CN108017075B

CN108017075B - 一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法

Info

Publication number: CN108017075B
Application number: CN201711190786.8A
Authority: CN
Inventors: 薛生国; 吴川; 王琼丽; 朱锋; 叶羽真
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-07-12
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: CN108017075A

Abstract

本发明公开了一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，包括以下步骤：(1)将赤泥进行风干，并过筛；然后将石膏和蚓肥加入到赤泥中，并混合均匀，其中石膏、蚓肥和赤泥的质量比为1～6:2～10:100；(2)向步骤1)中混合好的石膏、蚓肥和赤泥中，加入水，保持其田间持水率为60％～80％，并在室温下进行培育，促进赤泥大团聚体的形成。本发明通过石膏降低了拜耳法赤泥中可交换性钠盐含量，利用蚓肥中的微生物和有机质，有效的加快拜耳法赤泥大团聚体形成，使赤泥转化成为类似土壤的基质；进而实现赤泥堆场植被重建；本发明中采用的原料和方法简单易实现，可规模化处理拜耳法赤泥，可有效解决大量赤泥堆存的问题以及赤泥堆存对环境的污染问题。

Description

一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法。

背景技术

赤泥是氧化铝生产过程中产生的高碱性固体废弃物，每生产1t氧化铝，约产生1.0～2.0t赤泥，大量的外排赤泥以堆存为主，2016年全球累积赤泥堆存量超过40亿吨，中国赤泥堆存量超过6亿吨。拜耳法是制备氧化铝的常用工艺，其相对于传统的烧结法具有能耗低，效益好的特性，但是生产完产生的拜耳法赤泥具有碱性高，产量大，活性成分2CaO˙SiO₂活性成分含量低的特性，采用传统的堆存和填埋方式将会对周边环境造成严重污染，影响铝工业的可持续发展。

目前，拜耳法赤泥的资源化处理的方式主要有以下几种：

1、建筑材料的制备：有研究表明可采用拜耳法赤泥与石灰、铝矾土、石膏为原料制备水泥，其性能可与普通水泥差别不大，但是制备的水泥中赤泥含量不能太高，制备方法能耗高；还可用赤泥为主要原料制砖，但其性能比传统砖差，应用范围窄；虽然赤泥可在建筑材料上应用，但是应用面窄，难以解决赤泥堆存量大的问题。

2、作为环保材料：拜耳法赤泥粒度小，具有胶结的孔架结构，使得赤泥具有较大的比表面积，因而可利用赤泥的物理化学特性，去除废水中的铅、铬、镉、砷等有毒金属离子及磷酸盐、硝酸盐、氟化物等物质。但是，作为环保材料的应用量是很少，也难以解决赤泥填埋、堆存量大的问题。

3、有价金属的回收：拜耳法赤泥中氧化铁的含量分数较高，因而从赤泥中获得金属铁的回收价值高。但是从赤泥中回收有价金属的工艺复杂，而且金属回收后，仍有大量难处理的尾渣，因而这种方法也难以解决赤泥堆存的现状。

目前，资源化处理的赤泥不到10％，赤泥堆存量仍旧很大，对环境污染严重，制约了氧化铝工业的可持续发展。

发明内容

本发明的目的提供了一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，解决大量拜耳法赤泥堆存对环境的污染问题。

