CN110615508A - 冶金废渣的电解除氨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种冶金废渣的电解除氨方法。该电解除氨方法包括：步骤S1，对冶金废渣进行浆化，得到浆化液；步骤S2，采用碱性物质对所述浆化液进行苛化，得到含有NH3的苛化浆液；以及步骤S3，对所述苛化浆液进行电解除氨。首先将冶金废渣进行浆化处理得到浆化液，以便于其在苛化步骤中和碱性物质均匀混合而达到充分苛化，从而得到含有NH3的苛化浆液，苛化后浆液pH较高，所有重金属基本都沉淀下来，所以电解过程中，液相中基本没有这些物质的干扰。再通过对苛化后浆液进行电解，使其中的氨电解为氮气而挥发，使得固体脱氨后达标排放。上述过程中仅在浆化过程中消耗了水，除此之外没有水分的挥发和消耗，因此降低了除氨的能耗。

Description

冶金废渣的电解除氨方法
技术领域
本发明涉及冶金废渣处理领域，具体而言，涉及一种冶金废渣的电解除氨方法。
背景技术
近年来，冶金工业不断发展，在冶炼过程中每年产生大量的冶金废渣，大量的废渣堆积。这些废渣如果长期堆存，经日晒、风吹、雨淋，渣中的可溶性有害物质会溶出，进入土壤、流入江河，进而造成严重的环境污染，同时导致土地资源的浪费。因此，有色冶金废渣无害化处理及综合利用是冶金工业的研究热点。
湿法冶炼工艺常采用氨液作为浸出剂和沉淀剂，因而工艺产生的废渣中常存在高浓度的氨离子。目前对废渣中氨离子处置方法的研究和相关专利较少。常用废水除氨的离子交换法、微生物法和折点氯化法在废渣处理中并不适用，而采用吹脱法处理废渣中氨离子需要加入较大量的水，水分随着吹脱蒸发导致能耗较高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种冶金废渣的电解除氨方法，以解决现有技术中废渣除氨能耗高的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种冶金废渣的电解除氨方法。该电解除氨方法包括：步骤S1，对冶金废渣进行浆化，得到浆化液；步骤S2，采用碱性物质对浆化液进行苛化，得到含有NH3的苛化浆液；以及步骤S3，对苛化浆液进行电解除氨。
进一步地，上述步骤S1中采用水对冶金废渣进行浆化，优选浆化液的固含量为5～30％。。
进一步地，上述步骤S2包括将碱性物质和浆化液在搅拌条件下进行混合以进行苛化。
进一步地，以上碱性物质包含石灰乳、氢氧化钾或氢氧化钠，优选质量浓度为10～25％的石灰乳，或者质量浓度为5～30％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
进一步地，上述苛化的温度为15～80℃。
进一步地，上述苛化浆液的pH值为10～12。
进一步地，上述步骤S3的电解采用的不锈钢或钛金属作为阴极，采用铅阳极、镀贵金属钛阳极或石墨阳极作为阳极。
进一步地，上述电解过程中向苛化浆液中加入氯化钠或氯化钾以使苛化浆液的液相中氯离子浓度为0.01～3g/L。
进一步地，上述电解采用的电流密度为50～500A/m2，优选电解时间在0.5～4h之间。
进一步地，电解除氨方法还包括：对电解后的矿浆进行过滤，得到滤渣；对滤渣进行加热脱氨。
应用本发明的技术方案，首先将冶金废渣进行浆化处理得到浆化液，以便于其在苛化步骤中和碱性物质均匀混合而达到充分苛化，从而得到含有NH3的苛化浆液，苛化后浆液pH较高，所有重金属沉淀下来，所以电解过程中，液相中没有这些物质的干扰。再通过对苛化后浆液进行电解，使其中的氨电解为氮气而挥发，使得固体脱氨后达标排放。上述过程中仅在浆化过程中消耗了水，除此之外没有水分的挥发和消耗，因此降低了除氨的能耗。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
如本申请的背景技术所记载的，现有技术对废渣中氨离子的处置方法较少以及采用吹脱法处理导致能耗高的问题，为了解决该技术问题，本申请提供了一种废渣电解除氨的方法。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种冶金废渣的电解除氨方法。该电解除氨方法包括：步骤S1，对冶金废渣进行浆化，得到浆化液；步骤S2，采用碱性物质对浆化液进行苛化，得到含有NH3的苛化浆液；以及步骤S3，对苛化浆液进行电解除氨。
本申请上述电解除氨方法，首先将冶金废渣进行浆化处理得到浆化液，以便于其在苛化步骤中和碱性物质均匀混合而达到充分苛化，从而得到含有NH3的苛化浆液，苛化后浆液pH较高，所有重金属都沉淀下来，所以电解过程中，液相中没有这些物质的干扰。再通过对苛化后浆液进行电解，使其中的氨电解为氮气而挥发，使得固体脱氨后达标排放。上述过程中仅在浆化过程中消耗了水，除此之外没有水分的挥发和消耗，因此降低了除氨的能耗。
在本申请一种实施例中，上述步骤S1中采用水对冶金废渣进行浆化，优选浆化液的固含量为5～30％。首先将冶金废渣在水中进行浆化处理得到浆化液，以便于废渣中的无机盐等溶于水的物质溶解在水中以及使其在苛化步骤中和碱性物质均匀混合从而促使浆化液达到充分苛化，控制浆化液固含量在以上范围，一方面避免了浆化液太稀导致后期处理增加能耗，另一方面有利于下一步骤的高效苛化。
