CN110354671A - 一种赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境资源领域，提供了一种赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理方法，包括如下步骤：将石灰窑高温尾气和赤泥混合后进行脱碳反应，得到脱碳尾气和干化赤泥；将所述脱碳尾气进行除尘处理后排放；将所述干化赤泥作为中和剂用于酸性废水的中和处理。该方法利用赤泥中的碱性成分和水分实现了石灰窑尾气中CO2的脱除，同时给尾气进行降温除尘；利用石灰窑尾气中的余热来烘干赤泥，使赤泥实现资源化利用；该方法降低了两种工业废弃物的处理成本，实现了节能减排，有着明显的经济和环境效益。
Description
技术领域
本发明属于环境资源领域，尤其涉及一种赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理的方法。
背景技术
赤泥是氧化铝产业中主要的固体废渣，由于铝矿原料及生产工艺的不同，每生产1t氧化铝约产生0.5t～2.5t赤泥，我国各地目前累积堆存量达到3亿多吨，赤泥综合利用率仅10％左右，而且成本较高。随着我国氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产量还将不断增加。赤泥主要含有25～50％的水分，固形物主要成分是氧化铝、氧化铁、氧化钙、二氧化硅和钠碱，同时还含有少量二氧化钛、氧化钪及氧化镁等。
现有的赤泥处理方式大都采用露天筑坝的方式堆存，这种处理方式不仅占用大量土地，浪费资源，而且赤泥中含有较高的碱性氧化物，是其强碱、强毒性的主要来源，赤泥中的碱还会向地下渗透，造成地下水体和土壤污染；裸露的赤泥风化后会形成粉尘随风飘散，也会污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。因此，赤泥的资源化处理方法成为当前主要的研究方向。
目前，国内外常用的赤泥处理方法主要有：石灰脱碱法、盐/酸浸出法、以及工业废水废渣中和法等，这些方法普遍存在成本较高、处理工艺复杂并且处理过程产生大量废液的缺陷。
石灰窑尾气是生产石灰过程中排出的含CO2的酸性气体，而石灰窑尾气主要气体成分为N2、CO2、O2和微量的CO、SO2等，其中CO2的体积分数为15％～40％，目前，国内石灰窑尾气中的CO2大部分仍处于自由排放阶段，而且石灰窑炉尾气的温度为150～260℃，热量较高，如果直接进行排放还需要进行降温、除尘处理，不仅造成了热量的损失，而且处理成本更高。
利用石灰窑的尾气热量烘干和碳化赤泥，实现赤泥减量和资源化，同时利用赤泥里的氢氧化钠来减少碳排放，利用赤泥水分减少尾气粉尘，不仅能够达到二氧化碳减排和赤泥共同资源化利用的目的，也是实现两种废弃物资源化利用的最佳方式；如“唐小辉,徐刚,刘润藻,等.赤泥使用石灰窑尾气脱碱的模拟实验[J].重庆大学学报,2015(5).”中提出用含CO2为20％左右的石灰窑尾气对赤泥进行脱碱模拟实验，但模拟实验并不能完全反映赤泥与石灰窑尾气的工业应用状况，在实际工业应用中研究人员发现，石灰窑尾气的组份构成和温度是动态变化的，实验阶段的模拟工艺条件由于侧重于小体量的反应体系，其尾气是模拟静态的，用于工业生产时，反应速率不仅低，还经常面临停产整修且故障原因不明等问题，实验阶段的工艺条件并不能够满足动态的工业化生产。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是针对赤泥和石灰窑尾气处理现状中存在的问题，提供了一种适于工业应用的赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理的方法，以石灰窑工业产出的高温尾气与赤泥直接混合后进行脱碳反应，通过限定其气固比，实现了赤泥和石灰窑尾气的工业资源化直接利用，达到石灰窑尾气降温、除尘、CO2减排和赤泥脱水干化的三重效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理方法，包括如下步骤：
