CN101440324A - 拜尔法赤泥的综合利用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拜尔法赤泥的综合利用方法，涉及环保和工业废渣的综合利用领域，以氧化铝生产产生的工业废渣—赤泥代替粘土和石灰(或石灰石)作型煤的粘合剂、除硫剂和除氟剂，由赤泥粉、煤粉和水按比例均匀混合制成型煤作燃料，将型煤燃烧后的灰分直接用作硅钙肥或复配为复合肥，本发明充分利用了赤泥的主要成份，变废为宝，最大限度地降低了赤泥对环境的危害。
Description
技术领域：本发明涉及拜尔法赤泥的综合利用方法，属环保和工业废渣的综合利用，具体地说是一种将赤泥废渣用作生产型煤和肥料，充分利用了赤泥的主要成份，最大限度地降低赤泥对环境的危害的一种方法。
背景技术：煤炭长期以来是我国的第一大能源，目前我国煤炭生产与消费量均居世界首位，2004年全国煤炭产量为18.6亿吨，煤炭消费比例从20世纪50年代的90％以上到目前降低到65％左右，但以煤炭为主的能源结构将在很长时间内不会改变。由于粗放型发展模式及以煤为主的能源结构和低效能源利用方式，使我国CO2排放居世界第二，产生的SO2、NOx使81.6％的城市出现酸雨，如何高效、清洁的利用煤炭资源是能源和环境学者面临的严峻问题。
当前我国机械化采煤已经逐渐普及，随着机械化程度的不断提高，煤的平均粒度降低，原煤中所含煤屑增加。颗粒度在1-3mm的煤屑已占总煤量的30％左右，甚至更高。因而利用煤粉制作型煤将会得到快速发展。目前，每年全国民用型煤量为5000万吨以上，且民用型煤大多仍采用粘土作为粘结剂，粘土的主要成份是硅、铝、铁等元素，不但没有脱硫功能，还要毁掉大量耕地。如按型煤生产的操作规范要求，加入粘结剂的同时，还要再配人一定比例的石灰石或石灰用于固硫，固氟，而大多型煤厂为了降低成本并未按此执行。
赤泥是氧化铝生产的固体废弃物，目前全世界生产的氧化铝和氢氧化铝，有90％以上是用拜尔法生产的。所谓拜尔法，文献(《氧化铝生产工艺学》；中南工业大学杨重愚教授主编，冶金工业出版社出版，1982年1月第一版)是这样报道的：拜尔法是用苛性碱在一定高温和压力下处理铝土矿，以溶出其中的氧化铝而获得铝酸钠溶液，并用加晶种分解的方法，使溶液中的氧化铝成为氢氧化铝结晶析出。将母液经蒸发后返用于浸出铝土矿而构成拜尔法循环。
生产一吨氧化铝，要产出0.5-1.5吨赤泥(随铝土矿品位不同)，赤泥是氧化铝厂最大的污染物，目前世界上每年产出近亿吨的赤泥，2006年我国氧化铝产量大约为950万吨左右，年排出赤泥量在1000万吨以上，加上历年累计积存量，其数量超过1亿吨，而利用率仅为15％左右，因此，国内外所有的氧化铝生产厂都是将赤泥运到堆场筑坝堆存。赤泥在堆存过程中除了占用大量土地和产生大量基建费用外，还由于赤泥中的化学成分渗入土地造成土地碱化、地下水污染，人们长期摄取这些物质，必然会影响身体健康。
发明内容：本发明的目的，在于解决氧化铝厂最大污染物赤泥的综合利用问题，解决炼铝工业中存在的数量巨大的废渣赤泥的处理问题，因此是一个重大的环保课题，在解决赤泥废渣综合利用的同时，也解决了型煤工业生产耗用大量粘土，毁掉大量耕地，耗费大量石灰的问题，同时还解决了燃煤过程中产生的SO2和F对空气的污染问题。