在本申请另一种实施例中，步骤S2包括将碱性物质和浆化液在搅拌条件下进行混合以进行苛化。由于浆化液中含有大量铵根离子，碱性物质和浆化液的苛化实质上是采用碱性物质与铵根离子反应使铵根离子转化为游离的氨。搅拌的目的是使石灰乳和浆化液接触更充分，从而使铵根离子和氢氧根离子更充分的反应进而使铵根离子转化为氨气。
在本申请一种实施例中，碱性物质包含石灰乳、氢氧化钾或氢氧化钠，优选质量浓度为10～25％的石灰乳，或者质量浓度为5～30％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
上述碱性物质对浆化液苛化的实质是，浆化液中铵根离子与氢氧根离子反应生成氨气，碱性越强反应越剧烈，控制以上质量浓度的碱性物质一方面使浆化液中的铵根离子尽可能的转化为游离氨，另一方面又避免过多的碱性物质的浪费以及由于过多水分的带入增加后续电解脱氨的能耗。
在本申请一种实施例中，上述苛化的温度为15～80℃。温度过低不利于浆化液中氨根离子向游游离氨的转化，温度过高则造成能源浪费，所以将苛化温度控制在上述范围。
在本申请一种实施例中，上述苛化浆液的pH值为10～12。pH值过低不利于浆化液中氨根离子向游游离氨的转化，pH值过高则造成能源浪费，所以将苛化浆液的pH值控制在上述范围。
在本申请一种实施例中，步骤S3的电解采用的不锈钢或钛金属作为阴极，采用铅阳极、镀贵金属钛阳极或石墨阳极作为阳极。
本申请采用不锈钢或钛金属作为阴极，铅阳极、镀贵金属钛阳极或石墨阳极作为阳极，这样的阴极和阳极具有稳定性，电解液中的阴离子在阳极发生氧化反应，生成具有氧化性的物质，氨气则在阳极生产的氧化物的辅助下被氧化物为氮气，从而除去渣浆中的氨。
电解过程中向苛化浆液中加入氯化钠或氯化钾以使苛化浆液的液相中氯离子浓度为0.01～3g/L。一方面氯化钠或氯化钾增加了苛化浆液的导电性，降低了电解所需的电压值，提高了经济效率。另一方面氯离子首先在阳极上被氧化成了游离氯，然后溶解在碱性苛化液中中形成有效氯ClO-，从而间接地将游离氨氧化成氮气。将氯离子浓度控制在上述范围之内的原因是，一方面氯离子浓度过低不利于苛化浆液的导电性，从而增加电能的消耗；另一方面氯离子浓度越高，虽越有利于氨气的脱除，但氯离子浓度过高则会导致上述贵金属涂层类阳极腐蚀速率加快，从而减少电解池的寿命，增加上述电解脱氨的生产成本。
在本申请另一种实施例中，上述电解采用的电流密度为50～500A/m2，优选电解时间在0.5～4h之间。随着电解电流的增大，氨气的去除率逐渐增大。这是因为电流密度加快了电子的迁移转化速率，促进了更多的具有强氧化性的活性物质的生成，如ClO-，进而显著提高了氨气的去除效率，但是，当电流密度增加到一定值，氨气去除率增加的不是很明显。可能是由于氨氮的浓度一定时，所需的氧化物也是一定的，过量的电子和氧化物反而起不到有效的氧化作用，还会降低氨气的去除效率。同时过大的电流密度还会导致析氧副反应的发生，从而导致实际电流效率降低。且电流密度过大，也会对阳极板寿命有负面影响。另外电解时间的控制也是为了达到更好的氨气去除率。
在本申请另一种实施例中，上述电解除氨方法还包括：对电解后的矿浆进行过滤，得到滤渣；对滤渣进行加热脱氨。将过滤除去矿浆中的液体，将得到的固态滤渣进行进一步的加热脱氨以降低滤渣的氨含量。
以下将结合具体实施例对本申请的有益效果进行说明。
实施例1
利用水将某冶炼废渣(含硫铵)进行浆化，得到固含量为30％的浆化液；在20～30℃下将上述浆化液与质量浓度为20％石灰乳混合以进行苛化，苛化时间1h，终点pH值在11左右(左右表示上下波动0.1，以下同)，得到苛化浆液；采用钛阴极和镀贵金属钛阳极进行电解，其中加入的氯离子浓度为2g/L，电流密度为100A/m2，电解时间为2h；对电解后的矿浆进行过滤，得到滤渣；对所述滤渣进行加热脱氨，滤渣达标堆存，滤液达标排放，经上述工艺，冶炼废渣氨的脱除率为91.3％。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，浆化液的固含量为5％，冶炼废渣氨的脱除率为93.1％。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，浆化液的固含量为20％，冶炼废渣氨的脱除率为92.5％。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，浆化液的固含量为50％，冶炼废渣氨的脱除率为85.7％。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，15℃下向浆化液中加入质量浓度20％石灰乳进行苛化，苛化时间1.5h，终点pH值在11左右，冶炼废渣氨的脱除率为91.1％。
实施例6
实施例6与实施例1的区别在于，80℃下向浆化液中加入质量浓度20％石灰乳进行苛化，苛化时间0.5h，终点pH值在11左右，冶炼废渣氨的脱除率为91.3％。