将石灰窑高温尾气和赤泥混合后进行脱碳反应，得到脱碳尾气和干化赤泥；
将所述脱碳尾气进行除尘处理后排放；
将所述干化赤泥用于酸性废水的中和处理；
所述石灰窑高温尾气混合前的温度为120～350℃，CO2的含量为20～40wt％；
所述赤泥混合前的水分含量为20～60wt％、氢氧化钠含量为2～15wt％；
所述石灰窑高温尾气与赤泥的气固比为1000m3：500～600kg。
优选地，所述混合在反应塔中进行，所述反应塔优选为立式、卧式或回转式反应塔。
优选地，所述反应塔中设置有分散器，所述分散器为高速旋转刀片结构或者耙齿结构。
优选地，所述混合采用逆流接触的方式进行。
优选地，所述逆流接触的时间为5～120min。
优选地，所述脱碳尾气的温度为50～120℃，CO2含量为2～20wt％。
优选地，所述除尘处理的装置为布袋除尘器。
优选地，所述干化赤泥的含水率为2～20wt％，温度为50～80℃。
本发明利用石灰窑高温尾气和赤泥混合后进行脱碳反应，赤泥中的氢氧化钠与石灰窑高温尾气中的CO2发生反应,生成碳酸钠或碳酸氢钠,固化在赤泥中，实现了尾气中CO2的脱碳减排；石灰窑高温尾气与富含水分的赤泥进行热量交换，赤泥中水分在蒸发过程中吸热使得石灰窑高温尾气降温，同时水分的蒸发过程不仅实现了赤泥的减量干化，也具有除尘的效果。
而且本发明针对实际工业生产中石灰窑高温尾气的动态工序，可直接将石灰窑工序产生的高温尾气与赤泥混合后进行脱碳反应，调节混合前石灰窑尾气的温度为120～350℃，CO2的含量为20～40wt％；调节混合前赤泥的水分含量为20～60wt％、氢氧化钠含量为2～15％；同时定量石灰窑高温尾气和赤泥气固比为1000m3：500～600kg，即可实现石灰窑高温尾气和赤泥的工业自动化生产，不需要对石灰窑高温尾气和赤泥进行过多的预处理，不仅简化了石灰窑高温尾气和赤泥资源化处理的工序步骤，同时也能保证工业生产的稳定运行，降低工业运转过程中的停产次数。
本发明使用赤泥和石灰窑尾气进行共同资源化处理，赤泥中的碱性物质如氢氧化钠可以实现两次资源化利用，第一次是用于石灰窑尾气脱碳减排，第二次是固化除水后作为中和剂用于酸性废水的处理；赤泥中水分也能够对石灰窑尾气进行降温除尘实现其资源化；石灰窑尾气的热量充分用于赤泥脱水实现热能资源化利用，同时脱水后赤泥用作中和剂时的包装和运输成本也由于赤泥水分的减少得到大幅度降低。
本发明工艺流程简单、操作方便，石灰窑一般距离氧化铝企业较近，直接架设管道即可将尾气与赤泥进行综合处理，实现自动化工业的应用；该方法降低了两种工业废弃物的处理成本，实现了节能减排，有着明显的经济和环境效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理方法，包括如下步骤：
将石灰窑高温尾气和赤泥混合后进行脱碳反应，得到脱碳尾气和干化赤泥；
将所述脱碳尾气进行除尘处理后排放；
将所述干化赤泥用于酸性废水的中和处理；
本发明将石灰窑高温尾气和赤泥混合后进行脱碳反应，得到脱碳尾气和干化赤泥。
在本发明中，所述石灰窑高温尾气混合前的温度为120～350℃，优选为150～260℃，所述石灰窑高温尾气中CO2的含量为20～40wt％，优选为15～35wt％；在本发明中，所述赤泥混合前的水分含量为20～60wt％，优选为25～50wt％，所述赤泥中氢氧化钠的含量为2～15wt％，优选为5～10wt％；在本发明中，所述石灰窑高温尾气与赤泥的进料气固比为1000m3：500～600kg，优选为1000m3：500kg。
在本发明中，所述混合优选在反应塔中进行，所述反应塔优选为立式、卧式或回转式反应塔。