本发明提供的这种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，包括以下步骤：

(1)将赤泥进行风干，并过筛；然后将石膏和蚓肥加入到赤泥中，并混合均匀，其中石膏、蚓肥和赤泥的质量比为1～6:2～10:100；

(2)向步骤1)中混合好的石膏、蚓肥和赤泥中，加入水，保持田间持水率为60％～80％，并在室温下进行培育，促进赤泥大团聚体的形成。

所述步骤(1)中，蚓肥的制备方法，包括以下步骤：

(a)将物料牛粪、秸草、园土和木屑进行混合，加入水，调节物料的含水量，接着进行堆腐发酵，在物料的表面覆盖稻草接着用塑料布覆盖，防干保湿；

(b)当物料温升高至50～70℃后，进行翻堆，翻堆发酵完毕后，用自来水淋洗物料，调节物料的pH至6～8；接着分离底部黑水后，得到饲料；

(c)将蚯蚓均匀的放入步骤b)得到的饲料中，进行培养，培养完成后，将蚯蚓与饲料分离，得到蚓肥。

所述步骤(a)中，牛粪、秸草、园土和木屑的质量百分比为60～65:10～15:5～10:5～10。

所述步骤(a)中，物料的含水量为45％～65％。

所述步骤(b)中，每隔4-6天进行翻堆1次，翻堆次数为3-5次。

所述步骤(c)中，蚯蚓和饲料的质量比为1～3:40～120。

所述步骤(c)中，蚯蚓的培养时间为60-90天。

所述步骤(2)中的，培育时间为40-180天。

本发明的原理：拜耳法赤泥中可交换性钠离子含量高，易导致胶体双电层的分散，限制赤泥中团聚体的形成。本发明通过添加石膏，能有效降低赤泥中可交换性钠盐含量，进而促进赤泥大团聚体的形成；然后利用蚓肥含有大量的有机质和微生物，进一步促进拜耳法赤泥大团聚体的形成；蚓肥的微生物和有机物分子能够提供一种聚胶结剂，促进拜耳法赤泥微团聚体之间的胶结，形成赤泥大团聚体；其次微生物分泌的多糖，加上真菌菌丝的物理缠绕作用，可以进一步提高赤泥大团聚体稳定性，增加土壤中的有机质。

本发明的有益效果：本发明通过石膏降低了拜耳法赤泥中可交换性钠盐含量，利用蚓肥中的微生物和有机质，有效的加快拜耳法赤泥大团聚体形成，使赤泥转化成为类似土壤的基质；进而实现赤泥堆场植被重建；本发明中采用的原料和方法简单易实现，可规模化处理拜耳法赤泥，可有效解决大量赤泥堆存的问题以及赤泥堆存对环境的污染问题。

附图说明

图1实施例1、对比例1和对比例2样品中处理60天后干筛法、湿筛法测量赤泥团聚体的粒径分布图；

图2实施例1、对比例1和对比例2样品中样品处理120天后干筛法、湿筛法测量赤泥团聚体的粒径分布图；

图3实施例1、对比例1和对比例2样品中样品处理180天后干筛法、湿筛法测量赤泥团聚体的粒径分布图。

具体实施方式

团聚体是由粉粒、黏粒通过有机胶结物质、根系菌丝等一系列物质作用胶结缠绕形成，粒径大于0.25mm的称之为大团聚体，粒径小于0.25mm的称之为微团聚体。赤泥中也有大团聚体，只是含量过低。本发明通过向赤泥中添加石膏、蚓肥，从而促进赤泥大团聚体的形成。

实施例1

1)蚓肥的制备

将物料牛粪、秸草、园土和木屑按照质量百分比为60:15:10:10进行混合，调整碳氮比为2:3，加入水，调节物料的含水率为50％，将物料进行堆腐，不压实，并在物料的表面覆盖稻草，接着用塑料布覆盖，防干保湿；当物料堆温度升高60℃后，进行翻堆，将四周未发酵好的物料埋入堆中，每隔4天进行翻堆1次，共翻堆4次，使物料充分发酵，接着用自来水淋洗物料，调节物料的pH至6.5并分离物料底部的黑水，得到饲料。

将饲料放入立体养殖箱，按照蚯蚓与饲料质量比为1:40，向饲料中均匀的放入蚯蚓，培养90天，培养完成后，将蚯蚓与饲料进行分离，得到蚓肥。

2)拜耳法赤泥的处理

将赤泥(B)进行风干后过筛；将石膏和蚓肥(BG1BF2)加入到赤泥中，并混合均匀，其中石膏、蚓肥和赤泥的质量比为2:8:100；然后向石膏、蚓肥和赤泥的混合物中，加入水，保持其田间持水率为70％，在室温下进行培育60天、120天和180天，测试处理后的赤泥团聚体的粒径、pH、电导率以及有机质含量。

pH、电导率以及有机质含量的测定：取处理后的赤泥样品5g于50mL离心管中，加入25mL去离子水，放入摇床震荡2h，取出静置30min，用pH计和电导率仪测定上清液的pH和EC。取处理后的赤泥样品中有机碳含量的测定采用重铬酸钾氧化-分光光度法。

赤泥团聚体粒径的测定：赤泥样品采用干筛法和湿筛法进行赤泥团聚体粒径测定。干筛法：取烘干后的30g赤泥样品放置于装有3个不同粒级样筛(1mm，0.25mm，0.05mm)的套筛中，震荡10min后，收集各样筛中的赤泥样品并进行称重，精确到0.001g。湿筛法：取烘干后的30g赤泥样品放置于装有3个不同粒级样筛(1mm，0.25mm，0.05mm)的套筛中，浸入装有去离子水的容器中，震荡10min后，收集各样筛中的赤泥样品烘干并进行称重，精确到0.001g，粒径<0.05mm的样品通过计算获得。

