CN110127725B - 拜耳法赤泥的脱碱方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及铝冶炼领域，尤其涉及一种拜耳法赤泥的脱碱方法，包括：a，取赤泥；b，取含氧化钙物料及强氧化剂、氟化物投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，控制含氧化钙物料中CaO与赤泥固相中Na2O的重量比为2～6，强氧化剂加入量为赤泥中氧化钠含量的0～0.1%，氟化物加入量为赤泥中氧化钠含量的0～0.1%，得到混合浆渣；c，常压脱碱反应，将步骤b中得到的混合浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为50～102℃，液固比为3～8，反应时间大于3h；d，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存，可使外排赤泥中碱含量降低至1%以下，并且不产生其他有害废物。
Description
技术领域
本发明涉及铝冶炼领域，尤其涉及一种拜耳法赤泥的脱碱方法。
背景技术
赤泥是氧化铝生产过程中排出的废渣，因其含有一定比例的氧化铁而呈红褐色，称之为赤泥。当前氧化铝生产绝大部分采用碱法工艺，主要包括烧结法、拜耳法，以及由上述两种工艺派生的混联法、串联法生产工艺。拜耳法工艺所采用的原料为铝土矿，铝土矿中所含有的二氧化硅在氧化铝生产工艺中转化为钠硅渣，进入赤泥，从而造成氧化铝和氧化钠的损失随赤泥带走的氧化钠不仅造成碱损失，增加生产成本，而且造成赤泥综合利用困难、污染环境。
为回收赤泥中的碱，降低消耗和赤泥综合利用，我国氧化铝行业的科技工作者进行了大量的研究工作。已经投入工业应用的方法主要有由拜耳法和烧结法派生出来的串联法生产工艺，但是该工艺能耗高、流程长、成本高的难题难以从根本上得到解决。
公告号为 CN201210483785.3提出了“一种降低拜耳法生产过程碱耗的方法”, 其方法是将拜耳法赤泥加入石灰进行反应，使拜耳法赤泥中的碱由固相进入液相, 反应后的料浆进行液固分离洗涤，液固分离后的固相用作建筑材料等的原料，液固分离后的液相返回生产系统。
公告号为CN106006688B，公布了“一种钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法”，其主要通过钙化转型、碳化转型、提取氢氧化铝三个主要步骤来实现，该工艺的特点是可以在回收碱的同时回收赤泥中的氧化铝。此外，在赤泥的无害化处理以及工业化利用方面也形成了众多的专利技术专利。
上述专利申请存在的缺陷是要么脱碱率低，经济效益差，要么流程复杂、能耗高，实现工业化有难度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种常压下经济高效地回收拜耳法赤泥中碱的方法，采用这种方法可使外排赤泥中碱含量降低至1%以下，并且不产生其他有害废物，既达到了降低碱耗的目的，又避免了含碱废液渗漏造成的环境污染，同时为赤泥进一步利用赤泥创造了条件。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，取赤泥，抽样法测赤泥中的氧化钠含量；
b，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及强氧化剂、氟化物投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，其中，控制含氧化钙物料中CaO与赤泥固相中Na2O的重量比为2～6，强氧化剂加入量为赤泥中氧化钠含量的0～0.1%，氟化物加入量为赤泥中氧化钠含量的0～0.1%，搅拌10-12min，得到混合浆渣，钙离子在预处理阶段就开始置换赤泥固相中的钠离子，强氧化剂作为强氧化剂可降低溶液粘度，有助于强化钙离子、钠离子的外扩散（钙离子、钠离子在溶液中的扩散），为钙离子置换钠离子创造有利条件，氟化物可以腐蚀赤泥中的硅化物，破坏赤泥物相结构，有助于钠离子内扩散（钠离子在固相中的扩散），有利于钙离子置换钠离子
c，常压脱碱反应，将步骤b中得到的混合浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为50～102℃，液固比为3～8，反应时间大于3h，在该反应温度和固液比条件下，脱碱效率较高，通过大于3h的反应能够得到很好的脱碱效果；
d，分离洗涤，通过带有洗涤功能的压滤机分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
进一步地，所述含氧化钙物料选用石灰乳、石灰、电石渣其中的一种，使用前测量含氧化钙物料中氧化钙的含量。
进一步地，所述强氧化剂为强氧化剂，所述强氧化剂选用高锰酸钾、氯酸钾、次氯酸钠、硝酸钾、过硫酸盐、过氧化物、重铬酸钾其中的一种或者多种。
进一步地，所述氟化物选用氟化钠、氟化钾、氟化氢氨、氢氟酸其中的一种或者多种。
进一步地，所述的强化扩散器包括选用立式强力搅拌混合槽、卧式强力搅拌混合槽、超声波混合器、压缩空气混合器、立式研磨器、卧式研磨器其中的一种。
进一步地，所述的常压脱碱反应器为带搅拌的常压反应槽。
进一步地，步骤d中分离出的含碱溶液中氧化钠含量在10-60g/l，低碱赤泥中氧化钠含量低于1%。
