CN108689420A - 一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,包括如下步骤:1)将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料,送入窑内焙烧,制得熟料;2)将步骤1)制得的熟料进行溶出,并进行固液分离;3)向步骤2)分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生,然后将白色沉淀滤出后清洗烘干并灼烧,得氧化铝;4)将步骤2)分离得到的固体烘干、粉碎,然后加入抗冻添加剂进行研磨,得抗冻水泥。本发明具有提铝和制备抗冻水泥成本低,铝回收率高,纯度好,水泥抗冻效果好,且废渣利用率高的特点。

Description

一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,属于冶金化 工领域。
背景技术
[0002] 磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣,其主要成分为硫酸 钙(CaSO4),其含量一般可达到70〜90%左右。此外,磷石膏还含有多种杂质:未分解的磷矿, 未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。我国每年排放磷石膏约 2000万吨,累计排量近亿吨。磷石膏在建材方面的利用率不到5%,大量磷石膏渣场占用土 地,严重污染环境。
[0003] 赤泥是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。因其富含铁,呈赤红色泥浆状 而得名。每生产1吨氧化铝,大约产生赤泥1.0-2.0吨。我国赤泥的年产生量约为1.0亿吨,累 计堆存量约为5亿吨。
[0004] 抗冻性,是指材料在多次冻融循环后仍然保持较好的性能的性质。水泥作为建筑 中的重要粘结材料,水泥抗冻性能与建筑的坚固耐用程度密切相关。现目前的抗冻水泥均 是在水泥熟料中添加抗冻添加剂来制备。
[0005] 现目前,针对磷石膏和赤泥的综合利用的技术很少,基本上集中在建材和铺路等 传统领域,这造成了磷石膏和赤泥中大量高价值成分的浪费,附加值非常低。虽然现目前的 一些利用赤泥回收铝的工艺已经成熟,但是,在这些工艺中均需要添加相当量的反应物质 进行反应,这大大增加了回收成本。而将磷石膏和赤泥综合利用来提取回收铝,同时联产抗 冻水泥的工艺,未见报道。
[0006] 发明目的 本发明的目的在于,提供一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺。本 发明具有提铝和制备抗冻水泥成本低,铝回收率高,纯度好,水泥抗冻效果好,且废渣利用 率高的特点。
[0007] 本发明的技术方案 一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,包括如下步骤: 1) 将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料,送入窑内焙烧,制得熟料; 2) 将步骤1)制得的熟料进行溶出,并进行固液分离; 3) 向步骤2)分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生,然后将白色沉淀滤出后 清洗烘干并灼烧,得氧化铝; 4) 将步骤2)分离得到的固体烘干、粉碎,然后加入抗冻添加剂进行研磨,得抗冻水泥。
[0008] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤1)中,所述的赤 泥为拜耳法生产氧化铝产生的赤泥;所述添加剂为碳酸钠或烧碱;所述改性剂为无烟煤、碳 或煤矸石。
[0009] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤1)中,所述的生 料中,磷石膏和赤泥按照I :〇. 5-2重量比的比例混合,添加剂添加比例按生料中所含Na2O和 Al2〇3+Fe2〇3总和的分子比为1:1添加,改性剂的混合比例为生料总重量的10-25%。
[0010] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤1)中,所述窑为 工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
[0011] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤1)中,是在温度 1000-1350 °C下焙烧时间0 · 5-2小时。
[0012] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤2)中,所述熟料 先水磨后溶出;溶出时的液固体积比为4-6:1。
[0013] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,所述步骤3)中,灼烧 是在温度800-1200 °C下灼烧时间1 -5小时。
