CN108755249A - 一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法 - Google Patents

一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,包括如下步骤: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,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离得到的液体加CO2后制得氢氧化铝,氢氧化铝再与乙醇、聚磷酸铵、磷酸三甲苯酯、密胺、乙酸、硼酸锌和水制得滤清器滤纸阻燃处理剂,分离得到的固体焙烧后加工制得硫酸。本发明通过将磷石膏和赤泥进行综合利用,有利用率高,对磷石膏和赤泥的消耗量大,可有效降低磷石膏和赤泥对环境的污染,附加产值大的优点,且产品氢氧化铝是制备滤清器滤纸阻燃处理剂的良好原料,本发明联产的滤清器滤纸阻燃处理剂具有生产成本低的特点。

Description

一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法
技术领域
本发明涉及一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,属于冶金化工领域。
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千万吨。贵州的氧化铝厂排放的赤泥还具有一定的放射性,目前只能依靠大面积的堆场堆放。占用了大量土地,也对环境造成了严重的污染。另一方面,目前拜耳法制取氧化铝时所用的铝土矿铝硅比低,相应的拜耳赤泥中的残余Al量也越来越高,拜耳赤泥的剩余利用价值也更高。
磷石膏主要来自于利用硫酸分解磷矿、萃取磷酸(称湿法磷酸)过程中的副产物,制取1吨磷酸副产磷石膏约5吨。目前,全世界每年排放磷石膏总量约为1.2-1.4亿吨,我国约为5000万吨左右,占全球年排放磷石膏总量的25-29%,这一数量呈增加趋势,且目前国内磷石膏堆放量达2.5亿吨。目前大部分企业将磷石膏堆放处理,这存在着诸多弊端。因为磷石膏除主要成份为CaSO4·2小时2O外,还含有多种其它杂质。磷石膏中所含氟化物、游离磷酸、P2O5、磷酸盐以及砷、铜、锌、铁、锰、铅、镉、汞等杂质,这导致磷石膏会造成大量污染。
纸张一般是由植物纤维抄制而成,是一种易燃物,但是在汽车发动机内部燃烧介质的循环温度较高,为了汽车行驶的安全性,对汽车滤清器滤纸需要有很好的阻燃性,现有一种针对汽车滤清器滤纸用的阻燃处理剂,对滤纸进行阻燃处理,提高其阻燃性。但是这种阻燃处理剂所用原料氢氧化铝的价格昂贵,直接导致了这种阻燃处理剂生产成本高的问题。
现目前,磷石膏和赤泥大量堆积,污染环境,对磷石膏和赤泥的利用主要是用作建筑材料方面,但是这种使用方式对磷石膏和赤泥的附加值很低,磷石膏中夹带的酸和赤泥中夹带的碱导致建材品质下降,磷石膏和赤泥中的大量有价成分也未能得到有效利用。目前将磷石膏和赤泥进行综合利用,用于生产滤清器滤纸阻燃处理剂制酸的工艺,未见报道。
发明目的
本发明的目的在于,提供一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法。本发明通过将磷石膏和赤泥进行综合利用,有利用率高,对磷石膏和赤泥的消耗量大,可有效降低磷石膏和赤泥对环境的污染,附加产值大的优点,且产品氢氧化铝是制备滤清器滤纸阻燃处理剂的良好原料,本发明联产的滤清器滤纸阻燃处理剂具有生产成本低的特点。
本发明的技术方案
一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,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,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离;
(2)向步骤(1)中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在100-120℃下烘干,至水分低于0.5%后,得到粗氢氧化铝,向粗氢氧化铝中加入0.1%-1wt%的脱色剂和分散剂进行研磨,其中脱色剂和分散剂的重量比为1:0.2-2,制得氢氧化铝;
(3)按重量份计,取步骤(2)制得的氢氧化铝30-50份,再取
乙醇60-70份、聚磷酸铵30-40份、磷酸三甲苯酯50-60份、密胺10-15份、乙酸15-25份、硼酸锌5-10份和水200-210份作为原料,先向所取乙醇中加入聚磷酸铵,充分搅拌溶解后,加入磷酸三甲苯酯,加温,充分搅拌后,再加入密胺,充分搅拌,然后加入水得到混合液,将硼酸锌和氢氧化铝加入乙酸中,充分搅拌,再用超声作用,形成悬浊液,将混合液加入悬浊液充分搅拌均匀,制得滤清器滤纸阻燃处理剂;
