 4 3 9 5 2 24 7 4 72 6 6 21 3 4 7 1 0 4 72 2 2 35 5 8 5 1 8 82 6 8 61 3 2 0 1 1 2 i2 2 1 7 5 6 44 6 2 92 6 4 7 1 3 3 21 2 3 42 2 1 6 5 8 l4 , 4 1 1 02 6 0 31 3 2 4 1 2 5 62 2 1 05 8 4 4 4 4 0 3 7 o 3 8 o 3 6 o 3 7 o 3 6 o 3 9 0 3 5 o 3 3 0 3 3 1 9 8 2 0 2 2 0 4 2 0 6 1 9 5 2 i l 2 1 8 2 ，1 3 2 1 0 平均2 4 7 71 3 1 5 1 2 3 02 3 4 5 5 6 54 8 31 7 8 0 3 62 o l 注：m s ：a l 舢和n a 2 0 的质量比；n ，s ：n 加和s i 0 2 的质量比；c 幅：c a o 和s i 0 2 的质量比 4 赤泥附液的化学成分 表l i 拜耳法赤泥附液的主要成分 序号 n a 2 0 ra 1 2 0 3 n a 2 0 k u s 附损 ( 班，( 班)( 班) ( 嘞) l 5 7 34 0 7 4 5 91 0 9 4 7 7 4 5 0 4 7 4 5 1 6 5 7 4 4 1 3 3 2 7 5 3 4 5 3 3 0 2 7 8 3 6 3 4 3 3 4 7 9 3 3 2 2 0 8 i 9 7 2 4 7 2 3 2 3 7 0 4 0 9 4 4 1 4 8 9 3 4 2 2 3 0 2 0 8 2 7 l 2 劢 o 9 5 o 8 7 0 9 5 0 8 6 0 8 7 0 9 4 0 9 3 o 9 7 o 9 8 4 3 4 4 1 4 4 8 8 3 5 0 3 6 l 2 7 3 2 5 3 3 3 3 3 2 4 平均4 2 5 3 1 83 4 8 o 9 4 3 7 1 注：i , s ：液固比 8 跖酡：2黔：3醯酌所i； 2 3 4 5 6 7 8 9 “ 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 1 1 3 混联法 混联法就是采用拜耳法和烧结法联合生产氧化铝的生产流程，取长补短， 可以取得比用单一方法处理更好的效果，根据铝土矿化学与矿物组成等条件的 不同，可以分为串联法、并联法和联合法，且都已应用于工业生产，各种联合 流程在工艺上都有自己的特点。 并联法由两个平行的生产系统组成，主体部分是用拜耳法处理铝硅比高的 铝土矿，辅助部分是用烧结法处理铝硅低的硅铝土矿，烧结法部分的铝酸钠溶 液并入拜耳法系统进行晶种分解，补偿拜耳法系统的苛性碱损失。 串联法流程的实质在于全部铝土矿首先用拜耳法处理，而含有大量氧化铝 和苛性钠的拜耳法赤泥再用烧结法处理，所得铝酸钠溶液同样并入拜耳法系统 进行晶种分解，而从蒸发母液中析出的一水苏打则送烧结法系统配制。 联合法是兼有串联与并联的一种联合方法。在用拜耳法赤泥中添加一部分 铝硅比低的矿石作为烧结法的原料进行烧结。烧结法系统的铝酸钠溶液大部分 并入拜耳法系统进行种分，以补偿拜耳法的碱耗，少部分进行碳分。 以上氧化铝生产方法排放出来的弃赤泥，特性也各不相同1 4 1 1 5 ，但都是经过 多次反向洗涤，将赤泥附损失控制在工艺要求的限度内，尽可能减少以附液形 式损失的n a 2 0 ，但因工艺、技术条件的限制，无法完全去除n a 2 0 6 l ，因此产生 了对环境影响的污染因子1 7 】 8 1 1 9 1 。 1 2 赤泥的堆存 1 2 1 赤泥的输送 在氧化铝生产工艺中，经过洗涤后的弃赤泥直接送往赤泥堆场堆存，目前 赤泥的输送方式主要有湿法输送和干法输送。 湿法输送是指赤泥浆液( 液固比为3 5 ：1 ) 用隔膜泵经管道送入堆场，是 应用较广的一种方法，目前国内氧化铝厂基本上都是湿法输送。中州分公司选 矿拜耳法、广西分公司拜耳法使用的浓相输送属于湿法输送的一种形式，泥浆 9 中南大学硕士学位论文 第一章文献综述 量仅为普通湿法的3 1 5 0 4 7 2 0 ，带入堆场的碱仅为普通湿法的1 7 7 0 3 0 0 0 【l o l 。 