CN105502454A - 一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法，包括以下步骤：在铝材厂工业污泥中加入硫酸进行酸溶解，再加入氧化剂，对有机质进行分解，再进行固液分离；滤液加入到反应釜A，再加入铝材厂边料，进行酸酸溶解和置换反应，再进行固液分离；滤液加入反应釜B，再加入碱，进行中和反应和盐析反应，再加入硫酸调节pH值至2.0～3.5，再进行固液分离，滤液即为液体硫酸铝；对液体硫酸铝进行结晶，将结晶粉碎得到固体硫酸铝。本发明的硫酸铝外观漂亮、重金属含量低、总磷含量低、纯度高、酸度小，用于水处理对原液影响小，使用效果优于同类产品。本发明的方法操作简单、成本低，且实现了废物再利用，经济效益和环境效益好。

Description

一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法

技术领域

本发明涉及一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法。

背景技术

我国已经成为铝型材生产大国，铝型材产量连续五年稳居世界第一位。建筑铝型材均需进行表面处理，会产生大量工业废水，常采用中和调节及混凝沉淀法工艺处理，得到废水污泥。目前，多采用填埋的方法处理这些污泥，不仅占用有限的土地资源，而且这些污泥中含有大量的铝化合物和钙化合物，会造成浪费资源和环境污染。污泥处理、堆放等问题已成为当今世界最为严峻和重要问题之一。

硫酸铝是应用最为广泛的化学材料之一。硫酸铝主要用于造纸，约占总产量的50%，其次是用作饮用水、工业用水和工业废水处理中的絮凝剂，约占总产量的40%。据中商产业研究院数据库（AskCIData）最新数据显示，2014年中国硫酸产量（折100%）达8846.35万吨，如果按照国家标准液体硫酸铝计算达1.8亿吨。

硫酸铝生产工艺经过了几十年的发展，目前最常见的工艺是利用铝矿石或氢氧化铝粉生产硫酸铝。利用铝矿石生产硫酸铝需要消耗大量的铝矿产资源，能耗大，且生产过程中会产生大量的酸性废渣，对环境有重大影响。而氢氧化铝本身是利用铝矿石通过拜耳法生产而来，因此也存在资源耗量大、影响环境等不足。总之，利用铝矿石和氢氧化铝生产硫酸铝不具备经济效益和环境效益。

利用铝材厂工业污泥制备硫酸铝鲜有报道，仅龚盛昭、韦有燧的《利用废铝渣生产水处理剂-硫酸铝的研究》等论文涉及直接法利用工业污泥制备硫酸铝。然而，该技术制备的硫酸铝存在很多问题，不符合水处理行业标准（HG2227-2004Ⅰ类），也不适合用于造纸。该技术主要存在以下两点问题：1）由于铝材厂表面处理需要用到含磷清洗剂，因此利用该污泥生产的硫酸铝总磷含量高，高达10克每升，用于水处理会极大降低了水处理效果，甚至影响出水水质；2）由于铝材厂喷涂等车间废水含有大量铬等重金属，因此利用该污泥制备的硫酸铝重金属较高，用于造纸会影响造纸质量或出水水质，对环境造成二次污染。

因此，亟需开发一种高纯硫酸铝生产工艺，得到总磷含量低、重金属含量低、成本低、高附加值的高纯硫酸铝。

发明内容

本发明的目的在于提供一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法，包括以下步骤：

1)将铝材厂工业污泥加入反应池，边搅拌边加入硫酸，至pH值为1.0～2.5，进行酸溶解，再加入氧化剂，对有机质进行分解；

2)将固液混合液加入压滤机进行固液分离，泥饼收集处理，滤液加入到反应釜A中；

3)边搅拌边将铝材厂边料加入到反应釜A中，进行酸溶解和置换反应；

4)将反应釜A中的混合液加入过滤器，进行固液分离，浓泥液收集，滤液加入反应釜B；

5)边搅拌边将碱加入到反应釜B中，至pH值为3.0～9.0，进行中和反应和盐析反应，再加入硫酸调节pH值至2.0～3.5；

6)将反应釜B中的混合液加入过滤器，进行固液分离，浓泥液收集，滤液即为液体硫酸铝；

7)对液体硫酸铝进行结晶，将结晶粉碎得到固体硫酸铝；

8)将步骤4）和6）中的浓泥液加入压滤机进行压滤，泥饼收集统一处理，滤液回至步骤2）的反应釜A中进行再利用。

步骤1）所述铝材厂工业污泥中氧化铝质量百分含量≥5.0%。

步骤1）和5）所述硫酸的质量分数大于80%。

步骤1）所述氧化剂为次氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐、过氧化钠、高锰酸、次氯酸、氯酸、亚氯酸、高氯酸中的至少一种，添加量为铝材厂工业污泥质量的0.1‰～1.5‰。