(4)将步骤(1)中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物进行焙烧,再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,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、硫酸钠或烧碱;所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(1)中,所述的生料中,磷石膏和赤泥按照1-1.2:1-1.6重量比的比例混合,添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3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15-20%;焙烧是在温度1150-1350℃下焙烧时间2-4小时;溶出时的液固体积比为3-6:1。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(1)中,所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(4)中,所述焙烧的条件是将硫化物置于40-50%的富氧环境下,在900-1100℃下焙烧3-5小时。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(2)中,所述脱色剂为过碳酸钠、过硼酸钠或过硫酸钠中的一种或一种以上的混合物;所述分散剂为乙醇或聚乙二醇;所述研磨采用氧化铝衬板的球磨机,研磨介质为氧化铝球,球料比为6-9:1。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(3)中,按重量份计,所述原料包括氢氧化铝40份、乙醇65份、聚磷酸铵35份、磷酸三甲苯酯55份、密胺12份、乙酸20份、硼酸锌8份和水205份。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(3)中,加温后的温度为50-60℃。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(3)中,所述超声作用的时间为1-2小时。
前述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤(3)中,所述搅拌的搅拌速度均为200-300转/分钟。
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:
CaSO4(磷石膏)+Na2O·SiO2·Al2O3(赤泥)→Na2O·Al2O3+CaO·SiO2↓+[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(CaO·SiO2↓)后,得到可溶性极好的铝酸钠(Na2O·Al2O3)。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。
有益效果
1、本发明通过将磷石膏和赤泥配以改性剂、添加剂进行综合利用,先焙烧后,进行水磨溶出,经固液分离后得到的产物成分分明,可分别提取,有效的提高了磷石膏和赤泥的综合利用率。
2、本发明通过将磷石膏和赤泥作为主要原料,再添加改性剂和添加剂后进行焙烧,然后经过水磨溶出后固液分离,在焙烧过程中形成的主要成分金属硫化物、偏铝酸盐和硅酸盐成分分明,均可单独提取,大大提高了对磷石膏和赤泥的消耗量。
3、本发明通过以磷石膏和赤泥两种影响环境的废渣作为主要反应原料,通过添加一定量的添加剂和改性剂进行焙烧后水磨浸出,然后进行固液分离即可对各组分进行分别提取再利用,在消耗磷石膏和赤泥的同时可有效减少磷石膏和赤泥对环境的污染。
4、本发明主要利用磷石膏和赤泥,再加入添加剂和改性剂作为原料,之后经过焙烧,水磨溶出,固液分离,形成的各种产物均容易分离,可单独提取回收,大大提高了作为工业废弃物的磷石膏和赤泥的附加值。
5、本发明使用磷石膏、赤泥和一定的添加剂、改性剂作为原料,进行焙烧,焙烧后的中间产物均不含有机质,非常利于后期各有用成分的提取,尤其是从固液分离中得到的氢氧化铝,经过脱色剂和分散剂处理以后,纯度可达到99%以上,具有很高的纯度,是制备滤清器滤纸阻燃处理剂的良好原料。
6、本发明利用工业废渣磷石膏和赤泥制取氢氧化铝,其处理工艺简单,反应物料成本低廉,大大降低了产物氢氧化铝的价格,用于生产滤清器滤纸阻燃处理剂,降低了原料的价格,生产成本大大降低,且该阻燃处理剂的阻燃效果好,功能持久。
实施例性能测试
使用本发明实施例1-3所制得的滤清器滤纸阻燃处理剂用刷涂这种传统方法在滤清器滤纸表面形成一层阻燃膜,工艺温度为110℃,工艺时间20秒。滤清器滤纸使用210mm×70mm的试样纸张,进行阻燃处理后,然后置于50℃的烘箱中干燥20小时,取出后作为燃烧试验的试样。
参照GB/T14656-2009《阻燃纸和纸板燃烧性能试验方法》,对本处理剂处理后的纸张的炭化长度、续焰时间、续灼燃时间进行测试,结果见表1。
从表1中可以看出,实施例1-3所制得的处理剂处理后的纸张,炭化长度均≤115mm,平均的续焰时间≤5s,平均的续灼燃时间≤60s,阻燃性能均符合国家标准要求。
具体实施方式
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。
本发明的实施例