[0014] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,所述步骤4)中,抗冻 添加剂的添加重量比为1-8%。
[0015] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,按重量比计,所述抗 冻添加剂由碳酸钠1-10份、氯化钠1-10份、氯化钙3-15份、三乙醇胺3-15份、石膏5-20份和 明矾10-25组成。
[0016] 前述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,所述步骤4)中,固体 是在150-180°C烘干。
[0017] 本发明通过将磷石膏和赤泥反应、重组,使之成为有用物质。原理的总反应式为: 2CaS〇4(磷石膏)+ 1.7Na20 · SiO2 · Al2O3 (赤泥)—Na2O · Al2O3 + 2Ca0 · SiO2丄 +
[硫] 从该反应式可知,用磷石膏中的CaO与赤泥中的SiO2生成原硅酸钙(2Ca0· SiO2丨)后, 得到可溶性极好的错酸钠(Na2〇 · AI2O3)。反应式中的[硫],是指通过生料加改性剂工艺,生 成的金属硫化物,其主要成分为FeS;浸出熟料中的铝酸钠后,将得到的沉淀物浮选即可得 到 FeS。
[0018] 有益效果 1、本发明通过利用磷石膏和赤泥作为原料,并加入添加剂和改性剂之后,在高温焙烧 的工艺下得到主要含硅酸盐、铝酸盐和硫化物的熟料,而该铝酸盐的主要成分为铝酸钠,将 铝酸钠水溶出后即可进行回收铝,而固体残渣将硫化物浮选出去之后即可得到较为纯净的 硅酸盐,硅酸盐与抗冻添加剂复配后即可得到抗冻水泥,由于整个工艺中主要以磷石膏和 赤泥为原料,添加少量其他物质即可,因此,大大降低了回收铝和制备水泥的成本投入。相 反,还大大增加了磷石膏和赤泥废渣的利用率,为环节磷石膏和赤泥对环境的污染具有重 要的贡献。
[0019] 2、本发明通过的原料通过焙烧后,得到的成分分明,铝主要以铝酸钠形式存在,利 用铝酸钠极易溶于水的特性,可简单快速的将其分离并用于提取氧化铝,其回收率高,且纯 度好。
[0020] 3、本发明制得的硅酸盐杂质少,复配抗冻添加剂之后,制得的抗冻水泥性能更好, 抗冻效果更加。
[0021] 为进一步证明本发明的效果,发明人做了如下实验。
[0022] 1、铝回收率检测 取磷石膏和赤泥,分为5组,分别检测其中的铝的含量,并按照本发明的工艺进行提取, 提取完之后检测固液分离后的残渣和加入CO2后过滤出来的溶液中的铝的含量,以提取完 之后的铝的含量+提取之前的铝的含量-1,即为回收率。同时,以赤泥和氧化钙混合焙烧提 取氧化铝的传统工艺作为对比例。实验数据如表1所示:
Figure CN108689420AD00051
2、水泥抗冻性能检测 将同一堆混合均匀的砂石均分为2组,并分别添加本发明水泥与传统水泥搅拌成混凝 土,将混勾的混凝土分别制作成3根100mm*100mm*400mm的棱柱形混凝土柱试样,试样按照 T0551《水泥混凝土试件制作与硬化水泥混凝土现场取样方法》规定进行制作和养护。
[0023] 然后将3组试件分别放入试件盒中,加入清水没过试件顶部,然后放入冻融试验箱 中进行冻融循环实验,冻融循环100次。完成冻融测试的试件进行弹性模量检测,并得出弹 性模量相对测试前的比例,并将比例记录在表2中:
Figure CN108689420AD00052
从表2可以看出,本发明的水泥制作的混凝土试件在经受冻融试验后,其弹性模量的下 降率更低,性能更佳。
具体实施方式
[0024] 下面结合实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
[0025] 本发明的实施例 实施例1: 一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤如下: 1) 将磷石膏、拜耳赤泥、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料,送入工业回转窑内在温 度1000°C下焙烧时间2小时,制得熟料;其中,磷石膏和拜耳赤泥按照1:0.5重量比的比例混 合,碳酸钠添加比例按生料中所含Na2O和Al2〇3+Fe2〇3总和的分子比为1:1添加,无烟煤的混 合比例为生料总重量的10%; 2) 将步骤1)制得的熟料以液固体积比为4:1进行水磨溶出,并进行固液分离; 3) 向步骤2)分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生,然后将白色沉淀滤出后 清洗烘干并在温度800 °C下灼烧时间5小时,得氧化铝; 4) 将步骤2)分离得到的固体在150°C烘干、粉碎,然后加入Iwt %的抗冻添加剂,进行研 磨,得抗冻水泥;其中抗冻添加剂按重量份计,由碳酸钠1份、氯化钠1份、氯化钙3份、三乙醇 胺3份、石膏5份和明矾10组成。