步骤1）对有机质进行分解的时间为0.1～1.5h。

步骤2）和8）所述压滤机为板框压滤机。

步骤3）的反应时间为1～5h。

步骤4）和6）所述的过滤器为装有平板陶瓷膜的过滤器，所述平板陶瓷膜的孔径为5～100μm，过滤速度为1～50m/s。

步骤5）所述碱为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氨水、碳酸盐中的至少一种。

步骤5）的反应时间为0.5～4h。

本发明的有益效果是：本发明制备的硫酸铝外观漂亮、重金属含量低、总磷含量低、纯度高、酸度小，用于水处理对原液影响小，使用效果优于同类产品。本发明的方法操作简单、成本低，且实现了废物再利用，经济效益和环境效益好。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法，包括以下步骤：

1)将铝材厂工业污泥加入反应池，边搅拌边加入硫酸，至pH值为1.0～2.5，进行酸溶解，再加入氧化剂，对有机质进行分解；

2)将固液混合液加入压滤机进行固液分离，泥饼收集处理，滤液加入到反应釜A中；

3)边搅拌边将铝材厂边料加入到反应釜A中，进行酸溶解和置换反应；

4)将反应釜A中的混合液加入过滤器，进行固液分离，浓泥液收集，滤液加入反应釜B；

5)边搅拌边将碱加入到反应釜B中，至pH值为3.0～9.0，进行中和反应和盐析反应，再加入硫酸调节pH值至2.0～3.5；

6)将反应釜B中的混合液加入过滤器，进行固液分离，浓泥液收集，滤液即为液体硫酸铝；

7)对液体硫酸铝进行结晶，将结晶粉碎得到固体硫酸铝；

8)将步骤4）和6）中的浓泥液加入压滤机进行压滤，泥饼收集统一处理，滤液回至步骤2）的反应釜A中进行再利用。

优选的，步骤1）所述铝材厂工业污泥中氧化铝质量百分含量≥5.0%。

优选的，步骤1）和5）所述硫酸的质量分数大于80%。

优选的，步骤1）所述氧化剂为次氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐、过氧化钠、高锰酸、次氯酸、氯酸、亚氯酸、高氯酸中的至少一种，添加量为铝材厂工业污泥质量的0.1‰～1.5‰。

进一步优选的，所述氧化剂为次氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐、过氧化钠中的至少一种。

优选的，步骤1）对有机质进行分解的时间为0.1～1.5h。

优选的，步骤2）和8）所述压滤机为板框压滤机。

优选的，步骤3）的反应时间为1～5h。

优选的，步骤4）和6）所述的过滤器为装有平板陶瓷膜的过滤器，所述平板陶瓷膜的孔径为5～100μm，过滤速度为1～50m/s。

进一步优选的，所述过滤速度为5～20m/s。

优选的，步骤5）所述碱为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氨水、碳酸盐中的至少一种。

优选的，步骤5）的反应时间为0.5～4h。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

如图1所示，本发明利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法，可将铝材厂工业污泥和边料转化为高纯硫酸铝，其具体操作参见实施例1和实施例2。

实施例1：

1）开动耐酸碱腐蚀反应池的搅拌器，投入1000kg氧化铝质量百分含量为8.0%的铝材厂工业污泥，同时缓缓加入质量分数为85%的硫酸，调节pH值至2.0，待铝材厂工业污泥反应完全后，加入0.5kg氯酸钠，反应30分钟；

2）将反应好的固液混合液加入耐酸蚀板框压滤机进行压滤，泥饼用包装袋装好，滤液加入耐腐蚀反应釜中；

3）开动反应釜搅拌，加入10kg铝材厂边料，反应2小时；

4）将反应好的混合液泵至装有平板陶瓷膜的过滤器，进行固液分离，浓泥液收集至浓液池中，滤液加入另一耐碱蚀的反应釜中；

5）开动反应釜搅拌，往反应釜中缓缓加入氢氧化钠，调至pH值至8.0，反应1小时；

6）加入硫酸，调至pH值为2.5，将反应好的混合液泵至装有平板陶瓷膜的过滤器，进行固液分离，浓泥液收集至浓液池中，滤液即为液体硫酸铝。

本发明方法制备的液体硫酸铝和通过龚盛昭、韦有燧的论文《利用废铝渣生产水处理剂-硫酸铝的研究》中记载的直接法制备的液体硫酸铝的质量对照表如下表1所示。

表1实施例1制备的液体硫酸铝和直接法制备的液体硫酸铝的质量对比表

由表1可知：本发明方法制备的液体硫酸铝符合硫酸铝行业标准（HG2227-2004Ⅰ类），其中重金属含量极低，优于行业标准。而直接法制备的液体硫酸铝颜色多为褐色，不美观，其中铅、铬、镉重金属含量超标，产品中总磷含量较本发明产品高出33倍多，影响水处理效果，更重要的是产品中高含量的重金属和总磷会对环境造成二次污染。

