鋁是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)必不可少的戰(zhàn)略金屬材料，也是產(chǎn)量和消費(fèi)量最大的有色金屬，廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電力電子、建筑建材、航空航天、武器裝備、包裝等領(lǐng)域，與國民經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)度高達(dá)91%。氧化鋁作為生產(chǎn)金屬鋁的基礎(chǔ)原料，每生產(chǎn)1噸鋁大約消耗2噸氧化鋁，國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展直接拉動(dòng)了對(duì)金屬鋁以及氧化鋁的需求。

赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高堿性廢棄物,因其富含F(xiàn)e2O3(20～50%) 呈紅褐色，而稱之為赤泥。赤泥顏色隨含鐵量不同而存在很大差異。在氧化鋁生產(chǎn)過程中，鋁土礦中的Al2O3組分進(jìn)入溶液，而SiO2、Fe2O3、TiO2等雜質(zhì)礦物以及添加劑石灰則通過反應(yīng)以復(fù)雜化合物形式進(jìn)入渣中形成赤泥，每生產(chǎn)1噸氧化鋁產(chǎn)生1.0～2.0噸赤泥。

迄今為止，全球積存的待處理赤泥超過30億噸，并以每年1.2億噸的速度遞增。因赤泥堿性強(qiáng)、鹽分含量高，污染物遷移風(fēng)險(xiǎn)大、自然風(fēng)化過程慢、堆場(chǎng)生態(tài)重建難等，赤泥環(huán)境安全問題正嚴(yán)重威脅氧化鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。氧化鋁工業(yè)過程的赤泥減排和綜合利用已成為世界性難題，迄今國際上尚無切實(shí)可行的赤泥規(guī)模化處置方法。

赤泥堆存的環(huán)境安全問題  

根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)工藝的不同，赤泥主要分為燒結(jié)法赤泥和拜耳法赤泥兩種。拜爾法是現(xiàn)代氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的普遍采用的工藝，但是拜爾法赤泥堿性強(qiáng)、鹽分含量高，綜合利用難度大，消納量小，大量外排赤泥以堆存為主。2010年匈牙利Ajkai Timfoldgyar氧化鋁廠赤泥堆場(chǎng)潰壩事件，100萬立方米赤泥外泄，流入多瑙河，造成“匈牙利史無前例的生態(tài)災(zāi)難”。

我國是世界第一大氧化鋁生產(chǎn)國和消費(fèi)國，產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的39%，消費(fèi)量占世界消費(fèi)量的45%，目前已建成世界最大的氧化鋁工業(yè)體系，年產(chǎn)生赤泥約7000萬噸。我國氧化鋁企業(yè)主要分布在河南、山西、山東、廣西、貴州、云南等省份，赤泥堆存影響的土地面積已達(dá)數(shù)百平方公里，近幾年在貴州貴陽、廣西靖西、山東聊城、山西交口、河南鄭州等地相繼發(fā)生了多起由于赤泥堆場(chǎng)引起的地下水和地表水污染事故，甚至誘發(fā)群體性事件。因此，開展氧化鋁工業(yè)過程赤泥減排技術(shù)研究、探索適宜的外排赤泥處置方式、加強(qiáng)赤泥堆場(chǎng)的環(huán)境治理和生態(tài)重建已成為國內(nèi)外氧化鋁工業(yè)面臨的緊迫任務(wù)之一。

赤泥的處置和綜合利用  

幾十年來，世界各國一直將赤泥的惰性化處置和經(jīng)濟(jì)利用列入優(yōu)先研究主題，科研人員競(jìng)相對(duì)此展開了大量的研究。不同國家和地區(qū)采取的赤泥處置方式差異較大，與氧化鋁企業(yè)所處地理環(huán)境條件相關(guān)。目前國際上采用赤泥處置方式有四種：(1)海底排放、(2)濕式堆存、(3)干式堆存、(4)生態(tài)修復(fù)。

燒結(jié)法赤泥堿和鐵含量低、CaO含量高，綜合利用率高，涉及有價(jià)金屬資源回收、建筑材料制備、環(huán)境修復(fù)材料、微晶玻璃研制、塑料熱穩(wěn)定性改良、煙氣脫硫研究等方面。廣西氧化鋁企業(yè)外排赤泥鐵含量較高，在鐵回收方面取得明顯的效果;山西和山東的氧化鋁企業(yè)的燒結(jié)法赤泥則嘗試做建筑材料使用。然而， 拜爾法赤泥迄今尚無有效的處置方法。

