CN109988902A - 一种铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，所述方法为先将赤泥研磨粉碎后放于赤泥预浸槽中，于赤泥预浸槽中通入一定量的水，并通入过量的SO2，且对赤泥预浸槽进行曝气氧化；待赤泥混合液预浸结束后，将其过滤后得浸出液和脱碱后的赤泥渣，取浸出液调节其pH在一定碱性环境下，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；过滤得到的一部分Fe(OH)3沉淀用蒸馏水洗涤后加入赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。本发明能够同时实现脱硫和赤泥的资源化综合利用，具有处理工艺简单，脱硫效率高、赤泥脱碱彻底且能耗低的特点。
Description
技术领域
本发明属于资源综合利用技术领域，具体涉及一种铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法。
背景技术
我国铝土矿资源丰富，氧化铝工业发达。近些年来，氧化铝产业不断为社会带来经济效益的同时，也给我们的环境带来了一些问题。其中．每生产1t氧化铝就会产生1.0～2.0t的赤泥。赤泥中的碱含量较多，pH值为10.29～11.83，其浸出液的pH值为12.1～13.0，因此赤泥属于强碱性土。由于赤泥的碱性较大，一方面其排放会对环境造成很大的污染如污染地下永、海洋生物、大气等，另一方面，其回收利用也受到了很大的制约。因而，如何对这些赤泥进行脱碱处理，降低其对环境的危害，实现综合利用，实现氧化铝工业的健康发展成为了一个亟待解决的问题。
二氧化硫是对造成光化学烟雾和酸雨污染的主要大气污染物。大气中主要硫化物SO2来源于火电行业、非金属矿物制品业、化工制造业和冶炼行业排放的烟气。随着我国的SO2污染情况已经越来越严重，导致每年仅由于SO2排放造成酸雨等重大环境问题的损失多达数千亿元，对人类的生存环境带来了极大危害。因此，对SO2污染的治理已经迫在眉睫。
从污染控制和废物利用方面综合考虑，若能将氧化铝生产环节中的副产物赤泥应用到工业烟气脱硫则具有无比的优越性。将赤泥用于工业烟气脱硫，是将两种有害物质相互作用，不仅可以降低赤泥的碱性，反应后的赤泥可以回收有价金属，生产水泥、微晶玻璃等建筑材料，同时可以降低烟气中SO2含量达标排放，实现已废治废和赤泥的资源化利用。
目前，关于赤泥用于烟气脱硫的研究也有不少报道，但其在大规模的工业应用则很少。晏乃强等人发明的一种镁强化赤泥的烟气深度脱硫方法（专利号：CN 105903333 A），赤泥原料先利用含镁脱硫循环液进行预浸，经沉降后得到稠厚的赤泥预浸浆液和赤泥预浸清液，并将其分别作为烟气预脱硫浆液和深度脱硫液使用；预焙阳极煅烧烟气经过余热回收后进入脱硫塔进行喷淋洗涤处理，烟气先经过脱硫塔下部的预脱硫区与赤泥预浸浆液进行逆向接触吸收，使烟气中的80-90％的SO2 在此区被脱除；之后烟气经过分区塔板，进入深度脱硫区，通过与赤泥预浸清液逆向接触吸收达到深度脱硫目的；最后，烟气在经过脱硫塔上层高效除雾区除雾后排出脱硫塔，并实现达标排放。该专利方法工艺复杂，实现工业化较难，且只能达到脱硫的目的而没有回收有价金属，没有很好的废物资源化利用。张以河等人发明一种烟气联合碱性材料对赤泥脱碱的方法(专利号：CN104445844B)，该方法步骤为：将拜耳法赤泥研磨粉碎后与水混合，形成固液混合物，加入一定比例的碱性材料（电石渣或石灰）进行反应；反应后向上述固液混合物中通入烟气/模拟烟气进行酸化反应，反应结束后对得到的固液混合物进行抽滤分离，分离处理后的沉渣可用于回收铝、铁和大规模作为建材原料应用。
以上方法工艺复杂，实现工业化较难。专利CN 105903333 A需外加镁强化，但强化作用不如本发明的铁，且还需外加镁；专利CN104445844B没有强化脱碱，脱碱不彻底。本发明提供一种铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，将赤泥用于工业烟气脱硫，是将两种有害物质相互作用，不仅可以降低赤泥的碱性，反应后的赤泥可以回收金属Fe。能够同时实现脱硫和赤泥的资源化综合利用，具有处理工艺简单，脱硫效率高、赤泥脱碱彻底且能耗低的特点。目前还没有利用铁进行赤泥脱碱强化并回收铁的方法，因此开发一种加强赤泥脱碱和烟气脱硫技术对于烟气脱硫和赤泥的综合利用是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效实现工业烟气脱硫和赤泥的资源化综合利用的方法，是一种成本低、脱碱效果好、易实现工业化的赤泥脱碱方法。该方法应用赤泥中本身含有的Fe强化赤泥脱碱过程并分离回收金属Fe，同时用赤泥进行工业烟气的脱硫，脱硫效果好，达到以废治废的效果。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
（1）先将赤泥研磨粉碎，研磨粒度为150～250目，然后放于赤泥预浸槽中加水浆化，接着通入过量的SO2，同时对赤泥预浸槽内的赤泥浆液进行曝气氧化；
（2）待赤泥混合液预浸结束后，过滤，得浸出液和脱碱后的赤泥浸出渣，取浸出液调节其pH至碱性环境，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；
（3）过滤得到的Fe(OH)3沉淀，一部分用蒸馏水洗涤后返回步骤（1）中的赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。