本发明的有益效果在于：本发明专利工艺简洁，能够显著提高钙离子在碱性溶液环境中的溶解度，强化钙离子扩散，使钙离子活度显著提高，从而提高脱碱效率。采用本发明的新型常压石灰水化法回收拜耳法赤泥中的碱，弃赤泥中Na2O含量降低到1% 以下。
脱碱后的赤泥碱含量极低，含水率低于30%，直接堆存可避免环境污染，可用于建材制造、道路路基填充、废弃地下坑道填充等，具有良好的经济和社会效益。
本发明的主要目的是回收弃赤泥中的氧化钠，降低氧化铝生产碱耗，减小弃赤泥对环境的影响，并为进一步利用赤泥创造条件。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例中，
含氧化钙物料选用石灰乳，石灰乳中氧化钙含量为180g/l；
选用的赤泥经抽样法检测，不可洗氧化钠含量为5wt%；
强化扩散容器选用立式强力搅拌混合槽，型号为QK0915，容积为3 m3，强化扩散预处理过程中的搅拌速度为50-60r/min；
步骤c中通过带有洗涤功能的压滤机分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
以下各实施例中步骤C的反应式为NaR+CaO=NaO+CaR（注：式中R代表赤泥组成物中的阴离子）
实施例1
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及高锰酸钾、氟化钠投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌10min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，脱碱反应中反应温度为80℃，液固比控制为7，反应时间为4h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
实施例2
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及高锰酸钾、孵化钠投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌10min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，脱碱反应中反应温度为80℃，液固比为6.8，反应时间为4h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
实施例3
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及高锰酸钾、氟化钠投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌11min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，脱碱反应中反应温度为80℃，液固比为6.7，反应时间为4h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
实施例4
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌10min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为80℃，液固比为6.5，反应时间4h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
实施例5
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及高锰酸钾投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌12min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为80℃，液固比为6.5，反应时间5h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
实施例6
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及氟化钠投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌10min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为80℃，液固比为6.5，反应时间为5h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
实施例7
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及高锰酸钾、氟化钠投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌10min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为80℃，液固比为6.5，反应时间5h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
实施例8