实施例2：

1）开动耐酸碱腐蚀反应池搅拌器，投入1000kg氧化铝质量百分含量为7.5%的铝材厂工业污泥，同时缓缓加入质量分数为90%的硫酸，调节pH值至1.2，待铝材厂工业污泥反应完全后，加入0.3kg氯酸钠，反应15分钟；

2）将反应好的固液混合液经过耐酸蚀板框压滤机进行压滤，泥饼用包装袋装好，滤液加入耐腐蚀反应釜中；

3）开动反应釜搅拌，加入22kg铝材厂边料，反应3.5小时；

4）将反应好的混合液泵至装有平板陶瓷膜的过滤器，进行固液分离，浓泥液收集至浓液池中，滤液加入另一耐碱蚀的反应釜中；

5）开动反应釜搅拌，往反应釜中缓缓加入氨水，调至pH值至5.0，反应3小时；

6）加入硫酸，调至pH值为2.0，将反应好的混合液泵至装有平板陶瓷膜的过滤器，进行固液分离，浓泥液收集至浓液池中，滤液加入到反应槽中；

7）向反应槽中通入蒸汽进行，当溶液中氧化铝的质量百分含量为12%～16%时，停止加热，自然冷却结晶；

8）将结晶好的固体硫酸铝用粉碎机进行粉碎，得到固体硫酸铝。

本发明方法制备的固体硫酸铝和通过龚盛昭、韦有燧的论文《利用废铝渣生产水处理剂-硫酸铝的研究》中记载的直接法制备的固体硫酸铝的质量对比如表2所示。用本发明制备的硫酸铝和市售硫酸铝进行水处理试验，试验结果如表3所示。

表2实施例2制备的固体硫酸铝和直接法生产的固体硫酸铝的质量对比表

由表2可知：直接法制备的固体硫酸铝感观较差，重金属铅和铬含量均远远超出标准指标，砷含量也约接近行业标准规定的最高值。而本发明产品不溶物极少，仅为前者的1.3%，重金属含量极低，优于行业标准，不会造成二次污染，真正实现了以废治废、资源化利用废物产出高附加值、高使用效果的产品。

表3实施例2制备的硫酸铝和市售硫酸铝的水处理试验对比表

由表3可知：用本发明的硫酸铝进行水处理试验，和市售硫酸铝相比，在相同的加入量下，本发明的硫酸铝能产生更大的絮团、絮团沉降速度更快、水的浊度更低、化学需氧量更小。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种资源化利用铝材厂工业污泥和边料制备高纯硫酸铝的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将铝材厂工业污泥加入反应池，边搅拌边加入硫酸，至pH值为1.0～2.5，进行酸溶解，再加入氧化剂，对有机质进行分解；

2)将固液混合液加入压滤机进行固液分离，泥饼收集处理，滤液加入到反应釜A中；

3)边搅拌边将铝材厂边料加入到反应釜A中，进行酸溶解和置换反应；

4)将反应釜A中的混合液加入过滤器，进行固液分离，浓泥液收集，滤液加入反应釜B；

5)边搅拌边将碱加入到反应釜B中，至pH值为3.0～9.0，进行中和反应和盐析反应，再加入硫酸调节pH值至2.0～3.5；

6)将反应釜B中的混合液加入过滤器，进行固液分离，浓泥液收集，滤液即为液体硫酸铝；

7)对液体硫酸铝进行结晶，将结晶粉碎得到固体硫酸铝；

8)将步骤4）和6）中的浓泥液加入压滤机进行压滤，泥饼收集统一处理，滤液回至步骤2）的反应釜A中进行再利用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述铝材厂工业污泥中氧化铝质量百分含量≥5.0%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）和5）所述硫酸的质量分数大于80%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述氧化剂为次氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐、过氧化钠、高锰酸、次氯酸、氯酸、亚氯酸、高氯酸中的至少一种，添加量为铝材厂工业污泥质量的0.1‰～1.5‰。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）对有机质进行分解的时间为0.1～1.5h。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）和8）所述压滤机为板框压滤机。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）的反应时间为1～5h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4）和6）所述过滤器为装有平板陶瓷膜的过滤器，所述平板陶瓷膜的孔径为5～100μm，过滤速度为1～50m/s。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5）所述碱为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾、氨水、碳酸盐中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5）的反应时间为0.5～4h。