干法输送就是将过滤后的干赤泥用皮带或车辆送往堆场。 1 2 2 赤泥的堆存类型 - 无论采用哪种方式输送赤泥，都需要使用固定的场地堆积赤泥。所谓堆场 就是选择有利地形筑坝拦截谷口( 河口) 或围地形成的具有一定容积，用以贮 存赤泥和澄清赤泥附液的专用场地。赤泥堆场一般有初期坝、后期坝、排放系 统、防洪系统、回水系统、排渗系统、防渗系统等组成。 l 堆场目前有两种堆存方式： 1 ) 干法堆存；赤泥经洗涤和过滤后送到堆场堆存，附液量很小，不易澄清 析出，主要靠自然蒸发和排渗固结i l 。中州分公司选矿拜耳法赤泥堆场即属于 干法堆存，经生产工艺排放出来的浓相赤泥( 1 ：1 ) 输送到堆场后，分成三个区 轮流作业：一个区供排放使用，一个区自然蒸发水分，一个区采用大型机械进 行翻晒，加快固结速度。干法堆存带入堆场的碱少、水少，对环境的影响较小【1 2 】。 2 ) 湿法堆存：赤泥以浆液状态输送到堆场堆存，经一段时间澄清后，含碱 附液经回水系统返回氧化铝生产工艺流程进行利用，赤泥则沉积下来，靠自然 蒸发逐步胶结硬化，回收的附液既利于调节生产工艺中的水量平衡，减少新水 用量，又利于回收氧化钠，降低碱耗。湿法堆存与干法堆存的主要区别是附液 量大，回水量大。 2 赤泥堆场的类型主要分以下四种l l 川： 1 ) 山谷型：在山谷谷口处筑坝形成的堆场，它的特点是初期坝不太长，堆 坝比较容易，工作量较小，投资省，后期坝常可堆得较高，汇水面积不太大， 排洪设施一般比较简单，管理维护也相对比较简单，是一种理想的赤泥堆场类 型。 2 ) 傍山型：在山坡下依傍山坡三面筑坝围成的堆场，它的特点是初期坝相 对较长，堆坝工作量较大，堆坝高度不可能太高，汇水面积较小，排洪问题比 较容易解决，但因堆场内水面面积一般不大，附液澄清条件较差。管理维护相 对比较复杂，应用较少。 3 ) 河谷型：截断河谷在上下游两面筑坝截成的堆场，它的特点是赤泥堆坝 从上、下游两个方向向中间进行，堆坝高度受到限制，堆场内的汇水面积不太 大。但堆场外上游的汇水面积常很大，堆场内和堆场上游都要设排洪系统，配 置较复杂，规模较大，管理维护较复杂，应用较少。 i 0 中南大学硕士学位论文第一章文献综述 4 ) 平地型：在平地上四面筑坝围成的堆场，其特点是没有山坡汇流，汇水 面积较小，排洪构筑物简单，初期坝的长度很长，堆坝工作量相当大，堆坝高 度受到限制一般不高。应用较广，管理维护较复杂。 选择堆场类型，主要根据氧化铝厂生产工艺周围环境来进行选型，如山东 分公司、山西分公司二期工程选用平地型堆场；河南分公司、山西分公司一期 工程选用黄土沟谷型堆场。一般情况下，尽量选用山谷筑坝，一方面减少了投 资，方便于管理，另一方面不占用耕地良田。但是沟谷地质条件较复杂，裂缝、 断层、节理发育，给赤泥堆场的防渗带来相当大的困难。 中州分公司烧结法赤泥堆场属山谷型堆场，是专门用来堆存烧结法生产氧 化铝所产生赤泥的场所。堆场位于中州分公司西北3 5 0 k m 处方庄镇沙墙村头道 沟内，沟长1 5 0 k i n ，沟底宽5 0 l o o m 。根据山谷型堆场的特点，赤泥堆场坝顶 最终设计绝对标高为+ 2 2 0 o o m ( 设计坝高7 0 m ) ，设计最终库容1 , 3 3 7 x 1 0 4 m 3 1 1 4 1 ， 见下表： 表1 - 6 中州分公司烧结法赤泥堆场库容表 按中州分公司目前的氧化铝生产量，烧结法生产线每天外排赤泥浆液 1 0 ，8 0 0 t ，液固比3 ：1 ，其中含有附液8 ，l o o t ，回水量6 ，1 8 7 t ，回水率为7 6 3 8 ， 按焦作地区年蒸发量计算，每天的附液蒸发量约1 2 。从1 9 9 2 年试车投产到现 在的十余年间，已累计堆存赤泥8 1 0 6 t ，堆场高度达到5 0 m 。 烧结法赤泥和拜耳法赤泥在物相组成、化学成分，粒度具有很大的差别， 对环境的影响程度也不尽相同。本课题主要以中州分公司烧结法赤泥堆场为例 探讨烧结法赤泥堆场对环境的影响。 