從飛機(jī),、汽車上的鋁合金材料到鋁合金門窗,，再到易拉罐和鋁箔，鋁在我們的日常生活中幾乎無處不在,。由于密度較低,、耐腐蝕性能好,，加之儲(chǔ)量豐富,，鋁在 許多領(lǐng)域都有著非常重要的應(yīng)用。然而,，當(dāng)人們享受著鋁帶來的便利時(shí),，可能并沒有意識(shí)到，鋁的生產(chǎn)過程也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境危害,，這就是本文要介紹的赤泥,。

        什么是赤泥呢？簡單來說,，赤泥就是生產(chǎn)金屬鋁的一個(gè)重要環(huán)節(jié)——生產(chǎn)氧化鋁——的過程中產(chǎn)生的廢物,。鋁的化學(xué)性質(zhì)很活潑，所以我們在自然界中很難尋 覓到它的金屬形式,，而煉鋁行業(yè)的任務(wù)自然就是設(shè)法將鋁的各種化合物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鋁,。目前，金屬鋁基本上是通過電解氧化鋁而來,，因此生產(chǎn)氧化鋁就成為生產(chǎn)鋁至 關(guān)重要的一步,。大家如果有機(jī)會(huì)參觀生產(chǎn)氧化鋁的工廠,，就會(huì)發(fā)現(xiàn)廠區(qū)里常常會(huì)有大小不一的人工湖，不過湖中可不是清澈的湖水,，而是暗紅色的泥漿,。也有些工廠 沒有這樣的人工湖，取而代之的是一座又一座紅色的土堆,。這些紅色的泥漿或是粉末,，就是讓全世界煉鋁行業(yè)頭疼不已的環(huán)境危害——赤泥。

        那么赤泥是怎么來的呢,？前面提到,，要得到金屬鋁，我們必須先得到氧化鋁,。氧化鋁在自然界的“家”叫做鋁土礦,。^[1]但是鋁土 礦中并不是只有氧化鋁，即便是高品位也即氧化鋁含量高的鋁土礦,，礦石中的氧化鋁大概也只占到總重量的60％左右,，其余則是氧化鋁的諸多“室友”：二氧化 硅、三氧化二鐵,、二氧化鈦等等,。生產(chǎn)氧化鋁的過程就是設(shè)法將這些“小伙伴們”從鋁土礦中“請”出來，同時(shí)避免它們搗亂,。

        在實(shí)際生產(chǎn)中,，鋁土礦開采出來后首先經(jīng)過粉碎和研磨，大塊的礦石變成顆粒非常小的粉末,。接下來,，鋁土礦粉末被加入到高濃度的氫氧化鈉水溶液中，在高 溫高壓下,，鋁土礦中的氧化鋁會(huì)與氫氧化鈉反應(yīng)生成水溶性的鋁酸鈉,，而其他成分則不能與堿反應(yīng)，仍然以固體形式存在,。經(jīng)過過濾,，我們就可以把氧化鋁與鋁土礦 中的其他化合物分離開來。^[2]接下來,，我們讓含有鋁酸鈉的堿溶液冷卻,。大家都知道，大部分物質(zhì)在水中的溶解度會(huì)隨溫度降低而減 小,，鋁酸鈉也不例外,。通過調(diào)整鋁土礦和氫氧化鈉的比例，我們可以使得高溫時(shí)鋁酸鈉在堿溶液中近乎飽和。溫度一旦降低,，堿溶液中沒法溶解那么多的鋁酸鈉,，這 時(shí)，我們再向溶液中加入少量氫氧化鋁作為“晶種”,；在它的“誘惑”下,，溶液中的鋁酸鈉就會(huì)圍繞氫氧化鋁的晶體生長，于是大量的氫氧化鋁從溶液中沉淀出來,。 這些氫氧化鋁經(jīng)過高溫煅燒會(huì)重新變成氧化鋁,，再經(jīng)過電解就得到金屬鋁。也有一小部分氧化鋁會(huì)用于其他用途,。這種從鋁土礦中分離出氧化鋁的過程由一百多年前 的奧地利人卡爾·約瑟夫·貝爾發(fā)明,，因此被稱為拜爾法。今天,，世界上大部分的氧化鋁工廠都在使用拜爾法生產(chǎn)氧化鋁,。

圖1 以鋁土礦為原料生產(chǎn)金屬鋁的過程涉及的主要化學(xué)反應(yīng)