对比例1

将赤泥(B)进行风干后过筛；将石膏(BG1)到赤泥中，并混合均匀，其中石膏和赤泥的质量比为2:100；然后向石膏和赤泥的混合物中，加入水，保持其田间持水率为70％，在室温下进行培育60天、120天和180天，测试处理后的赤泥团聚体的粒径、pH、电导率以及有机质含量。

对比例2

将赤泥进行风干后过筛；将蚓肥(BF2)到赤泥中，并混合均匀，其中蚓肥和赤泥的质量比为8:100；然后向蚓肥和赤泥的混合物中，加入水，保持其田间持水率为70％，在室温下进行培育60天、120天和180天，测试处理后的赤泥团聚体的粒径、pH、电导率以及有机质含量。

表1实施例1、对比例1、2处理60天后的赤泥pH、电导率、有机碳含量变化

由表1可知，单独添加石膏后，赤泥pH下降、电导率升高。单独添加蚓肥，有机质含量升高。同时添加石膏和蚓肥后，赤泥的pH下降、电导率升高、有机质含量升高。表明石膏能降低赤泥碱性，蚓肥能增加赤泥中有机质含量，这两种改良剂能用来改良赤泥，使赤泥向土壤生长基质方向转变。

从图1(a)可以看出处理60天后，添加石膏、蚓肥的赤泥样品2-0.25mm粒径的大团聚体有些微增加，从60.24％分别增加到65.20％、67.16％，联合添加石膏和蚓肥的样品赤泥大团聚体增加明显，从60.24％增加到75.34％，表明石膏和蚓肥对赤泥大团聚体的形成具有促进作用。

从图1(b)看出处理60天后，大团聚体比例较干筛条件明显减少，容易在水力作用下崩解。添加蚓肥以及联合添加石膏和蚓肥的样品中大团聚体含量较空白样高，联合添加石膏和蚓肥对赤泥团聚体的稳定性较好。

表2实施例1、对比例1、2处理120天后赤泥pH、电导率、有机碳含量变化

由表2可知，单独添加石膏后，赤泥pH下降、电导率升高。单独添加蚓肥，有机质含量升高。赤泥样培育120天与60天相比，添加石膏、蚓肥、石膏和蚓肥的样品pH降低，表明石膏和蚓肥需要一定的时间与赤泥中的物质反应，降低赤泥pH。有机碳含量有小幅度的下降，这可能是发生了反应。

由图2(a)可以看出，赤泥大团聚体(2-0.25mm粒径)含量由54.54％分别增加到56.76％、59.17％、62.88％，表明石膏、蚓肥对赤泥大团聚体形成具有明显效果。图2(a)中赤泥大团聚体含量低于图1(a)，这可能是由于石膏、蚓肥中的有利物质大部分被反应。由图2(b)可以看出，在湿筛条件下，形成的大团聚体容易被水力侵蚀，但是添加了石膏和蚓肥的样品大团聚体含量明显高于赤泥空白样。这可能是因为石膏和蚓肥的一些物理化学作用对大团聚体由一定的稳定效果。图2(b)与图1(b)相比，大团聚体含量增加，表明随着时间的延长，石膏、蚓肥对大团聚体的稳定作用逐渐体现出来。

表3实施例1、对比例1、2处理180天后赤泥pH、电导率、有机碳含量变化

由表3可知，单独添加石膏后，赤泥pH下降、电导率升高。单独添加蚓肥，有机质含量升高。赤泥样培育180天与120天相比，pH变化不大，说明石膏、蚓肥能有效降低赤泥pH并在一定时间内保持稳定。

由图3(a)可知，赤泥大团聚体(2-0.25mm粒径)含量由53.92％分别增加到53.18％、61.68％、65.39％，相比于图2(a)，大团聚体含量有些微增加。图3(b)中赤泥大团聚体(2-0.25mm粒径)含量由12.04％分别增加到23.49％、29.99％、34.24％，相比于图1(b)、图2(b)，添加了石膏、蚓肥的三个处理样中赤泥大团聚体含量有了比较明显的增加。这表明石膏、蚓肥的离子交换作用以及微生物的作用需要一定的时间才能完全体现出来。

实施例2

1)蚓肥的制备

将物料牛粪、秸草、园土和木屑按照质量百分比为62:10:7:5进行混合，调整碳氮比为2:3，加入水，调节物料的含水率为65％，将物料进行堆腐，不压实，并在物料的表面覆盖稻草，接着用塑料布覆盖，防干保湿；当物料堆温度升高50℃后，进行翻堆，将四周未发酵好的物料埋入堆中，每隔6天进行翻堆1次，共翻堆3次，使物料充分发酵，接着用自来水淋洗物料，调节物料的pH至7.5并分离物料底部的黑水，得到饲料。

