拜耳赤泥与黑液协同处理制备合成土壤的绿色工艺及植物栽培潜力研究

针对拜耳赤泥(Bayer red mud)高碱性和黑液(black liquor)高COD污染难题，研究人员提出了一种低能耗协同处理方案，通过酸浸和过滤工艺将赤泥pH从12.67降至7.02，同时去除黑液96.17%有机物，获得环保赤泥、高pH值碱液(13.62)和木质素产品。处理后的赤泥与5wt.%发泡材料混合形成合成土壤，其有效磷钾含量显著高于普通土壤，并成功栽培朱槿和黑麦草，为大规模赤泥消纳提供了低成本解决方案。

　　

在全球铝工业生产中，拜耳法(Bayer process)每年产生数十亿吨赤泥(red mud)，这种强碱性(pH>12)副产物含有大量Na₂O和重金属，其堆存不仅占用土地，更对生态环境构成持续威胁。与此同时，造纸工业产生的黑液(black liquor)因其COD值超过58000mg/L成为难处理废水。传统处理方法能耗高且资源利用率低，如何实现这两种污染物的协同治理成为环保领域重大挑战。

广西大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新性研究，开发出赤泥与黑液协同处理绿色工艺。通过硫酸酸浸将赤泥中结合态碱和游离碱转化为Na₂SO₄，同步实现黑液中有机物(75.81%)以木质素形式回收。处理后的赤泥pH降至7.02，与5wt.%发泡材料(SiO₂·0.42Al₂O₃·0.15Na₂O)混合形成合成土壤，其有效磷钾含量达普通土壤2-3倍，成功培育朱槿(Hibiscus rosa-sinensis var.variegata)和黑麦草(ryegrass)。

关键技术包括：(1)黑液酸沉工艺(0.55mol/L H₂SO₄)分离木质素；(2)赤泥-黑液混合体系碱转移；(3)傅里叶红外光谱(FT-IR)表征处理前后赤泥结构变化；(4)合成土壤理化性质检测。

【Changes of Bayer red mud before and after treatment】
X射线荧光分析显示赤泥Na含量从6.49%降至3.15%，FT-IR证实处理后赤泥中Na₂O特征峰消失。扫描电镜显示酸处理使赤泥颗粒孔隙率增加，比表面积提升有利于植物根系发育。

【Conclusions】
该工艺实现三大突破：(1)赤泥脱碱率达96%以上，产物pH达中性土壤标准；(2)黑液COD去除率96.17%，剩余碱液(pH13.62)可回用；(3)合成土壤持水孔隙率达35%，阳离子交换量(CEC)提升40%。

研究意义在于首次建立赤泥-黑液协同处理技术路线，每吨处理成本较传统方法降低60%，为全球每年4亿吨赤泥堆存和1.26亿吨黑液处理提供工业化解决方案。合成土壤在石漠化地区土壤修复和城市绿化领域具有广阔应用前景，推动"以废治废"的循环经济发展模式。