        通過前面的敘述我們可以看到，拜爾法至關(guān)重要的一步就是用堿溶液去處理氧化鋁,，從而將氧化鋁和鋁土礦的其他成分分開,。不能被堿溶解的二氧化硅、三氧 化二鐵,、二氧化鈦等化合物對鋁的生產(chǎn)毫無幫助,，因此必須以過濾的形式從溶液中分離出來。過濾過程中,，一些氫氧化鈉溶液也跟隨固體被分離出來,，因此最終得到 的廢棄物通常是暗紅或者磚紅色的像泥漿一樣的流體。這些廢棄物之所以呈現(xiàn)紅色,，是因?yàn)槠渲兄饕煞质前导t色的三氧化二鐵,。因此，人們給這種廢棄物起了一個(gè) 非常形象的名字——赤泥,。

圖2 拜爾法生產(chǎn)氧化鋁的基本流程

        赤泥從鋁土礦中分離出來后,，鋁廠一般會(huì)把它排放到專門開挖出來的水池中，然后讓其中的水分自然揮發(fā),，剩下固體粉末，這就是所謂濕法堆存,。也有一些工 廠會(huì)先設(shè)法將赤泥的水去除,，然后將干燥粉末露天堆放，這樣的方法稱為干法堆存,。也許有的朋友會(huì)說,，不就是一點(diǎn)點(diǎn)赤泥么，能對環(huán)境造成多大的危害？可是我們 只要簡單算一筆帳,，就會(huì)發(fā)現(xiàn)赤泥帶來的環(huán)境問題是多么嚴(yán)重,。

圖3 采用濕法堆存的赤泥,。[4]

圖4 采用干法堆存的赤泥,。[4]

        除了從赤泥中回收鐵等金屬元素,，研究人員們還開發(fā)出其他利用赤泥的方法。例如,，赤泥可以被用作生產(chǎn)磚瓦,、水泥和陶瓷等建筑材料。赤泥的粉末顆粒非常 小,，很容易吸附其他物質(zhì),，因此一些研究人員嘗試?yán)贸嗄辔轿鬯械挠泻ξ镔|(zhì)。還有人嘗試將赤泥用作化學(xué)反應(yīng)的催化劑,。這些研究雖然取得了不錯(cuò)的進(jìn)展,，但 是仍然存在很多的問題。許多利用赤泥的方法生產(chǎn)成本較高,，得到的產(chǎn)品的性能也不完全令人滿意,，因此很難得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。另外,，許多方法都只能利用到 很少一部分赤泥,，例如赤泥用于污水處理雖然效果不錯(cuò)，但是處理污水一般只需要很少量的赤泥,，因此希望用這種方法消化掉每年產(chǎn)生的幾千萬噸赤泥無疑是不現(xiàn)實(shí) 的,。到目前為止，大量的赤泥仍然只能通過堆放的辦法處理,。

        隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,、科技的進(jìn)步和我們生活的需要，越來越多的鋁將會(huì)被生產(chǎn)出來,，這也意味著隨之而來的赤泥會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生越來越嚴(yán)重的影響,。尋找合適的方法對赤泥進(jìn)行再利用，已是刻不容緩,。希望親愛的朋友們也能發(fā)揮自己的聰明才智,，為解決這個(gè)環(huán)境難題貢獻(xiàn)一份力量。

（作者：嵌段共聚物）

參考文獻(xiàn)和注釋

[1] 實(shí)際上鋁土礦中鋁主要以Al(OH)3 ,、AlO(OH)等形式存在,，但一般在書寫拜爾法的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，習(xí)慣用氧化鋁表示鋁土礦中鋁的化合物,。

[2] 在這個(gè)過程中二氧化硅也可以溶于堿溶液,，但隨后與鋁酸鈉反應(yīng)生成鋁硅酸鈉，并以沉淀的形式從溶液中析出,。

[3] Shaobin Wang, H. M. Ang, M. O. Tade, “Novel applications of red mud as coagulant, adsorbent and catalyst for environmentally benign processes”, Chemoshpere, 2008, 72, 1621

[4] Sneha Samal, Ajoy K. Ray, Amitava Bandopadhyay, “Proposal for resources, utilization and processes of red mud in India — A review”, International Journal of Mineral Processing, 2013, 118, 43

[5] 《赤泥綜合利用指導(dǎo)意見》http://www.china.com.cn/policy/txt/2010-11/26/content_21425777.htm