CN109970102A - 一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，该方法是铝灰经焙烧、球磨、水解得到含钒溶液，然后经树脂吸附、脱附制备富钒母液，再经沉淀、焙烧制备五氧化二钒；经树脂吸附后的水解溶液返回继续水解，定期排盐；水解后的固相物料于盐酸溶液中溶解，经过滤、洗涤得到含铝溶液、水洗液和酸解废渣，水洗液返回配制盐酸溶液，含铝溶液经聚合调控制备聚合氯化铝净水剂，酸解废渣经物相调控制备耐火材料。本发明所公开的方法实现了铝灰的安全处置与高值化利用，所制备五氧化二钒纯度高，聚合氯化铝氧化铝含量高、杂质含量低，性能指标优于GB/T22627‑2014的指标要求，具有良好的经济、社会和环境效益。

Description

一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法
技术领域
本发明涉及危废安全处置与资源化利用和污水处理领域，特别是一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的新方法。
背景技术
铝灰是铝电解、铝加工和铝再生行业产生的危险废弃物，年排放量400万吨左右，电解铝行业每生产1t铝约产生10～50kg铝灰。铝电解、铝加工和铝再生过程中为实现铝水净化，需鼓入氮气，同时添加镁、钙、锰、钒等添加剂，部分氮气在蒸发时被漂浮在铝水表面的浮渣吸收形成氮化铝，添加剂和氮化铝随浮渣被扒出形成铝灰。铝灰中的氮化铝及氟化物，导致其潜在环境危害巨大，实现铝灰的安全处置及有价元素的资源化资源化利用意义重大。
聚合氯化铝具有混凝能力强、用量少、净水效能高、适应力强等特点，是当前水处理领域最常用的无机高分子絮凝剂，被广泛应用于饮用水、工业用水和污水等的处理。现有制备聚合氯化铝的方法一般以铝土矿物、氢氧化铝和固体废弃物作为铝源，以工业盐酸为氯源经一步法溶出制备聚合氯化铝产品。以铝灰和盐酸为原料制备聚合氯化铝是一种有效解决铝灰安全处置和资源化利用的新方法。
目前，铝灰资源化利用的技术较多，总体上以氧化铝的提取与毒害组份氟的无害化利用为目标开展，具体可分为酸法、碱法、烧结法等路线。CN108707752A将铝灰于热水中溶解，向水解液中加入沉淀剂，制备混合沉淀物；然后分步溶解沉淀物，制备五氧化二钒和回收氟，实现铝灰中氟和钒的回收；CN109052445A公开了一种二次铝灰无害化利用的方法，铝灰经水溶-液固分离-酸溶得到滤液，然后调整酸溶滤液的pH制备聚合氯化铝；CN103555955A先经破碎-球磨-筛分回收其中的铝单质，然后再经水洗-高压碱浸-常压酸浸制得富氧化铝铝灰，经微波活化返回电解槽。CN103555955A二次处理回收金属铝、水浸脱除氮化物、焙烧脱除氟化物、碱熔融烧结、烧结料溶出、铝酸钠溶液脱除杂质后作为生产砂状氧化铝的原料。以上方法存在能耗高、物料循环量大、工艺复杂、杂质难以利用等问题，尚未实现连续化运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，采用焙烧-球磨-水解-酸解工艺，从铝灰中提取金属钒制备高纯五氧化二钒，利用酸解液制备聚合氯化铝净水剂，经本工艺处理后的铝灰杂质低、氧化铝纯度高，所得粉料经矿相调控制备耐火材料。该方法系统解决了铝灰安全处置和资源化利用问题，制备了高品质聚合氯化铝和高纯度五氧化二钒，不仅解决了铝灰污染问题，还实现了铝灰的资源化高效利用，具有良好的社会、环境和经济效益。
为达此目的，本发明采用了以下技术方案：
一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将铝灰进行焙烧，焙烧后的熟料进行球磨处理；
(2)将(1)中处理后的铝灰进行水解，液固分离得到水解液和水解滤饼，水解液返回进行循环水解；
(3)将(2)得到的水解液经树脂吸附、脱附制备富钒母液，再经沉淀、焙烧制备高纯五氧化二钒；
(4)将(3)中经树脂吸附后的溶液循环水解并定期除盐；
(5)将(2)产生的滤饼于盐酸溶液中进行酸解，经固液分离和洗涤酸解废渣、含铝溶液及洗液；
(6)将(5)产生的含铝溶液经聚合调控制备聚合氯化铝，洗液返回调配盐酸溶液，酸解废渣经物相调控制备耐火材料。
优选的是，步骤(1)所述的焙烧温度为500～1200℃，焙烧时间为0.5～6h，球磨时间为10～240min，转速为30～200rpm；
优选的是，步骤(2)所述的水解条件是：液固比2～10ml/g，反应温度60～100℃，反应时间1～10h，水解液循环次数3～15次；
优选的是，步骤(5)所述的将步骤(2)产生的滤饼于盐酸溶液中进行酸解，其中，酸解条件为：液固比为3～10ml/g，反应温度80～100℃，反应时间1～4h，盐酸浓度50～300g/l；
优选的是，步骤(6)所述的将步骤(5)产生的含铝溶液经聚合调控制备聚合氯化铝，其中，反应温度60～100℃，液固比5～20ml/g，反应时间0.5～5h。
附图说明
图1为本发明一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
图1出示了本发明一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法的工艺流程图。本发明所用铝灰组成如表1所示。
表1铝灰原料的XRF分析结果(mass％)
实施例1：
将铝灰按照焙烧-球磨-水解-酸解的工艺处理，焙烧工段焙烧温度500℃，焙烧时间0.5h；球磨工段球磨时间10min，球磨转速30rpm；水解工段：液固比2ml/g，反应温度70℃，反应时间1h，水解液循环次数3次；酸解工段：液固比为3ml/g，反应温度80℃，反应时间1h，盐酸浓度100g/l；聚合工段：反应温度60℃，液固比5ml/g，反应时间0.5h；金属钒回收率60％，聚合氯化铝氧化铝含量6％，盐基度80％，氨氮含量0.01％，氟含量0.01％。
实施例2：
将铝灰按照焙烧-球磨-水解-酸解的工艺处理，焙烧工段焙烧温度600℃，焙烧时间2h；球磨工段球磨时间60min，球磨转速50rpm；水解工段：液固比2.5ml/g，反应温度80℃，反应时间2h，水解液循环次数4次；酸解工段：液固比为4ml/g，反应温度85℃，反应时间1.5h，盐酸浓度150g/l；聚合工段：反应温度80℃，液固比6ml/g，反应时间1.5h；金属钒回收率70％，聚合氯化铝氧化铝含量8％，盐基度75％，氨氮含量0.008％，氟含量0.006％。
实施例3：
将铝灰按照焙烧-球磨-水解-酸解的工艺处理，焙烧工段焙烧温度800℃，焙烧时间4h；球磨工段球磨时间120min，球磨转速100rpm；水解工段：液固比3ml/g，反应温度95℃，反应时间3h，水解液循环次数5次；酸解工段：液固比为5ml/g，反应温度90℃，反应时间2h，盐酸浓度200g/l；聚合工段：反应温度85℃，液固比7ml/g，反应时间2h；金属钒回收率90％，聚合氯化铝氧化铝含量12％，盐基度60％，氨氮含量0.001％，氟含量0.001％。
实施例4：
将铝灰按照焙烧-球磨-水解-酸解的工艺处理，焙烧工段焙烧温度1000℃，焙烧时间5h；球磨工段球磨时间200min，球磨转速150rpm；水解工段：液固比4ml/g，反应温度90℃，反应时间4h，水解液循环次数10次；酸解工段：液固比为8ml/g，反应温度95℃，反应时间3h，盐酸浓度250g/l；聚合工段：反应温度90℃，液固比10ml/g，反应时间2.5h；金属钒回收率92％，聚合氯化铝氧化铝含量7％，盐基度50％，氨氮含量0.001％，氟含量0.0008％。
实施例5：
将铝灰按照焙烧-球磨-水解-酸解的工艺处理，焙烧工段焙烧温度1200℃，焙烧时间6h；球磨工段球磨时间240min，球磨转速200rpm；水解工段：液固比5ml/g，反应温度100℃，反应时间5h，水解液循环次数15次；酸解工段：液固比为10ml/g，反应温度100℃，反应时间4h，盐酸浓度300g/l；聚合工段：反应温度90℃，液固比10ml/g，反应时间3h；金属钒回收率95％，聚合氯化铝氧化铝含量6.2％，盐基度35％，氨氮含量0.0009％，氟含量0.0005％。
最优方案为实施例3。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (5)