本发明的原理是充分利用赤泥中的主要成份，最大限度的抑制赤泥中的有害成份，使赤泥得到综合利用，变废为宝。赤泥的主要成份经分析为：Al2O3 5.02～24.53％，SiO2 13.67～18.87％，Fe2O3 5.2～7.48％；CaO 23.5～42.21％，TiO2 4.5～7.5％，Na2O 2.5～6.0％，从分析结果可知，赤泥中主要成份Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、同粘土的主要成份相似，用在型煤生产，完全可以代替粘土成为型煤的粘合剂，生产赤泥型煤，赤泥中的CaO是石灰或石灰石的主要成份，用在型煤生产中代替石灰，作为煤中的除硫剂和除氟剂，促使煤渣块变得松软，使煤燃烧完全，赤泥中污染环境的Na2O，在赤泥型煤燃烧过程中，使煤着火点提前，对挥发份的燃烧起催化作用，在高温下Na2O部份挥发，部份与煤灰和赤泥中的SiO2生成不溶性的硅酸盐，使钠的溶解受到约束，使赤泥型煤灰渣变为弱碱性，经分析赤泥型煤燃烧后的灰渣水浸液PH8.5，不会对土壤和环境产生污染，更可喜的是赤泥型煤燃烧后的灰渣中的CaO和SiO2经烧结变成了枸溶性钙和硅，使煤灰渣变成了硅钙肥料，对需大量施硅钙肥的作物如水稻、小麦、花生、黄豆、甘蔗或块茎作物，都有明显的增产作用。同时含有枸溶性硅钙的煤灰，不仅可直接作硅钙肥，而且对酸性土壤和土壤板结的耕地，可起到改良土壤的作用。
本发明的目的是这样实现的，利用氧化铝生产产生的工业废渣—赤泥代替粘土和石灰(或石灰石)作型煤的粘合剂、除硫剂和除氟剂，由赤泥粉、煤粉和水按比例混合均匀，加工制成赤泥型煤，用作燃料，将赤泥型煤燃烧后的灰分直接用作农作物的硅钙肥、土壤改良剂或复配为复合肥。
上述赤泥粉、煤粉和水的质量配比为6.5～8:10:1.5，赤泥粉、煤粉以干重计算。
上述制成的赤泥型煤是指煤块、煤巴、煤球或蜂窝煤。
上述用赤泥型煤燃烧后的灰渣配制的复合肥是指含有效硅和有效钙的复合肥。
以本发明的赤泥型煤燃烧后的煤灰为原料加入氮、磷、钾或微量元素，可配制成以硅钙为基础的含氮、磷、钾、或其它微量元素的任意一种或几种元素的复合肥。
赤泥型煤的制作方法是将拜尔法赤泥自然风干至水份15％以下，进行初步粉碎后与煤粉和水按上述比例混合，用搅拌机混匀后，进成型机压制成型煤。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的生产工艺是将拜尔法赤泥与煤粉配料后，制成赤泥型煤，拜尔法赤泥在赤泥型煤配料中起到了粘结剂和除硫除氟剂的作用，按每年全国消耗型煤5000万吨计算，每吨型煤含粘土35％，每年可节约粘土1750万吨，按密度3计算约合583万立方米粘土，按土层厚度1米计，583万平方米面积合8745亩耕地，另外节约石灰400万吨。
2、本发明的生产工艺简单，设备简单，操作方便，投资少。
3、本发明能使型煤中硫的固定率从45％左右上升到95％，从而减少SO2的排放，达到保护环境的目的。
4、本发明的生产工艺是将拜尔法赤泥与煤粉配料，赤泥中的部分化合物在煤的燃烧过程中，完成了氧化反应，从而释放部分热量，达到增加型煤热效率的效果，比如：大部份硫从正四价变成了正六价。
5、本发明能使型煤着火快、燃烧时间长、燃烧更完全。
6、本发明的另一显著效果是赤泥废渣在型煤中燃烧后，碱度得到了一定中和，PH值从12降到8.5左右，从而解决了氧化铝工业生产中最大的赤泥污染环境这一世界性的难题。
7、本发明的另一显著效果是赤泥废渣在型煤中燃烧后，赤泥中的氧化钙和二氧化硅转化成活性氧化钙和二氧化硅，可直接作肥料和土壤改良剂使用。
综上所述，本发明虽然方法简单，但意义非常重大，每年全国民用型煤约5000万吨，按本发明配比计算，其中赤泥约占1800～2000万吨，除消耗完当年全国产生的赤泥废渣1000万吨外，还可处理掉堆在场坝上的赤泥1000万吨，大约十年，即可将堆积如山的赤泥废渣处理完毕，同时每年可生产约1800～2000万吨硅钙肥，或硅钙复配肥，作肥料或土壤改良剂，还可节约粘土583万立方，节约石灰石400万吨，节约耕地8745亩，大大降低型煤燃烧SO2的排放，型煤质量比粘土配制的型煤质量高，燃烧完全，发热量高，对环境保护和农业增产有重要作用，本发明是讫今为止综合利用赤泥的最佳方案，具有重大的经济效益和社会效益。
