CN102757078B - 一种从拜耳法赤泥中分离有用组分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从拜耳法赤泥中分离有用组分的方法。该方法对拜耳法赤泥采用沉降分离；料浆焙烧；水浸；循环酸浸；陈化提硅；铝铁分离等步骤，获取氢氧化铝、微细硅酸、铁粉、石膏等产品。整个生产工艺过程中，除硫酸外，无需添加原料即可将拜耳法赤泥中的所有组分全部分离转化为产品，并实现零排放。该方法与现有对拜耳法的赤泥综合利用方法相比，不仅能使各种组分得到全部分离利用，而且还具有对各组分的分离提取率高、工艺过程简单、对设备无特殊要求和能耗低、容易实现工业化等优点。为拜耳法赤泥的综合利用开辟了新的途径。
Description
技术领域：
本发明属于固体废弃物的综合利用技术领域，涉及一种发电、冶金、化工综合生产过程中所排放的固体废弃物的综合利用技术，尤其是一种拜耳法生产氧化铝所排放的赤泥的综合利用方法。
背景技术：
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。大量赤泥的堆放，不仅占用了大量土地，同时对环境造成严重的污染。其中，赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25-11.50(原土为12以上)，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH值升高，从而造成更为严重的水体污染。尤其是赤泥中含有多种微量元素，且放射性镭、钍、钾含量也较高，一般内外照白指数均在2.0以上，因此还属于危险固体废物。截至目前，国内外尚无有效的工业化处理方法，即使过去发达国家也多是排入海中，成为一道世界性环保难题。
二十世纪40年代以来，许多国家就拜尔法赤泥的综合利用提出了几十种方法，但绝大多数没有达到工业生产的要求，主要是由于这该类赤泥浆不易干燥，脱水能耗大，且由于其中铁和碱的含量高，也不利于制造水泥。如果用以炼铁，其中的碱会腐蚀炉衬的耐火材料，赤泥中的氧化钛还会使炉渣粘度增加，造成高炉操作困难等。近年来，拜耳法赤泥在我国赤泥总量中占的比例正在不断增加。
面对地球的矿产资源因长期开采而储量日益减少的今天，加强赤泥等工业废渣的回收利用，对解决矿产资源短缺，改善人类生存环境有重要意义，因此对赤泥的综合利用与处置受到国家、当地政府及有关部门的高度关注。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种从拜耳法赤泥中分离有用组分的方法，以克服现有技术的缺点。本发明可将拜耳法赤泥中所有的组分全部分离成为高附加值产品，实现赤泥的资源化，并实现零排放。
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
一种从拜耳法赤泥中分离有用组分的方法，包括下列步骤：
(1)沉降分离：将拜耳法赤泥沉降分离，得到一道滤液和赤泥浆料；
(2)料浆焙烧：将步骤(1)获得的赤泥料浆湿法给料，焙烧得到焙烧熟料；
(3)循环水浸：步骤(2)获取的焙烧熟料中加入水，并浸取后过滤，分别得到一道滤渣和二道滤液；所得二道滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取；所得二道循环滤液分解得到氢氧化铝；
(4)酸浸：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入硫酸，过滤得到二道滤渣和三道滤液；
(5)提硅：将步骤(4)得到的三道滤液陈化，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；
(6)循环酸浸：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和；
(7)获取铝铁混合物：将步骤(6)所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(S04)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，热解得到铝铁混合物，同时回收硫酸；
(8)铝铁分离：向步骤(7)所得的硅铝混合物加入步骤(1)所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在60℃～100℃；反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3；
(9)获取氢氧化铝：对步骤(8)所得NaAlO2溶液晶种分解，获得氢氧化铝。
所述步骤(1)中：所述赤泥浆料的含水率为36-46％。
所述步骤(2)中：在800℃-990℃温度条件下焙烧30分钟-60分钟，得到焙烧熟料。
所述步骤(3)中：步骤(2)获取的焙烧熟料中按固液比1：6-1：50的比例加入水，并在温度60-80℃条件下浸取10-30分钟；并浸取后过滤，分别得到二道滤液和一道滤渣；所得二道滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取。
所述步骤(4)中：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入4mol／L～10mol／L的工业硫酸，并使固液质量比为1：4～1：20；过滤得到二道滤渣和三道滤液；三道滤液含硅、铝和铁；二道滤渣洗涤得到硫酸钙产品。
所述步骤(5)中：将步骤(4)得到的三道滤液，在温度60℃～100℃条件下保持30～80分钟后过滤，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；四道滤液含铝和铁。
所述步骤(6)中：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度至4mol／L～10mol／L后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和。
所述步骤(7)中：将步骤(6)所得近饱和铝、铁的五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，在300℃～1000℃条件下热解30分钟～8小时，得到铝铁混合物，同时回收硫酸。
所述步骤(8)中：向步骤(7)所得的硅铝混合物按照固液比1：10-1：30的比例，加入步骤(1)所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在60℃～100℃；反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3。