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及氯酸钾、氟化氢氨投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌12min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为85℃，液固比为6.5，反应时间为5h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
实施例9
一种拜耳法赤泥的脱碱方法，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及高锰酸钾、氢氟酸投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，搅拌11min，得到混合浆渣；
b，常压脱碱反应，将步骤a中得到的浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为90℃，液固比为6.5，反应时间为5h；
c，分离洗涤，分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
所得结果见附表1。
附表1
| 赤泥/kg | 石灰乳/L | 强氧化剂/kg | 氟化物/kg | 脱碱液氧化钠含量/wt% | 低碱赤泥氧化钠含量/wt% | |
| 实施例1 | 100 | 84 | 0.004 | 0.0045 | 1.5 | 0.46 |
| 实施例2 | 100 | 97 | 0.004 | 0.0045 | 1.52 | 0.43 |
| 实施例3 | 100 | 111 | 0.004 | 0.0045 | 1.52 | 0.41 |
| 实施例4 | 100 | 116 | 0.000 | 0.000 | 0.96 | 2.11 |
| 实施例5 | 100 | 116 | 0.005 | 0.000 | 1.16 | 1.58 |
| 实施例6 | 100 | 116 | 0.000 | 0.005 | 1.08 | 1.70 |
| 实施例7 | 100 | 116 | 0.0045 | 0.0045 | 1.61 | 0.36 |
| 实施例8 | 100 | 116 | 0.0045 | 0.005 | 1.72 | 0.31 |
| 实施例9 | 100 | 116 | 0.005 | 0.005 | 1.75 | 0.30 |
| 对比例1 | 100 | —— | —— | —— | —— | ＞2 |
| 对比例2 | 100 | —— | —— | —— | —— | ＜1 |
附表1中，取经过抽样检测的赤泥100kg，其余物料用量根据实验获得，对比例1为申请号为201210483785.3的发明专利申请的实验数据，其中，固液比为2-10，反应温度为70-110，反应时间为0.4-8h，其氧化钙用量为5-35kg；对比例2为授权公告号CN106006688B的发明专利申请的实验数据，其中固液比为2-6，反应温度为80-160，反应时间为0.3-2h，其氧化钙用量为4.25-42.5kg，由附表1可以知道，通过本申请提供的拜耳法赤泥的脱碱方法，得到的低碱赤泥氧化钠含量较低，符合排放标准，且整体脱碱方法步骤简单，除石灰乳外，其它助剂的使用量极少，成本明显降低，经济效益增加，保持脱碱反应温度在50～102℃、液固比为3～8、反应时间大于3h，脱碱效果良好好，并且在上述范围内，随反应温度的增高、液固比的增大、反应时间的延长，脱碱率逐步提升。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种拜耳法赤泥的脱碱方法，其特征在于，回收碱过程按照以下步骤进行操作，包括：
a，取赤泥，抽样法测赤泥中的氧化钠含量；
b，强化扩散预处理，取含氧化钙物料及强氧化剂、氟化物投入装有赤泥浆液的强化扩散容器中，其中，控制含氧化钙物料中CaO与赤泥固相中Na2O的重量比为2～6，强氧化剂加入量为赤泥中氧化钠含量的0.08～0.1wt%，氟化物加入量为赤泥中氧化钠含量的0.09～0.1wt%，搅拌10-12min，得到混合浆渣；
c，常压脱碱反应，将步骤b中得到的混合浆渣投入带搅拌的常压脱碱反应器进行脱碱反应，反应温度为50～102℃，液固比为3～8，反应时间大于3h；
d，分离洗涤，通过带有洗涤功能的压滤机分离出的含碱的溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存，
所述强氧化剂选用高锰酸钾、氯酸钾、次氯酸钠、过硫酸盐、过氧化物、重铬酸钾其中的一种或者多种。
2.根据权利要求1所述的拜耳法赤泥的脱碱方法，其特征在于：所述含氧化钙物料选用石灰乳、石灰、电石渣其中的一种，使用前测量含氧化钙物料中氧化钙的含量。
3.根据权利要求1所述的拜耳法赤泥的脱碱方法，其特征在于：所述氟化物选用氟化钠、氟化钾、氟化氢氨、氢氟酸其中的一种或者多种。
4.根据权利要求1所述的拜耳法赤泥的脱碱方法，其特征在于：所述的强化扩散容器包括选用立式强力搅拌混合槽、卧式强力搅拌混合槽、超声波混合器、压缩空气混合器、立式研磨器、卧式研磨器其中的一种。
5.根据权利要求1所述的拜耳法赤泥的脱碱方法，其特征在于：所述的常压脱碱反应器为带搅拌的常压反应槽。
6.根据权利要求1所述的拜耳法赤泥的脱碱方法，其特征在于：步骤d中分离出的含碱溶液中氧化钠含量在10-60g/l，低碱赤泥中氧化钠含量低于1wt%。
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