将饲料放入立体养殖箱，按照蚯蚓与饲料质量比为1:120，向饲料中均匀的放入蚯蚓，培养60天，培养完成后，将蚯蚓与饲料进行分离，得到蚓肥。

2)拜耳法赤泥的处理

将赤泥进行风干后过筛；将石膏(BG1)和蚓肥(BF2)加入到赤泥中，并混合均匀，其中石膏、蚓肥和赤泥的质量比为1:2:100；然后向石膏、蚓肥和赤泥的混合物中，加入水，保持其田间持水率为60％，在室温下进行培育120天、180天。

培育120天后，0.25mm以上赤泥团聚体的达到了68.23％，1.00mm以上赤泥团聚体的达到了26.98％，有机质含量为11.31mg/kg。

培育180天后，0.25mm以上赤泥团聚体的达到了70.25％，1.00mm以上赤泥团聚体的达到了28.02％，有机质含量为11.58mg/kg。

实施例3

1)蚓肥的制备

将物料牛粪、秸草、园土和木屑按照质量百分比为60:12:5:7进行混合，调整碳氮比为2:3，加入水，调节物料的含水率为45％，将物料进行堆腐，不压实，并在物料的表面覆盖稻草，接着用塑料布覆盖，防干保湿；当物料堆温度升高70℃后，进行翻堆，将四周未发酵好的物料埋入堆中，每隔5天进行翻堆1次，共翻堆5次，使物料充分发酵，接着用自来水淋洗物料，调节物料的pH至7并分离物料底部的黑水，得到饲料。

将饲料放入立体养殖箱，按照蚯蚓与饲料质量比为3:40，向饲料中均匀的放入蚯蚓，培80天，培养完成后，将蚯蚓与饲料进行分离，得到蚓肥。

2)拜耳法赤泥的处理

将赤泥进行风干后过筛；将石膏(BG1)和蚓肥(BF2)加入到赤泥中，并混合均匀，其中石膏、蚓肥和赤泥的质量比为6:10:100；然后向石膏、蚓肥和赤泥的混合物中，加入水，保持其田间持水率为50％，在室温下进行培育40天、150天。

培育40天以后，0.25mm以上赤泥团聚体的达到了76.33％，1.00mm以上赤泥团聚体的达到了27.21％，有机质含量为15.69mg/kg。

培育150天以后，0.25mm以上赤泥团聚体的达到了78.54％，1.00mm以上赤泥团聚体的达到了30.08％，有机质含量为14.98mg/kg。

Claims

1.一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，包括以下步骤：

（1）将赤泥进行风干，并过筛；然后将石膏和蚓肥加入到赤泥中，并混合均匀，其中石膏、蚓肥和赤泥的质量比为1~6:2~10:100；

（2）向步骤（ 1）中混合好的石膏、蚓肥和赤泥中，加入水，保持田间持水率为60%~80%，并在室温下进行培育，促进赤泥大团聚体的形成；

所述步骤（1）中，蚓肥的制备方法，包括以下步骤：

（a）将物料牛粪、秸草、园土和木屑进行混合，加入水，调节物料的含水量，接着进行堆腐发酵，在物料的表面覆盖稻草接着用塑料布覆盖，防干保湿；

（b）当物料温升高至50-70℃后，进行翻堆，翻堆发酵完毕后，接着用自来水淋洗物料，调节物料的pH至6-8；接着分离底部黑水后，得到饲料；

（c）将蚯蚓均匀的放入步骤（ b）得到的饲料中，进行培养，培养完成后，将蚯蚓与饲料分离，得到蚓肥；

所述步骤（a）中，牛粪、秸草、园土和木屑的质量百分比为60~65:10~15:5~10:5~10；

所述步骤（a）中，物料的含水量为45%~65%。

2.根据权利要求1所述的一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，其特征在于，所述步骤（b）中，每隔4-6天进行翻堆1次，翻堆次数为3-5次。

3.根据权利要求1所述的一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，其特征在于，所述步骤（c）中，蚯蚓和饲料的质量比为1~3:40~120。

4.根据权利要求1所述的一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，其特征在于，所述步骤（c）中，蚯蚓的培养时间为60-90天。

5.根据权利要求1所述的一种促进拜耳法赤泥大团聚体形成的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的培育时间为40-180天。