实施例1:一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤如下:
(1)将磷石膏、赤泥、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和赤泥按照1:1.6重量比的比例混合,硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总重量的15%送入工业回转窑内焙烧,焙烧温度为1150℃,焙烧时间为4小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比为3:1;
(2)向步骤(1)中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在100℃的干燥箱中,至水分低于0.5%后,得到粗氢氧化铝,向粗氢氧化铝中加入0.1wt%的过硫酸钠和无水乙醇进行研磨,其中过硫酸钠和无水乙醇的重量比为1:0.2,研磨采用氧化铝衬板的球磨机,研磨介质为氧化铝球,球料比为6:1,制得氢氧化铝;
(3)按重量份计,先取步骤(2)制得的氢氧化铝30份,再取乙醇60份、聚磷酸铵30份、磷酸三甲苯酯50份、密胺10份、乙酸15份、硼酸锌5份和水200份作为原料,先向所取乙醇中加入聚磷酸铵,充分搅拌溶解后,加入磷酸三甲苯酯,加温至50℃,充分搅拌后,再加入密胺,充分搅拌,然后加入水得到混合液,将硼酸锌和氢氧化铝加入乙酸中,充分搅拌,再用超声作用1小时,形成悬浊液,将混合液加入悬浊液充分搅拌均匀,制得滤清器滤纸阻燃处理剂;
(4)将步骤(1)中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于50%的富氧环境下,在900℃下焙烧5小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸。
实施例2:一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤如下:
(1)将磷石膏、赤泥、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和赤泥按照1.2:1重量比的比例混合,硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加,碳的混合比例为生料总重量的20%送入工业回转窑内焙烧,焙烧温度为1350℃,焙烧时间为2小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比为6:1;
(2)向步骤(1)中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在120℃的干燥箱中,至水分低于0.5%后,得到粗氢氧化铝,向粗氢氧化铝中加入1wt%的过硫酸钠和无水乙醇进行研磨,其中过硫酸钠和无水乙醇的重量比为1:2,研磨采用氧化铝衬板的球磨机,研磨介质为氧化铝球,球料比为9:1,制得氢氧化铝;
(3)按重量份计,先取步骤(2)制得的氢氧化铝50份,再取乙醇70份、聚磷酸铵40份、磷酸三甲苯酯60份、密胺15份、乙酸25份、硼酸锌10份和水210份作为原料,先向所取乙醇中加入聚磷酸铵,充分搅拌溶解后,加入磷酸三甲苯酯,加温至60℃,充分搅拌后,再加入密胺,充分搅拌,然后加入水得到混合液,将硼酸锌和氢氧化铝加入乙酸中,充分搅拌,再用超声作用2小时,形成悬浊液,将混合液加入悬浊液充分搅拌均匀,制得滤清器滤纸阻燃处理剂;
(4)将步骤(1)中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于40%的富氧环境下,在1100℃下焙烧3小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸。
实施例3:一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,步骤如下:
(1)将磷石膏、赤泥、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料,生料中,磷石膏和赤泥按照1.1:1.3重量比的比例混合,硫酸钠添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3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%送入工业回转窑内焙烧,焙烧温度为1250℃,焙烧时间为3小时,制得熟料,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离,分离时液固体积比为5:1;
(2)向步骤(1)中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在110℃的干燥箱中,至水分低于0.5%后,得到粗氢氧化铝,向粗氢氧化铝中加入0.5wt%的过碳酸钠和无水乙醇进行研磨,研磨采用氧化铝衬板的球磨机,其中过碳酸钠和无水乙醇的重量比为1:0.9,研磨介质为氧化铝球,球料比为7:1,制得氢氧化铝;