1.一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将铝灰进行焙烧，焙烧后的熟料进行球磨处理；
(2)将(1)中处理后的铝灰进行水解，液固分离得到水解液和水解滤饼，水解液返回进行循环水解；
(3)将(2)得到的水解液经树脂吸附、脱附制备富钒母液，再经沉淀、焙烧制备高纯五氧化二钒；
(4)将(3)中经树脂吸附后的溶液循环水解并定期除盐；
(5)将(2)产生的滤饼于盐酸溶液中进行酸解，经固液分离和洗涤酸解废渣、含铝溶液及洗液；
(6)将(5)产生的含铝溶液经聚合调控制备聚合氯化铝，洗液返回调配盐酸溶液，酸解废渣经物相调控制备耐火材料。
2.根据权利要求1所述的一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(1)所述的焙烧温度为500～1200℃，焙烧时间为0.5～6h，球磨时间为10～240min，转速为30～200rpm。
3.根据权利要求1所述的一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(2)所述的水解条件是：液固比2～10ml/g，反应温度60～100℃，反应时间1～10h，水解液循环次数3～15次。
4.根据权利要求1所述的一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(5)所述的将步骤(2)产生的滤饼于盐酸溶液中进行酸解，其中，酸解条件为：液固比为3～10ml/g，反应温度80～100℃，反应时间1～4h，盐酸浓度50～300g/l。
5.根据权利要求1所述的一种铝灰制备聚合氯化铝联产五氧化二钒的方法，其特征在于，步骤(6)所述的将步骤(5)产生的含铝溶液经聚合调控制备聚合氯化铝，其中，反应温度60～100℃，液固比5～20ml/g，反应时间0.5～5h。
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