铝在我们的日常生活中几乎无处不在,由于密度较低、耐腐蚀性能好,加之储量丰富,铝在许多领域都有着非常重要的应用。然而,当人们享受着铝带来的便利时,可能并没有意识到,铝的生产过程也带来了严重的环境危害——赤泥。
简单来说,赤泥就是生产金属铝的一个重要环节(生产氧化铝)的过程中产生的固体废弃物。在实际生产中,铝土矿开采出来后首先经过粉碎和研磨,大块的矿石变成颗粒非常小的粉末。接下来,铝土矿粉末被加入到高浓度的氢氧化钠溶液中,在高温高压下,铝土矿中的氧化铝会与氢氧化钠反应生成水溶性的铝酸钠,而其他成分则不能与碱反应,仍然以固体形式存在。经过过滤,我们就可以把氧化铝与铝土矿中的其他化合物分离开来。接下来,我们让含有铝酸钠的碱溶液冷却,随温度降低,铝酸钠在水中的溶解度会而不断减小。通过调整铝土矿和氢氧化钠的比例,我们可以使得高温时铝酸钠在碱溶液中近乎饱和。温度一旦降低,碱溶液中没法溶解那么多的铝酸钠,这时,我们再向溶液中加入少量氢氧化铝作为“晶种”;在晶种的诱导下,溶液中的铝酸钠就会围绕氢氧化铝的晶体生长,于是大量的氢氧化铝从溶液中沉淀出来。这些氢氧化铝经过高温煅烧会重新变成氧化铝,再经过电解就得到金属铝。也有一小部分氧化铝会用于其他用途。这种从铝土矿中分离出氧化铝的过程由一百多年前的奥地利人卡尔·约瑟夫·贝尔发明,因此被称为拜尔法。今天,世界上大部分的氧化铝工厂都在使用拜尔法生产氧化铝。
通过前面的叙述我们可以看到,拜尔法至关重要的一步就是用碱溶液去处理氧化铝,从而将氧化铝和铝土矿的其他成分分开。不能被碱溶解的SiO2、Fe2O3、TiO2等化合物对铝的生产毫无帮助,因此必须以过滤的形式从溶液中分离出来。过滤过程中,一些氢氧化钠溶液也跟随固体被分离出来,因此最终得到的废弃物通常是暗红或者砖红色的像泥浆一样的流体。这些废弃物之所以呈现红色,是因为其中主要成分是暗红色的Fe2O3。因此,人们给这种废弃物起了一个非常形象的名字“赤泥”。
根据统计,每生产1吨的氧化铝,就会随之产生1.0~2.0吨的赤泥。这个重量还仅仅是其固体粉末的干重,如果算上赤泥分离过程中夹带出来的碱溶液,实际的重量要大大高于这个数字。目前,我国每年的赤泥的排放量超过7000万吨,累积堆存的赤泥就已经超过3.52亿吨。仅山东省堆存量超过2亿吨(表1),目前我国赤泥综合利用率不足4%。随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低,赤泥的年产生量还将不断增加。赤泥大量堆存,既占用土地,浪费资源,又易造成环境污染和安全隐患。