[0026] 实施例2:—种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤如下: 1) 将磷石膏、拜耳赤泥、烧碱和碳混合并研磨制成生料,送入工业隧道窑内在温度1200 °C下焙烧时间3小时,制得熟料;其中,磷石膏和拜耳赤泥按照1:1重量比的比例混合,烧碱 添加比例按生料中所含Na2O和Al 2〇3+Fe2〇3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总 重量的17%; 2) 将步骤1)制得的熟料以液固体积比为5:1进行水磨溶出,并进行固液分离; 3) 向步骤2)分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生,然后将白色沉淀滤出后 清洗烘干并在温度l〇〇〇°C下灼烧时间3小时,得氧化铝; 4) 将步骤2)分离得到的固体在160°C烘干、粉碎,然后加入5wt %的抗冻添加剂,进行研 磨,得抗冻水泥;其中抗冻添加剂按重量份计,由碳酸钠5份、氯化钠5份、氯化钙8份、三乙醇 胺9份、石膏15份和明矾17组成。
[0027] 实施例3:—种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,步骤如下: 1) 将磷石膏、拜耳赤泥、碳酸钠和煤矸石混合并研磨制成生料,送入工业立窑内在温度 1350°C下焙烧时间0.5小时,制得熟料;其中,磷石膏和拜耳赤泥按照1: 2重量比的比例混 合,碳酸钠添加比例按生料中所含Na2〇和Al2〇3+Fe2〇3总和的分子比为1:1添加,煤矸石的混 合比例为生料总重量的25%; 2) 将步骤1)制得的熟料以液固体积比为6:1进行水磨溶出,并进行固液分离; 3) 向步骤2)分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生,然后将白色沉淀滤出后 清洗烘干并在温度1200°C下灼烧时间1小时,得氧化铝; 4) 将步骤2)分离得到的固体在180°C烘干、粉碎,然后加入Swt %的抗冻添加剂,进行研 磨,得抗冻水泥;其中抗冻添加剂按重量份计,由碳酸钠I 〇份、氯化钠I 〇份、氯化f丐15份、二 乙醇胺15份、石膏20份和明矾25组成。

Claims (10)

1. 一种赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征在于,包括如下步 骤: 1) 将磷石膏、赤泥、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料,送入窑内焙烧,制得熟料; 2) 将步骤1)制得的熟料进行溶出,并进行固液分离; 3) 向步骤2)分离得到的溶液中加入CO2至白色沉淀不再产生,然后将白色沉淀滤出后清 洗烘干并灼烧,得氧化铝; 4) 将步骤2)分离得到的固体烘干、粉碎,然后加入抗冻添加剂进行研磨,得抗冻水泥。
2. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:步骤1)中,所述的赤泥为拜耳法生产氧化铝产生的赤泥;所述添加剂为碳酸钠或烧 碱;所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
3. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:步骤1)中,所述的生料中,磷石膏和赤泥按照1:0.5-2重量比的比例混合,添加剂添加 比例按生料中所含Na2O和Al 2〇3+Fe2〇3总和的分子比为1:1添加,改性剂的混合比例为生料总 重量的10-25%。
4. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:步骤1)中,所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
5. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:步骤1)中,是在温度1000-1350 °C下焙烧时间0.5-2小时。
6. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:步骤2)中,所述熟料先水磨后溶出;溶出时的液固体积比为4-6:1。
7. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:所述步骤3)中,灼烧是在温度800-1200°C下灼烧时间1-5小时。
8. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:所述步骤4)中,抗冻添加剂的添加重量比为1-8%。
9. 根据权利要求8所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:按重量比计,所述抗冻添加剂由碳酸钠1-10份、氯化钠1-10份、氯化钙3-15份、三乙醇 胺3-15份、石膏5-20份和明矾10-25组成。
10. 根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制备抗冻水泥回收铝的综合利用工艺,其特征 在于:所述步骤4)中,固体是在150-180 °C烘干。
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