本发明的方法对拜耳法赤泥采用沉降分离、浆液煅烧、循环水浸、循环酸浸、过滤、陈化提硅、铁铝分离等工艺步骤，获得石膏、微细硅酸、铁粉、氢氧化铝等产品。整个生产工艺过程中，除硫酸外，无需添加原料即可将拜耳法赤泥中的所有组分全部分离转化为产品，并实现零排放。该方法与现有拜耳法赤泥综合利用方法相比，不仅能使各种组分得到全部分离利用，而且还具有各组分分离提取率高、工艺过程简单、对设备无特殊要求和能耗低、容易实现工业化等优点。为拜耳法赤泥的综合利用开辟了新的途径。
附图说明：
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，一种从拜耳法赤泥中分离有用组分的方法，包括下列步骤：
步骤1：沉降分离
将拜耳法赤泥沉降分离，得到一道滤液和赤泥浆料，并要求分离后赤泥浆料含水率为36-46％；
步骤2：料浆焙烧
将步骤1获得的赤泥料浆湿法给料，在800℃-990℃温度条件下焙烧30分钟-60分钟，得到焙烧熟料；
步骤3：循环水浸
向步骤2获取的焙烧熟料中按固液比1：6-1：50的比例加入水，并在温度60-80℃条件下浸取10-30分钟；浸取后过滤，分别得到二道滤液和一道滤渣；所得二道滤液被循环用于对步骤2所得焙烧熟料的浸取；
步骤4：滤渣酸浸
向步骤3获得的一道滤渣中加入4mol／L～10mol／L的工业硫酸，并使固液质量比为1：4～1：20；过滤得到二道滤渣和含硅、铝、铁的三道滤液。二道滤渣洗涤得到硫酸钙产品；
步骤5：陈化提硅
将步骤4得到的三道滤液，在温度60℃～100℃条件下保持30～80分钟后过滤，得到三道滤渣和含铝、铁混合的四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；
步骤6：循环酸浸
将步骤5所得四道滤液调整酸浓度至4mol／L～10mol／L后，对步骤3所得一道滤渣循环实施步骤4-步骤5，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和。
步骤7：获取铝铁混合物
将步骤6所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，在300℃～1000℃条件下热解30分钟～8小时，得到铝铁混合物，同时回收硫酸
步骤8：铝铁分离
向步骤7所得的硅铝混合物按照固液比1：10-1：30的比例，加入步骤1所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在60℃～100℃。反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3。
步骤9获取氢氧化铝
对步骤8所得NaAlO2溶液晶种分解，获得氢氧化铝。
实施例1：
所述步骤(1)中：所述赤泥浆料的含水率为36％。
所述步骤(2)中：在800℃℃温度条件下焙烧30分钟，得到焙烧熟料。
所述步骤(3)中：步骤(2)获取的焙烧熟料中按固液比1：6的比例加入水，并在温度60℃条件下浸取10分钟；并浸取后过滤，分别得到二道滤液和一道滤渣；所得二道滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取。
所述步骤(4)中：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入4mol／L的工业硫酸，并使固液质量比为1：4；过滤得到二道滤渣和三道滤液；三道滤液含硅、铝和铁；二道滤渣洗涤得到硫酸钙产品。
所述步骤(5)中：将步骤(4)得到的三道滤液，在温度60℃条件下保持30分钟后过滤，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；四道滤液含铝和铁。
所述步骤(6)中：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度至4mol／L后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和。
所述步骤(7)中：将步骤(6)所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，在300℃条件下热解30分钟小时，得到铝铁混合物，同时回收硫酸。
所述步骤(8)中：向步骤(7)所得的硅铝混合物按照固液比1：10的比例，加入步骤(1)所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在60℃；反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3。
实施例2：
所述步骤(1)中：所述赤泥浆料的含水率为46％。
所述步骤(2)中：在990℃温度条件下焙烧60分钟，得到焙烧熟料。
所述步骤(3)中：步骤(2)获取的焙烧熟料中按固液比1：50的比例加入水，并在温度80℃条件下浸取30分钟；并浸取后过滤，分别得到二道滤液和一道滤渣；所得二道滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取。
所述步骤(4)中：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入10mol／L的工业硫酸，并使固液质量比为1：20；过滤得到二道滤渣和三道滤液；三道滤液含硅、铝和铁；二道滤渣洗涤得到硫酸钙产品。
所述步骤(5)中：将步骤(4)得到的三道滤液，在温度100℃条件下保持80分钟后过滤，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；四道滤液含铝和铁。
所述步骤(6)中：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度至10mol／L后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和。
所述步骤(7)中：将步骤(6)所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，在1000℃条件下热解8小时，得到铝铁混合物，同时回收硫酸。
所述步骤(8)中：向步骤(7)所得的硅铝混合物按照固液比1：30的比例，加入步骤(1)所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在100℃；反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3。
实施例3：
所述步骤(1)中：所述赤泥浆料的含水率为40％。
所述步骤(2)中：在900℃温度条件下焙烧40分钟，得到焙烧熟料。
所述步骤(3)中：步骤(2)获取的焙烧熟料中按固液比1：20的比例加入水，并在温度70℃条件下浸取20分钟；并浸取后过滤，分别得到二道滤液和一道滤渣；所得二道滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取。
