建设材料衍生产品的安全性

作为危险固体废弃物的赤泥，要应用于建设工程材料的开发，主要应消除其在放射性、腐蚀性及毒性浸出特性方面产生的危害，以下从这3个方面讨论赤泥用于建设工程材料衍生产品的可行性、安全性及环境相容性。

1放射性安全分析

放射性对生物体产生的严重危害众所周知，但目前赤泥建设材料衍生产品的研究大都仅着眼于其功能性是否满足建设工程应用的要求，故有必要对赤泥建设材料衍生产品的放射性安全水平进行研究，以评估赤泥建设材料衍生产品应用的安全性。

2腐蚀性安全分析

拜耳法是当前Al2O3生产使用最广泛的方法，也是赤泥产生的主要方式，图2简单地描述了传统拜耳法的生产过程。从图2可知，赤泥是铝土矿中未被热NaOH溶液溶解的成分经过滤分离，再经过水冲洗、干燥后形成的［11］。故赤泥必然富含大量水分，同时具有强烈的腐蚀性。水泥在全球建设工程中的高消耗量众所周知，这正好与赤泥的高产生量相匹配，若能将赤泥应用于水泥基体的开发，则可从根本上解决赤泥带来的储存成本、储存场所及环境危害等问题。首先，水泥需要添加水进行水合作用，因此向其添加赤泥这样的湿性废物是可行的;其次，在建设工程中水泥通常与钢筋配合使用，构成钢筋混凝土，赤泥的高腐蚀性是否对钢筋以及其它共用建设材料产生损害，是研究人员应用赤泥开发水泥之前必须解决的重大问题。D．V．Ｒibeiro等人通过监测氯化物扩散、腐蚀电位及电阻率，分析添加赤泥后钢筋混凝土中钢筋的腐蚀情况，研究结果指出赤泥不但没有对混凝土中的钢筋产生腐蚀作用，而且由于赤泥的存在还延缓了钢筋的去钝化进程，即赤泥的含量越高，混凝土中钢筋的腐蚀率越低。当赤泥的添加量达到20%－30%(质量分数)时，钢筋腐蚀率基本趋于稳定［7］。由此可见，赤泥的高碱性在很大程度上降低了许多危险有机物的溶解性，并抑制微生物过程。故赤泥不但不会因腐蚀性而破坏建筑结构的稳定性，而且还起到钢筋腐蚀抑制剂的作用，完全可以作为水泥的生产原料。

3毒性浸出特性安全分析

赤泥因含有丰富的金属及金属氧化物而具有毒性。绝大多数重金属即使在低浓度条件下也具有毒性与致癌性，并且很难从人体排出，一旦在体内沉淀会给身体带来严重损害。因此，赤泥建设材料衍生产品，特别是在建设工程中用量惊人的混凝土和砖块，必须在产品开发的同时评估其在使用过程中的浸出毒性。研究人员在浸没条件下测试了赤泥试样的综合强度、耐久性和可浸出性，综合强度和耐久性指标符合建设材料的要求，毒性浸出特性通过了TCLP测试，而且用混凝土固化后的赤泥安全性更高。Hong-taoHe等人利用赤泥和黄河泥沙制备烧结砖，应用固体废物浸出毒性浸出方法———硫酸硝酸法浸出烧结砖中的重金属元素，并通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP－AES)确定浸出液中有毒金属元素的浓度，研究结果表明烧结砖浸出液中的重金属浓度均在GB5085.3－2007规定的限值之内。虽然直接应用赤泥的建设材料衍生品其浸出毒性符合安全要求，但为了满足用户对产品的更高要求，还可采用海水中和的方法对赤泥进行积极处理，以进一步降低赤泥的碱性及重金属含量，提高其所含重金属的稳定性。Brunori等人采用3种不同类型的生物毒理学测试方法(微生物发光能力测试、ASTM微藻类毒性试验、海胆胚胎毒性试验)对经海水中和处置的BauxsolTM赤泥进行测试。研究结果表明，参照最严格的意大利法律监管体系和美国环境保护局对固体废弃物浸出毒性的安全限值，经海水中和处置的BauxsolTM赤泥没有表现出严重的生态毒理学效应，而且在接近中性pH条件下，从赤泥中浸出的金属量是很低的。Ho等人利用赤泥、废弃石膏和沙土制成柱状试块进行两年的模拟降水试验，浸出物中的盐类主要是Na2SO4，从赤泥中浸出的Al、Fe和Cd是可以忽略不计的。Maddocks等人利用蚯蚓研究经海水中和处置的BauxsolTM赤泥中所含金属的急性毒性作用，结果显示观察28天后，蚯蚓没有死亡且保持良好的运动性。以上研究均证实了海水中和处置方法在降低赤泥生态毒理性上的有效性。

在赤泥的回收与安全处置中，赤泥的大规模应用是对环境有益且经济有效的方法。赤泥建设材料衍生产品的生产就是赤泥大规模应用的有效途径，通过放射性、腐蚀性及毒性浸出特性3方面的分析，可以得到以下结论:

(1)《建筑材料放射性核素限量》(GB6566－2010)、《民用建筑工程室内环境污染控制规范》(GB50325－2010)以及欧盟对建设材料放射性安全的规定主要是控制镭－226、钍－232、钾－40的放射性水平不超过安全限值。山东铝业赤泥和Seydisehir赤泥中的钍－232放射性浓度最高，镭－226次之，这两种元素的放射性浓度决定了赤泥整体的放射性安全水平。山东铝业赤泥和Seydisehir赤泥的放射性核素内、外照射指数均超过安全规定限值。故赤泥在不经处理的条件下不能直接用于建设材料的开发，必须提取、去除赤泥中的放射性核素或采用其它适当材料与赤泥混合配比后才能实现赤泥的建设材料衍生品开发。

(2)腐蚀性安全分析表明，赤泥完全可以用于开发水泥并应用于钢筋混凝土结构，不但不会破坏建筑结构的稳定性，而且起到延缓钢筋腐蚀进程的作用。

(3)毒性浸出特性研究表明，赤泥建设材料衍生产品不会产生显著的生物毒性，若能采用海水中和等特定方法对赤泥进行积极处理，则可获得更低的浸出毒性。此外，若将赤泥建设材料衍生产品开发与赤泥作为污水处理、废气净化吸附剂的应用相结合，将已经完成吸附的赤泥残渣重新用于建设材料的生产，不但解决了废物的二次利用与安全处置问题，而且实现废物的零排放。当然，对重新引入环境进行二次应用的赤泥残渣，必须进行无害化处理，并根据最严格的要求对其环境相容性，特别是毒性浸出特征和生物学效应进行安全性评估。