实施例7
实施例7与实施例1的区别在于，5℃下向浆化液中加入质量浓度20％石灰乳进行苛化，苛化时间2h，终点pH值在11左右，冶炼废渣氨的脱除率为91.2％。
实施例8
实施例8与实施例1的区别在于，苛化时间70min，苛化浆液的pH在10～10.5之间，冶炼废渣氨的脱除率为90.0％。
实施例9
实施例9与实施例1的区别在于，苛化时间80min，苛化浆液的pH在12左右，冶炼废渣氨的脱除率为93.6％。
实施例10
实施例10与实施例1的区别在于，苛化时间45min，苛化浆液的pH为10左右，冶炼废渣氨的脱除率为84.7％。
实施例11
实施例11与实施例1的区别在于，其中加入的氯离子浓度为0.01g/L，冶炼废渣氨的脱除率为84.4％。
实施例12
实施例12与实施例1的区别在于，其中加入的氯离子浓度为3g/L，冶炼废渣氨的脱除率为91.5％。
实施例13
实施例13与实施例1的区别在于，其中加入的氯离子浓度为5g/L，冶炼废渣氨的脱除率为92.3％。
实施例14
实施例14与实施例1的区别在于，电流密度为50A/m2，冶炼废渣氨的脱除率为89.6％。
实施例15
实施例15与实施例1的区别在于，电流密度为500A/m2，冶炼废渣氨的脱除率为94.7％。
实施例16
实施例16与实施例1的区别在于，电流密度为600A/m2，冶炼废渣氨的脱除率为94.5％。
实施例17
实施例17与实施例1的区别在于，电解时间为0.5h，冶炼废渣氨的脱除率为75％。
实施例18
实施例18与实施例1的区别在于，电解时间为4h，冶炼废渣氨的脱除率为93.4％。
实施例19
实施例19与实施例1的区别在于，电解时间为8h，冶炼废渣氨的脱除率为94.9％。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本申请上述电解除氨方法，首先将冶金废渣进行浆化处理得到浆化液，以便于其在苛化步骤中和碱性物质均匀混合而达到充分苛化，从而得到含有NH3的苛化浆液，苛化后浆液pH较高，所有重金属都沉淀下来，所以电解过程中，液相中没有这些物质的干扰。再通过对苛化后浆液进行电解，使其中的氨电解为氮气而挥发，使得固体脱氨后达标排放。上述过程中仅在浆化过程中消耗了水，除此之外没有水分的挥发和消耗，因此降低了除氨的能耗。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种冶金废渣的电解除氨方法，其特征在于，包括：
步骤S1，对冶金废渣进行浆化，得到浆化液；
步骤S2，采用碱性物质对所述浆化液进行苛化，得到含有NH3的苛化浆液；以及
步骤S3，对所述苛化浆液进行电解除氨。
2.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述步骤S1中采用水对所述冶金废渣进行浆化，优选所述浆化液的固含量为5～30％。
3.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述步骤S2包括将所述碱性物质和所述浆化液在搅拌条件下进行混合以进行苛化。
4.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述碱性物质包含石灰乳、氢氧化钾或氢氧化钠，优选质量浓度为10～25％的所述石灰乳，或者质量浓度为5～30％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
5.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述苛化的温度为15～80℃。
6.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述苛化浆液的pH值为10～12。
7.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述步骤S3的电解采用的不锈钢或钛金属作为阴极，采用铅阳极、镀贵金属钛阳极或石墨阳极作为阳极。
8.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述电解过程中向所述苛化浆液中加入氯化钠或氯化钾以使所述苛化浆液的液相中氯离子浓度为0.01～3g/L。
9.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述电解采用的电流密度为50～500A/m2，优选电解时间在0.5～4h之间。
10.根据权利要求1所述的电解除氨方法，其特征在于，所述电解除氨方法还包括：
对电解后的矿浆进行过滤，得到滤渣；
对所述滤渣进行加热脱氨。
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191227

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