所述步骤(4)中：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入7mol／L的工业硫酸，并使固液质量比为1：10；过滤得到二道滤渣和三道滤液；三道滤液含硅、铝和铁；二道滤渣洗涤得到硫酸钙产品。
所述步骤(5)中：将步骤(4)得到的三道滤液，在温度80℃条件下保持50分钟后过滤，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；四道滤液含铝和铁。
所述步骤(6)中：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度至8mol／L后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和。
所述步骤(7)中：将步骤(6)所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，在600℃条件下热解5小时，得到铝铁混合物，同时回收硫酸。
所述步骤(8)中：向步骤(7)所得的硅铝混合物按照固液比1：20的比例，加入步骤(1)所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在80℃；反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3。
实施例4：
所述步骤(1)中：所述赤泥浆料的含水率为41％。
所述步骤(2)中：在890℃温度条件下焙烧50分钟，得到焙烧熟料。
所述步骤(3)中：步骤(2)获取的焙烧熟料中按固液比1：30的比例加入水，并在温度750℃条件下浸取25分钟；并浸取后过滤，分别得到二道滤液和一道滤渣；所得二道滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取。
所述步骤(4)中：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入8mol／L的工业硫酸，并使固液质量比为1：10；过滤得到二道滤渣和三道滤液；三道滤液含硅、铝和铁；二道滤渣洗涤得到硫酸钙产品。
所述步骤(5)中：将步骤(4)得到的三道滤液，在温度70℃条件下保持60分钟后过滤，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；四道滤液含铝和铁。
所述步骤(6)中：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度至8mol／L后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和。
所述步骤(7)中：将步骤(6)所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，在800℃条件下热解3小时，得到铝铁混合物，同时回收硫酸。
所述步骤(8)中：向步骤(7)所得的硅铝混合物按照固液比1：15的比例，加入步骤(1)所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在70℃；反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种从拜耳法赤泥中分离有用组分的方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)沉降分离：将拜耳法赤泥沉降分离，得到一道滤液和赤泥浆料；
(2)料浆焙烧：将步骤(1)获得的赤泥料浆湿法给料，焙烧得到焙烧熟料；
(3)水浸：步骤(2)获取的焙烧熟料中加入水，并浸取后过滤，分别得到一道滤渣和二道滤液；二道滤液分解得到氢氧化铝；
(4)滤渣酸浸：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入硫酸，过滤得到二道滤渣和三道滤液；
(5)陈化提硅：将步骤(4)得到的三道滤液陈化，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；
(6)循环酸浸：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和；
(7)获取铝铁混合物：将步骤(6)所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，热解得到铝铁混合物，同时回收硫酸；
(8)铝铁分离：向步骤(7)所得的硅铝混合物加入步骤(1)所得一道滤液，并使其pH值大于9、体系温度保持在60℃～100℃；反应完全后过滤，滤液为NaAlO2溶液，滤渣为Fe(OH)3；
(9)获取氢氧化铝：对步骤(8)所得NaAlO2溶液晶种分解，获得氢氧化铝。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中：所述赤泥浆料的含水率为36-46％。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中：赤泥料浆湿法给料，在800℃-990℃温度条件下焙烧30分钟-60分钟，得到焙烧熟料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中：步骤(2)获取的焙烧熟料中按固液比1：6-1：50的比例加入水，并在温度60-80℃条件下浸取10-30分钟；并浸取后过滤，分别得到二道滤液和一道滤渣；所得二道滤液被循环用于对步骤(2)所得焙烧熟料的浸取。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中：向步骤(3)获得的一道滤渣中加入4mol／L～10mol／L的硫酸，并使固液质量比为1：4～1：20；过滤得到二道滤渣和三道滤液；三道滤液含硅、铝和铁；二道滤渣洗涤得到硫酸钙产品。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中：将步骤(4)得到的三道滤液，在温度60℃～100℃条件下保持30～80分钟后过滤，过滤得到三道滤渣和四道滤液；三道滤渣洗涤得到微细硅酸；四道滤液含铝和铁。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中：将步骤(5)所得四道滤液调整酸浓度至4mol／L～10mol／L后，对步骤(3)所得一道滤渣循环实施步骤(4)至步骤(5)，得到五道滤液，直至五道滤液中铝、铁达到近饱和。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中：将步骤(6)所得近饱和铝、铁五道滤液浓缩、降温结晶，得到Al2(SO4)3和Fe2(SO4)3混合晶体；将混合晶体置于排烟热解装置中，在300℃～1000℃条件下热解30分钟～8小时，得到铝铁混合物，同时回收硫酸。
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