中南大學(xué)、北京礦冶研究總院、中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心、中國科學(xué)院地理所、華中科技大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校和科研單位的專家學(xué)者相繼開展赤泥土壤化過程、赤泥基質(zhì)改良和赤泥堆場(chǎng)邊坡穩(wěn)定的相關(guān)研究，篩選了磷石膏、生物質(zhì)鋸末等一批改良劑，可在一定程度上改善赤泥的物理化學(xué)特性。國外赤泥基質(zhì)改良的研究主要圍繞堿性調(diào)節(jié)、鹽分控制和基質(zhì)培肥等方面，使改良后的赤泥具備植物生長的基本條件。用狗牙根干草覆蓋后，微生物產(chǎn)酸，pH值降至7;石膏可以降低赤泥中植物可利用性鋁含量，緩解鋁毒;接種磷酸鹽增溶劑后，赤泥pH值也明顯降低。國內(nèi)外學(xué)者盡管在赤泥基質(zhì)改良方面做了大量的研究，但僅限于堿性調(diào)控、營養(yǎng)供應(yīng)、植物生長影響，未能從赤泥特殊的物理化學(xué)特性入手，開展赤泥成土過程研究，這將直接影響赤泥規(guī)模化處置技術(shù)的研發(fā)。

赤泥土壤化發(fā)生過程  

團(tuán)聚體形成是赤泥成土過程的關(guān)鍵，在協(xié)調(diào)土壤水肥氣熱和維持土壤結(jié)構(gòu)方面具有重要作用。團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)是由土粒的多次凝聚和多次膠結(jié)形成的，與土壤肥力、土壤生物有關(guān)、植物根系切割等因素有關(guān)。國外科研人員發(fā)現(xiàn)赤泥堆存30年后，經(jīng)過無人為干擾的自然風(fēng)化，當(dāng)?shù)匚锓N開始入侵堆場(chǎng)，赤泥的pH值、鈉含量、總鋁含量明顯降低，有機(jī)質(zhì)含量增加，形成一種類似土壤的生長介質(zhì)。赤泥改良12年后，開始形成半自然化的土壤，微生物種類和數(shù)量明顯增多，而且發(fā)現(xiàn)有植被生長的赤泥堆場(chǎng)物理化學(xué)特性明顯改善、團(tuán)聚體穩(wěn)定性提高。

針對(duì)現(xiàn)行氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)體系赤泥產(chǎn)生量大、綜合利用率低、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大的問題， 首先應(yīng)開展不同堆存年代赤泥堆場(chǎng)的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)特性和生物群落狀況研究，闡明環(huán)境因子對(duì)赤泥土壤化發(fā)生和演化過程的影響，建立赤泥土壤化可行性診斷體系；研究赤泥顆粒的粘結(jié)團(tuán)聚過程和切割造型過程，提出赤泥堆場(chǎng)土壤化過程的物理化學(xué)特性調(diào)控方法，篩選適宜的耐性植物，探討不同植物的組合模式，提出赤泥堆場(chǎng)植物生態(tài)配置模式;建立赤泥土壤化處置技術(shù)示范工程，開展赤泥土壤化過程的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，實(shí)施赤泥堆場(chǎng)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控與環(huán)境監(jiān)管。

未來赤泥生態(tài)化處置技術(shù)研究方向  

綜述國內(nèi)外赤泥生態(tài)化處置研究存在的問題，今后的研究方向應(yīng)圍繞八個(gè)方面開展： (1) 赤泥自然風(fēng)化過程中的土壤發(fā)生特性；(2) 赤泥土壤化發(fā)生過程中的成土因素； (3) 赤泥堆場(chǎng)土壤發(fā)生過程的可行性診斷； (4) 赤泥土壤化過程中的脫堿和脫鹽作用； (5) 耐性植物和耐性微生物的篩選與定植(殖)；(6) 赤泥土壤化過程中團(tuán)聚體的形成與調(diào)控機(jī)制； (7) 赤泥土壤化過程中腐殖化和人為土壤熟化作用; (8) 赤泥土壤化過程的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和污染控制。