具体实施方式：本发明的实施例是在贵州平坝宏大铝化工有限公司的技术中心进行的，试验设备有破碎机、配料称、搅拌机、民用煤成型机和燃烧炉等。
实施例所采用的拜尔法赤泥为贵州平坝宏大铝化工有限公司氢氧化铝生产所产出的拜尔法赤泥，煤为平坝地区当地的原煤。
实施例1：
实施采用的拜尔法赤泥的化学组分：Al2O3:24.53％，SiO2:13.81％，Fe2O3:7.32％；CaO:24.22％，TiO2:7.3％，Na2O:6.0％。
实施采用的煤为平坝当地无烟煤。
配料：取6.5公斤拜尔法赤泥(干基)与10公斤煤(干基)进行配料(用电子秤配料)，并加入1.5升水。
配料用搅拌机混匀后，进入普通民用型煤成型机压制成型煤。
将本实施例制成的型煤与同量同比例的粘土作粘结剂制成的型煤在燃烧炉里作燃烧对比实验。
实施结果：
1、着火时间提前5分钟，燃烧时间延长25.1％；
2、提高原煤燃烧率12％，煤燃烧更完全；
3、赤泥型煤燃烧后的灰渣PH值8.7，粘土型煤灰渣PH值7.5；
4、赤泥型煤燃烧后的灰渣中硫含量(按SO3计)9.95％，粘土型煤燃烧后灰渣中硫含量(按SO3计)4.23％。
取赤泥型煤燃烧后的煤灰化验，煤灰中有效CaO 14.08％，有效SiO221.23％有效MgO 0.12％，有效K2O 1.43％，灰中SiO2 K2O含量偏高是因为煤中的杂质存在。
实施例2：
实施采用的拜尔法赤泥和煤、工艺路线和操作方法同实施例1，只是配料比略有不同。
配料：取8公斤拜尔法赤泥(干基)与10公斤煤(干基)进行配料(用电子秤配料)，并加入1.5升水。
配料用搅拌机混匀后，进入普通民用型煤成型机压制成型煤。
将本实施例制成的型煤与同量同比例的粘土作粘结剂制成的型煤在燃烧炉里作燃烧对比实验。
实施结果：
1、着火时间提前5分钟，燃烧时间延长24.7％；
2、提高原煤燃烧率13％，煤燃烧更完全；
3、赤泥型煤燃烧后灰渣PH值8.9，粘土型煤燃烧后灰渣PH值7.5；
4、赤泥型煤燃烧后灰渣中硫含量(按SO3计)9.79％，粘土型煤燃烧后灰渣中硫含量(按SO3计)4.27％；
取赤泥型煤燃烧后的煤灰化验，煤灰中有效CaO 17.17％，有效SiO218.76％，有效K2O 1.91％。
Claims (5)
1.一种拜尔法赤泥的综合利用方法，其特征在于以氧化铝生产的工业废渣——赤泥代替粘土和石灰或石灰石作型煤的粘合剂、除硫剂和除氟剂，由赤泥粉、煤粉和水按比例混合均匀，加工制成赤泥型煤作燃料，将赤泥型煤燃烧后的灰分直接用作农作物的硅钙肥、土壤改良剂或复配为复合肥。
2.根据权利要求1所述的一种拜尔法赤泥的综合利用方法，其特征在于赤泥粉、煤粉和水的质量配比为6.5～8:10:1.5，赤泥粉、煤粉以干重计算。
3.根据权利要求1或2所述的一种拜尔法赤泥的综合利用方法，其特征在于：所述的赤泥型煤是指煤块、煤巴、煤球或蜂窝煤。
4.根据权利要求1所述的一种拜尔法赤泥的综合利用方法，其特征是所述的复合肥是指以赤泥型煤燃烧后的含有效氧化钙和有效氧化硅为基础的含N、P、K或其它微量元素的一种或几种元素的复合肥。
5.根据权利要求1所述的一种拜尔法赤泥的综合利用方法，其特征是赤泥型煤的制作方法是将拜尔法赤泥自然风干至水份15％以下，进行初步粉碎后与煤粉和水按比例混合，用搅拌机混匀后，进成型机压制成型煤。
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