在本发明中，所述反应塔中优选设置有分散器，所述分散器优选为高速旋转刀片结构或者耙齿结构；在本发明中，所述分散器能够加快固体赤泥和高温尾气的快速分散接触，提高反应及换热效率。
本发明中，所述混合优选采用逆流接触的方式进行；本发明逆流接触的方式能够提高高温尾气和赤泥的接触面积，促使赤泥和石灰窑尾气的均匀接触，保证反应速率的均衡性。在本发明中，所述逆流接触的时间优选为5～120min，更优选为30～100min。在本发明中，所述逆流接触的时间可通过进料速率来控制，因为尾气和赤泥的工业反应是持续动态的过程，以混合过程中气固介质的接触时间作为操控条件，比单纯的以理论脱碳反应的反应温度和反应时间去设定更容易实现工业生产的自动化控制。
在本发明中，所述脱碳反应过程中，赤泥中的氢氧化钠能够与石灰窑高温尾气中CO2在高温条件下反应生成碳酸钠或碳酸氢钠固化在赤泥中。
本领域技术人员知晓在石灰窑实际生产过程中，石灰窑尾气主要气体成分为N2、CO2、O2和微量的CO、SO2等，其中CO2的体积分数约为15％～35％，其出口温度约为150～260℃，上述工序参数一般处于动态波动的过程，但是如果按照实验阶段的最佳脱碳工艺参数(参见《赤泥使用石灰窑尾气脱碳的模拟实验》结论部分)去实施，则需要对石灰窑高温尾气进行严格的预处理和工序限定，这在实际工业生产中不仅成本高，工序也会变得更加复杂；而本发明则为了适应工业生产，降低了对脱碳过程中各种工艺参数的要求，只需要调节混合前的灰窑高温尾温度、CO2的含量参数，赤泥的水分、氢氧化钠含量参数，并进一步控制石灰窑高温尾气与赤泥的气固比即可保证赤泥和石灰窑尾气的脱碳反应顺利进行，无需对进料尾气和赤泥进行复杂的预处理和脱碳工艺的参数进行限定。
脱碳反应后，本发明将得到的脱碳尾气进行除尘处理后排放。
在本发明中，所述脱碳尾气的温度优选为50～120℃，更优选为90～110℃；所述CO2含量优选为2～20wt％，更优选为5～18wt％。本发明脱碳反应过程中石灰窑高温尾气与赤泥进行换热实现了脱碳尾气的降温，赤泥中的碱性氢氧化钠吸收CO2实现了尾气中的脱碳尾气中CO2含量的降低。
在本发明中，所述除尘处理的工序参数要求没有特殊限定，根据不同地区排放要求和工况进行常规调整即可。在本发明中，所述除尘处理的装置优选为布袋除尘器。
脱碳反应后，本发明将干化赤泥作为中和剂用于酸性废水的中和处理。
在本发明中，所述干化赤泥的含水率优选为2～20wt％，更优选为5～10wt％，所述干化赤泥的温度优选为50～80℃，更优选为60～75℃。
在本发明中，所述干化赤泥在脱碳反应中经过CO2固化后，其中含有大量碳酸钠和碳酸氢钠，赤泥中可溶性碱的总碱度并没有减少，可以用于与酸性废水中的酸发生中和反应，进一步实现赤泥中碱性物质的资源化处理；同时赤泥中硅、铁成分在废水中也有絮凝作用，因此可以将干化赤泥直接进行包装后作为中和剂用于酸性废水的中和处理。
下面结合实施例对本发明提供的赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
图1为本发明赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理的工艺流程图，本发明将石灰窑高温尾气与赤泥混合后进行脱碳反应，脱碳反应能够对石灰窑高温尾气进行脱碳、降温，再经除尘处理，尾气即可达标排放，赤泥经过脱碳反应固化可溶性碱，同时脱除水分形成干化赤泥，将干化赤泥作为中和剂用于酸性废水的中和处理。
实施例1
1)含有25wt％CO2，温度250℃的石灰窑高温尾气1000m3/h和含有50wt％水分、8wt％氢氧化钠的赤泥500kg/h，分别通过管道匀速输送至反应塔中，反应塔中设置有高速旋转的分散器(转速为300转/分)；在反应塔内，赤泥与石灰窑尾气逆向接触60min，赤泥中的氢氧化钠与石灰窑尾气二氧化碳反应产成的碳酸钠固化在赤泥中，赤泥中水分与石灰窑尾气中热量交换，分别得到脱碳尾气和干化赤泥；