进一步的，步骤（1）中所述的赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥中的任一种或多种。
进一步的，步骤（1）中加水浆化后的赤泥浆化液中水与赤泥的液固比为2～5：1。
进一步的，步骤（1）中所述的曝气的O2与通入的SO2体积比为1：3～8。
进一步的，步骤（1）中所述的通入SO2的流速为40mL/min。
进一步的，步骤（1）中所述的赤泥预浸槽的温度为40～60℃。
进一步的，步骤（2）中所述的浸出液的碱性环境为pH>12。
进一步的，步骤（2）中所述的脱碱后的赤泥浸出渣Na2O含量在1%以下。
进一步的，步骤（3）中所述的蒸馏水洗涤的次数为5～10次。
进一步的，步骤（3）中所述的用于赤泥脱碱强化的Fe(OH)3沉淀为总的Fe(OH)3沉淀的1/3。
所述的预浸过程能够脱除赤泥中的表面游离碱和结合碱，以用于脱硫。
所述过滤得到的一部分Fe(OH)3沉淀加入赤泥预浸槽中和SO2氧化后得到的硫酸反应生成Fe3+,可强化赤泥的脱碱过程。对赤泥浆液进行强化，能够提高赤泥浆液的预脱硫能力，同时提高对赤泥的脱碱能力。
所述的浸出液中含有Al(OH)3和Fe(OH)3沉淀，调节浸出液的pH：pH>12，氢氧化铝会自身溶解，后过滤分离收集滤渣即为Fe(OH)3沉淀。
整个过程中所涉及的反应方程式主要有：
（1）赤泥预浸过程中所发生的反应：
赤泥 + H2O→NaOH + Ca(OH)2
（2）脱硫反应：
H2O + SO2→H2SO3
2H2SO3 + O2 →2H2SO4
3H2SO4 +Al2O3→Al2(SO4)3 + 3H2O
3H2SO4 +Fe2O3→ Fe2(SO4)3 + 3H2O
（3）分离回收Fe:
Fe2(SO4)3 + NaOH→Fe(OH)3↓
Al2(SO4)3 + NaOH→Al(OH)3↓
Al(OH)3↓→Al3+ +OH—（PH>12）
（4）强化作用：
2Fe(OH)3↓+ 3H2SO4→Fe2(SO4)3 + 6H2O
Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O+6Fe3+→ 3Fe2O3·Al2O3·xSiO2·( 6-2x )H2O+2NaOH
本发明的有益效果是：
（1）本发明能够同时实现工业烟气脱硫和氧化铝生产副产品赤泥废物资源化综合利用，脱硫效率高、赤泥脱碱效果好且能够降低有毒有害物质的产生，能耗较低。
（2）本发明利用赤泥自身含有的铁强化赤泥脱碱，能够有效提高对赤泥的脱碱能力以及赤泥的脱硫效率。经过滤后得到的赤泥浸出液中的铁离子可在较高pH的碱性环境下转化为氢氧化铁，洗涤后的一部分氢氧化铁加到赤泥预浸槽中实现赤泥强化脱碱，以实现铁的循环利用。
（3）本发明处理后的赤泥Na2O（衡量赤泥碱度的指标）含量低于1%，可用于水泥烧结砖、免蒸砖等建筑材料的应用；本发明所采取的工艺流程简单，处理成本低，易实现工业化。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
实施例1
将赤泥研磨粉碎，研磨粒度为150目，然后放于赤泥预浸槽中加水浆化，赤泥预浸槽中赤泥与水的液固比为2:1，控制赤泥预浸槽中的温度在40℃；接着通入含二氧化硫初始浓度为3000mg/m 3 的模拟烟气，同时对赤泥预浸槽内的赤泥浆液进行曝气氧化，其中曝气的氧气与通入的SO2的体积比为1: 3，通入含SO2烟气的流速为：40mL/min；待赤泥混合液预浸结束后，过滤，得浸出液和脱碱后的赤泥浸出渣，取浸出液调节其pH至12，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；过滤得到的Fe(OH)3沉淀，1/3的Fe(OH)3沉淀用蒸馏水洗涤5次返回步骤（1）中的赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。用常规方法检测脱碱后赤泥浸出渣的Na2O含量为0.95%；通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在150mg/m 3 左右，据此计算二氧化硫的去除率为95％。
实施例2
将赤泥研磨粉碎，研磨粒度为200目，然后放于赤泥预浸槽中加水浆化，赤泥预浸槽中赤泥与水的液固比为3:1，控制赤泥预浸槽中的温度在50℃；接着通入含二氧化硫初始浓度为3000mg/m 3 的模拟烟气，同时对赤泥预浸槽内的赤泥浆液进行曝气氧化，其中曝气的氧气与通入的SO2的体积比为1: 5，通入SO2的流速为：40mL/min；待赤泥混合液预浸结束后，过滤，得浸出液和脱碱后的赤泥浸出渣，取浸出液调节其pH至13，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；过滤得到的Fe(OH)3沉淀，1/3的Fe(OH)3沉淀用蒸馏水洗涤7次返回步骤（1）中的赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。用常规方法检测脱碱后赤泥浸出渣的Na2O含量为0.90%；通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在110mg/m 3 左右，据此计算二氧化硫的去除率为96.3％。
实施例3