中南大学硕士学位论文 第二章赤泥堆场的环境影响评价 第二章赤泥堆场的环境影响评价 2 1 赤泥堆场渗液的形成 氧化铝生产工艺复杂，针对不同的铝土矿采用不同的生产工艺，但每一种生 产工艺都会产生固体废弃物赤泥。赤泥和附液的混合物经堆场堆置一段时间后， 澄清分离，p h 值为1 2 左右的附液回收利用，重新进入氧化铝生产流程，而沉 积下来的赤泥则留存在堆场，靠自然蒸发和排渗胶结固化。 赤泥附液按去向可分为四部分：一部分经澄清后回收，占附液量的大部分， 用于改善氧化铝生产水平衡，减少新水用量、降低碱耗；一部分自然蒸发：一 部分透过赤泥沉积层聚集在堆场底部；一部分以结晶水和附着水的形式与赤泥 结合在一起，如图2 1 厂丁二j 了 广- vv i_ 盐王鲞 围2 1 赤泥渗液形成圈 聚集在堆场底部的那一部分附液称之为赤泥渗滤液，是p h 值不小于1 2 ( 比 附液略高) 的碱性溶液，其中大部分渗滤液经排渗网排出回收利用，少部分在 压力作用下穿透防渗层渗入地下( 即赤泥渗液) ，污染地下水1 5 1 峋。 另外，沉积赤泥( 干结) p h 值通常大于1 1 ，根本原因是由于在提炼氧化铝 过程中加入了碳酸钠或氢氧化钠，致使赤泥中含有大量钠离子的结果。同时赤 泥胶结时间较长，导致在生产排放期和堆场闭库后期，赤泥渗液将长期影响地 下水。 2 2 赤泥堆场的环境影响因素 赤泥的物理、化学特性、堆存方式及类型，决定了赤泥对周边生态环境将 产生一定的影响【1 7 1 1 8 】。分析赤泥堆场环境影响的所有因素，从中找出对环境影 1 2 中南大学硕士学位论文 第二章赤泥堆场的环境影响评价 响起主导作用的关键因子，决定了环境影响评价模式的合理性和科学性。 i 从赤泥化学成分来看，除在赤泥浸出试验中发现，其p h 值大于1 l ，具有 强碱性外，其中不含有对环境特别有害的物质，根据国家标准一般工业固体 废物贮存、处置场污染控制标准( g b l 8 5 9 9 - - 2 0 0 1 ) 中：“按照g b 5 0 8 6 规定方 法进行浸出试验而获得的浸出液中，有一种或一种以上的污染物浓度超过污 水综合排放标准( g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ) 要求的最高允许排放浓度，或者是p h 值在6 至9 范围之外的一般工业固体废物”要求，赤泥属于第类一般工业固体废物。 因此在雨水、洪水的作用下，赤泥渗液对地下水的影响是长期的。 2 在生产运行期，除大部分附液回收利用外，少量的赤泥附液将透过赤泥 层渗到堆场底部并透过防渗层，形成渗液( p h 值为1 2 。1 3 1 3 5 9 ) 。污染地下水， 构成主要污染因子。 3 由于赤泥附液、渗滤液回收利用，具有经济效益，一般情况下不会排放 到地表，对地表水造成污染。 4 赤泥堆场对空气的影响主要是起风扬尘。赤泥的粒度因生产工艺有很大 的差异，般在5 7 5 l 矿m 之间，当赤泥脱水风化后，表层的粘结性变差， 容易引起粉尘污染，但在生产运行期，由于堆场表层一直在排放赤泥浆液，湿 度较大，不会引起粉尘污染。即使闭库以后，通过复垦种植植被，引起粉尘污 染的可能性也很小 通过以上分析，赤泥堆场对环境影响最大的是赤泥渗液，其主要的污染对 象是地下水【1 9 1 。防止地下水受到污染的主要措施是设置防渗层| 2 0 i 及相应的管理 措施。 下面将以渗液为主要研究对象，讨论如何设置防渗层，保证地下水不受到 污染，并相应建立赤泥堆场的环境影响评价模式。 2 3 赤泥堆场环境影响评价的指导思想 l 依据国家或地方有关环境保护的法律、法规、规章和标准，实现经济效 益和环境效益的统一，走可持续发展之路。 2 针对该区域的环境特征和赤泥堆场项目的工程特征，揭示存在的主要环 境问题。 3 充分利用区域地下水的环境容量。 4 借鉴大气、地面水、声环境评价模式的一般原理，建立赤泥堆场区域地 下水的环境影响评价模型，见下图： 堕盔兰堡主羔垡堡窒 整三童查塑堡堑箜堑堑墅堕堡丛 图2 - 2 环境影响评价模型图 2 4 赤泥堆场环境影晌评价模式的建立 建立环境影响评价模式就是对赤泥堆场及可能影响到的周边地区进行全面 的环境影响分析，从中辨识出主要的污染因子，并对其可能引起的污染进行评 价和预测，以便采取措施进行有效的管理。 