2)脱碳反应后脱碳尾气的温度降至120℃，CO2含量降低到18wt％，经过布袋除尘器除尘后符合标准进行排放；
3)脱碳反应后干化赤泥的含水降低至5wt％，温度为70℃，从反应塔输送至包装机进行包装后得到335kg/h中和剂，将中和剂用于酸性废水处理。
实施例2
1)含有22wt％CO2，温度200℃的石灰窑高温尾气1000m3/h和含有40wt％水分、6wt％氢氧化钠的赤泥500kg/h，分别通过管道匀速输送至反应塔中进行脱碳反应，反应塔中设置有耙齿分散器(转速为300转/分)；在反应塔内，赤泥与石灰窑尾气逆向接触120min，赤泥中的氢氧化钠与石灰窑尾气二氧化碳反应产成的碳酸钠固化在赤泥中，赤泥中水分与石灰窑尾气中热量交换，分别得到脱碳尾气和干化赤泥；
2)脱碳反应后脱碳尾气的温度降至90℃，CO2含量降低到16wt％，经过布袋除尘器除尘后符合标准进行排放；
3)脱碳反应后干化赤泥的含水降低至10wt％，温度为65℃，从反应塔输送至包装机进行包装后得到395kg/h中和剂，将中和剂用于酸性废水处理。
实施例3
1)含有35wt％CO2，温度220℃的石灰窑高温尾气1000m3/h和含有50wt％水分、8wt％氢氧化钠的赤泥600kg/h，分别通过管道匀速输送至立式反应塔，反应塔中设置有高速旋转刀片分散器(转速为330转/分)；在反应塔内，赤泥与石灰窑尾气逆向接触100min，赤泥中的氢氧化钠与石灰窑尾气二氧化碳反应产成的碳酸钠固化在赤泥中，赤泥中水分与石灰窑尾气中热量交换，分别得到脱碳尾气和干化赤泥；
2)脱碳反应后脱碳尾气的温度降至110℃，CO2含量降低到15wt％，经过布袋除尘器除尘后符合标准进行排放；
3)脱碳反应后干化赤泥的含水降低到6wt％，温度为60℃，从反应塔输送至包装机进行包装后得到440kg/h中和剂，将中和剂用于酸性废水处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种赤泥和石灰窑尾气共同资源化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
将石灰窑高温尾气和赤泥混合后进行脱碳反应，得到脱碳尾气和干化赤泥；
将所述脱碳尾气进行除尘处理后排放；
将所述干化赤泥用于酸性废水的中和处理；
所述石灰窑高温尾气混合前的温度为120～350℃，CO2的含量为20～40wt％；
所述赤泥混合前的水分含量为20～60wt％、氢氧化钠含量为2～15wt％；
所述石灰窑高温尾气与赤泥的气固比为1000m3：500～600kg。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述混合在反应塔中进行，所述反应塔为立式、卧式或回转式反应塔。
3.如权利要求2的所述处理方法，其特征在于，所述反应塔中设置有分散器，所述分散器为高速旋转刀片结构或者耙齿结构。
4.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述混合采用逆流接触的方式进行。
5.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，所述逆流接触的时间为5～120min。
6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述脱碳尾气的温度为50～120℃，CO2含量为2～20wt％。
7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述除尘处理的装置为布袋除尘器。
8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述干化赤泥的含水率为2～20wt％，温度为50～80℃。
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