将赤泥研磨粉碎，研磨粒度为230目，然后放于赤泥预浸槽中加水浆化，赤泥预浸槽中赤泥与水的液固比为4:1，控制赤泥预浸槽中的温度在60℃；接着通入含二氧化硫初始浓度为2500mg/m 3 的模拟烟气，同时对赤泥预浸槽内的赤泥浆液进行曝气氧化，其中曝气的氧气与通入的SO2的体积比为1: 7，通入SO2的流速为：40mL/min；待赤泥混合液预浸结束后，过滤，得浸出液和脱碱后的赤泥浸出渣，取浸出液调节其pH至13，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；过滤得到的Fe(OH)3沉淀，1/3的Fe(OH)3沉淀用蒸馏水洗涤9次返回步骤（1）中的赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。用常规方法检测脱碱后赤泥浸出渣的Na2O含量为0.88%；通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在110mg/m 3 左右，据此计算二氧化硫的去除率为95.6％。
实施例4
将赤泥研磨粉碎，研磨粒度为250目，然后放于赤泥预浸槽中加水浆化，赤泥预浸槽中赤泥与水的液固比为4:1，控制赤泥预浸槽中的温度在60℃；接着通入含二氧化硫初始浓度为2500mg/m 3 的模拟烟气，同时对赤泥预浸槽内的赤泥浆液进行曝气氧化，其中曝气的氧气与通入的SO2的体积比为1: 8，通入SO2的流速为：40mL/min；待赤泥混合液预浸结束后，过滤，得浸出液和脱碱后的赤泥浸出渣，取浸出液调节其pH至13.5，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；过滤得到的Fe(OH)3沉淀，1/3的Fe(OH)3沉淀用蒸馏水洗涤10次返回步骤（1）中的赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。用常规方法检测脱碱后赤泥浸出渣的Na2O含量为0.82%，通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在120mg/m 3 左右，据此计算二氧化硫的去除率为95.6％。
实施例5
将赤泥研磨粉碎，研磨粒度为250目，然后放于赤泥预浸槽中加水浆化，赤泥预浸槽中赤泥与水的液固比为5:1，控制赤泥预浸槽中的温度在60℃；接着通入含二氧化硫初始浓度为2500mg/m 3 的模拟烟气，同时对赤泥预浸槽内的赤泥浆液进行曝气氧化，其中曝气的氧气与通入的SO2的体积比为1: 8，通入SO2的流速为：40mL/min；待赤泥混合液预浸结束后，过滤，得浸出液和脱碱后的赤泥浸出渣，取浸出液调节其pH至14，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；过滤得到的Fe(OH)3沉淀，1/3的Fe(OH)3沉淀用蒸馏水洗涤10次返回步骤（1）中的赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。用常规方法检测脱碱后赤泥浸出渣的Na2O含量为0.80%，通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在80mg/m 3 左右，据此计算二氧化硫的去除率为96.8％。
Claims (10)
1.一种铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）先将赤泥研磨粉碎，研磨粒度为150～250目，然后放于赤泥预浸槽中加水浆化，接着通入过量的SO2，同时对赤泥预浸槽内的赤泥浆液进行曝气氧化；
（2）待赤泥混合液预浸结束后，过滤，得浸出液和脱碱后的赤泥浸出渣，取浸出液调节其pH至碱性环境，此时可将Fe(OH)3沉淀过滤；
（3）过滤得到的Fe(OH)3沉淀，一部分用蒸馏水洗涤后返回步骤（1）中的赤泥预浸槽中进行赤泥脱碱强化，剩下的Fe(OH)3沉淀可回收得Fe金属。
2.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（1）中所述的赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥中的任一种或多种。
3.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（1）中加水浆化后的赤泥浆化液中水与赤泥的液固比为2～5：1。
4.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（1）中所述的曝气的O2与通入的SO2体积比为1：3～8。
5.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（1）中所述的通入SO2的流速为40mL/min。
6.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（1）中所述的赤泥预浸槽的温度为40～60℃。
7.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（2）中所述的浸出液的碱性环境为pH>12。
8.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（2）中所述的脱碱后的赤泥浸出渣Na2O含量在1%以下。
9.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（3）中所述的蒸馏水洗涤的次数为5～10次。
10.根据权利要求1所述的铁强化赤泥脱碱并分离回收铁的方法，其特征在于步骤（3）中所述的用于赤泥脱碱强化的Fe(OH)3沉淀为总的Fe(OH)3沉淀的1/3。
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