(3)按重量份计,先取步骤(2)制得的氢氧化铝40份,再取乙醇65份、聚磷酸铵35份、磷酸三甲苯酯55份、密胺12份、乙酸20份、硼酸锌8份和水205份作为原料,先向所取乙醇中加入聚磷酸铵,充分搅拌溶解后,加入磷酸三甲苯酯,加温至55℃,充分搅拌后,再加入密胺,充分搅拌,然后加入水得到混合液,将硼酸锌和氢氧化铝加入乙酸中,充分搅拌,再用超声作用1.5小时,形成悬浊液,将混合液加入悬浊液充分搅拌均匀,制得滤清器滤纸阻燃处理剂;
(4)将步骤(1)中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物置于45%的富氧环境下,在1000℃下焙烧4小时,焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸。

Claims (10)

1.一种赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,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,对熟料进行水磨溶出,并进行固液分离;
(2)向步骤(1)中固液分离得到的液体中加入CO2至沉淀不再产生,然后将沉淀在100-120℃下烘干,至水分低于0.5%后,得到粗氢氧化铝,向粗氢氧化铝中加入0.1%-1wt%的脱色剂和分散剂进行研磨,其中脱色剂和分散剂的重量比为1:0.2-2,制得氢氧化铝;
(3)按重量份计,取步骤(2)制得的氢氧化铝30-50份,再取
乙醇60-70份、聚磷酸铵30-40份、磷酸三甲苯酯50-60份、密胺10-15份、乙酸15-25份、硼酸锌5-10份和水200-210份作为原料,先向所取乙醇中加入聚磷酸铵,充分搅拌溶解后,加入磷酸三甲苯酯,加温,充分搅拌后,再加入密胺,充分搅拌,然后加入水得到混合液,将硼酸锌和氢氧化铝加入乙酸中,充分搅拌,再用超声作用,形成悬浊液,将混合液加入悬浊液充分搅拌均匀,制得滤清器滤纸阻燃处理剂;
(4)将步骤(1)中固液分离得到的沉淀进行浮选,分离出硫化物,将分离出的硫化物进行焙烧,再将焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后,采用浓硫酸进行吸收,制得硫酸。
2.根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,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、硫酸钠或烧碱;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滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述的生料中,磷石膏和赤泥按照1-1.2:1-1.6重量比的比例混合,添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3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15-20%;焙烧是在温度1150-1350℃下焙烧时间2-4小时;溶出时的液固体积比为3-6:1。
4.根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,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滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,其特征在于:步骤(4)中,所述焙烧的条件是将硫化物置于40-50%的富氧环境下,在900-1100℃下焙烧3-5小时。
6.根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,其特征在于:步骤(2)中,所述脱色剂为过碳酸钠、过硼酸钠或过硫酸钠中的一种或一种以上的混合物;所述分散剂为乙醇或聚乙二醇;所述研磨采用氧化铝衬板的球磨机,研磨介质为氧化铝球,球料比为6-9:1。
7.根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,其特征在于:步骤(3)中,按重量份计,所述原料包括氢氧化铝40份、乙醇65份、聚磷酸铵35份、磷酸三甲苯酯55份、密胺12份、乙酸20份、硼酸锌8份和水205份。
8.根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,其特征在于:步骤(3)中,加温后的温度为50-60℃。
9.根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,其特征在于:步骤(3)中,所述超声作用的时间为1-2小时。
10.根据权利要求1所述的赤泥和磷石膏制滤清器滤纸阻燃处理剂联产酸的方法,其特征在于:步骤(3)中,所述搅拌的搅拌速度均为200-300转/分钟。
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