。 2 4 1 明确源强 1 赤泥的特性 赤泥与一般土的物理力学性质明显不同，主要特性田1 是； 1 ) 含f e 2 0 3 较高颜色呈红色( 故称为赤泥) ； 2 ) 孔隙比大，一般值为1 5 6 3 0 1 ，最大值为3 1 2 ： 3 ) 未胶结赤泥强度低，胶结后赤泥强度较高； 4 ) 具有弱透水性，渗透系数随堆积深度变化而变化； 赤泥附液是赤泥浆液澄清后分离出来的液体，含碱量高，呈强碱性，其p h 值、碱度见表2 l ： 袁2 - 1 赤泥附液的p h 和总碱度 项目ph总蒯l m g r l ) 实最4 值 l o 0 0 1 2 5 0 3 4 9 0 4 4 2 0 1 4 中南大学硕士学位论文 第二章赤泥堆场的环境影响评价 赤泥渗滤液是经赤泥层渗透到堆场底部的那一部分附液，其含碱量要大于 附液，其p h 、总碱度见下表： 表2 - 2 赤泥渗滤液的p h 和总碱度 因渗液是渗滤液渗透到地下水的一部分，故渗滤液的化学成分即为渗液的 化学成分。 从表2 1 、表2 - 2 可以看出：赤泥渗滤液( 渗液) p h 值大于附液p h 值，总 碱度是附液总碱度的2 2 5 4 9 2 倍。当渗入地下后，对地下水的影响是非常严 重的，因此要特别关注渗液对地下水的影响。 2 赤泥浸出试验 依据固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法瞄1 ( g b 5 0 8 6 2 1 9 9 7 ) ， 在中州分公司技术中心第一分析室对中州分公司烧结法赤泥进行了浸出试验，其 试验过程如下： 取自然晾干赤泥1 0 0 9 ，置于2 l 塑料瓶中，加蒸馏水l l ，固液比为1 ：1 0 。 将塑料瓶垂直固定于振荡器上，调节振荡器频率为每分钟1 2 0 次。振幅0 0 4 m ， 试验温度为室温。振荡时间8 h ，放置1 6 h 。用玻璃漏斗、0 4 5 i l m 滤膜过滤，用 干锥形瓶接取滤液( 即浸出液) ，然后用固体废物腐蚀性测定玻璃电极法 2 a 3 ( g b 厂r 1 5 5 5 5 1 2 - 1 9 9 5 ) 和酸碱滴定法对浸出液进行分析。分析结果如表2 3 ； 表2 - 3 赤泥浸出试验分析结果 从表2 3 中可以看出：赤泥经浸出试验，p h 值大于1 1 ，呈碱性。这说明在 中南大学硕士学位论文 第二章赤泥堆场的环境影响评价 堆场闭库以后，既使不存在附液的渗透影响，但由于雨水、洪水的作用，赤泥 堆场将长期对地下水造成影响。 在2 2 节中，对赤泥、附液的特性及其对环境的影响进行了分析，确定了渗 液是赤泥堆场影响环境的重大污染因子，渗液对地下水的影响主要取决于p h 值 和城度。在表2 - 2 中可以看到，渗液的p h 值在1 2 1 3 1 3 5 9 ，碱度为9 9 3 2 1 0 1 6 8 1 6 0 0 m g l ，p h 值和含碱量均大于赤泥附液，对地下水的影响是非常严重的。 透过防渗层渗液量的大小用渗透量来表示，渗透量的大小决定了赤泥堆场 对地下水的影响程度，渗透量大，表示影响程度大；渗透量小，表示影响程度 轻。 。 2 4 2 选取评价对象 在2 2 节中分析过，赤泥堆场对环境的影响主要是地下水，这里把地下水 作为评价赤泥堆场环境影响的对象，对赤泥渗液污染地下水的程度进行评价， 因此需要掌握地下水的基本活动情况。 地质勘察是赤泥堆场环境影响评价的一项基础工作，通过地质勘察基本上 可以摸清赤泥堆场区域范围内地质结构的有关裂缝、断层、节理等分布、发育 情况。 一般地质勘察可以委托具有资质的专业机构进行，专业机构根据勘察情况 出具该地区相应的地质勘察报告，赤泥堆场环境影响评价依据的就是地质 勘察报告，地质勘察的全面性、真实性决定了评价的科学性和准确性。 中州分公司在赤泥堆场施工前委托西安地质勘察设计研究院对该区域进行 了详细的地质勘察，结果如下：