CN110950521B

CN110950521B - 一种改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法

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Publication number: CN110950521B
Application number: CN201911087665.XA
Authority: CN
Inventors: 庄茅; 胡阳; 戚华威
Original assignee: Weihai Hanbang Biological Environmental Protection Polytron Technologies Inc
Current assignee: Weihai Hanbang Biological Environmental Protection Polytron Technologies Inc
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-11-09
Anticipated expiration: 2039-11-08
Also published as: CN110950521A

Abstract

本发明涉及赤泥沉降分离技术领域，具体地说是一种改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法，其特征在于处理方法步骤如下：对于氧化铁含量较高的溶出赤泥，当溶出赤泥固相中氧化铁含量≥20%时，选用非离子型促沉剂与第一合成絮凝剂结合来处理，对于氧化铁含量较低的溶出赤泥，当溶出赤泥固相中氧化铁含量＜20%，选用阳离子型促沉剂与第二合成絮凝剂结合来处理，具有方法简单、沉降效率高、沉降效果好、处理成本低、提高氧化铝和苛性碱的回收率的改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法等优点。

Description

一种改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法

技术领域

本发明涉及赤泥沉降分离技术领域，具体地说是一种方法简单、沉降效率高、沉降效果好、处理成本低、提高氧化铝和苛性碱的回收率的改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法。

背景技术

众所周知，在氧化铝生产过程中，铝矾土矿石被粉碎后进入溶出阶段，溶出的矿浆需要进行赤泥沉降，将不溶性的矿石杂质和赤泥从铝酸钠溶液中分离，在这个沉降分离环节，国内外的氧化铝厂通用两种类型的絮凝剂，一类是合成絮凝剂（以含丙烯酰胺基的丙烯酸类或/和氧肟酸类聚合物，比如爱森公司的Flomin AL系列产品、氰特公司的Cyfloc HX系列产品、巴斯夫公司的Alclar系列产品、凯美拉公司的Superfloc系列产品以及纳尔科公司的相关产品），另一类是天然絮凝剂（以麦麸、淀粉以及粗木薯粉为主），在分离首槽，投加合成絮凝剂能使泥浆整体快速沉降和固液分离，投加天然絮凝剂主要起到辅助沉降以及减少溢流中浮游物含量的作用。

葡聚糖、右旋糖酐等多糖类物质现在大多属于人工合成产品，国外将其用于赤泥沉降，主要是采用分子量50万~1000万的多糖，部分或完全替代低分子量的天然絮凝剂，比如美国专利US5008089中提到选用阴离子合成絮凝剂与右旋糖酐共同处理赤泥，先加分子量为50万~1000万的右旋糖，投加量为0.2-10ppm，后加分子量为50万以上的阴离子合成絮凝剂，投加量0.5~20ppm，在具体案例中，合成絮凝剂投加量相同的情况下，投加1ppm的右旋糖酐比不投加右旋糖酐的沉降速度提高了1倍以上，上清液澄清度提高了2.5倍左右，投加2ppm右旋糖酐比投加1ppm右旋糖酐的沉降速度提高了28%，上清液澄清度提高了56%。美国专利US6726845B1中采用先加淀粉与合成絮凝剂的混合溶液后加右旋糖酐，合成絮凝剂是Nalco公司提供，分子量大于1000万，右旋糖酐也是Nalco公司提供，分子量大于50万，在具体案例中，当合成絮凝剂的投加量均为150g/t时，淀粉投加量相同的情况下，右旋糖酐的投加量由0~400g/t递增时，沉降速度也呈递增趋势，上清液的澄清度也有所改善，淀粉和右旋糖酐都有一定的投加量限制，否则会影响澄清度和沉降速度。专利ZL201380067729.4中提到采用交联右旋糖酐与合成絮凝剂合用来处理溶出的赤泥，实验证明两者的投加顺序对上清液固含的影响不大，投加右旋糖酐可使上清液固含减少一半以上。

而针对氧化铁含量较低（一般小于20%）的溶出赤泥，多糖并不能在使用阴离子PAM的基础上更高效的提升铝酸盐溶液的澄清度，此时需要采用阳离子絮凝剂改变赤泥表层的电荷属性和分布，通过离子键的作用来改善铝酸盐溶液的澄清度。比如日本专利公开特许JP56092116曾报道用阳离子淀粉作为絮凝剂，俄罗斯专利507526曾用阳离子聚合物(R-AR-CH2-N-Ph)⁺Cl^-作为赤泥絮凝剂。

但由于高分子量多糖的制备，尤其是几百万至上千万的多糖，国内外大多停留在实验室阶段，规模化生产的成本又特别昂贵，所以很难将其规模化应用在赤泥沉降过程中，另外，低分子量多糖，一般是几千至十几万的多糖，在赤泥沉降环节的投加量特别大，且会富集在母液中影响后续晶种的生长。其次，将低分子量多糖进行交联，可以使多糖的分子量增加，但因交联剂为化学药剂，在碱性母液中会降解且增加母液的有机物含量，影响后续工艺，所以并不实用。

对于氧化铁含量较低的溶出赤泥，阳离子聚合物因大多是季铵盐的自聚物，不能在高浓度碱液环境中保持结构稳定且提高沉降速度，对浮游物的去除效果有限，很难达到0.10g/L以下的更高要求，而且，目前分子量高且易溶解的多糖类药剂要么成本高要么停留在实验室研发阶段，而木薯粉、淀粉等天然多糖类物质存在溶解耗时、易残留、分子量低、粉尘污染、投加量大以及影响晶种分解等问题，针对氧化铁含量低的溶出赤泥泥浆，现有的阳离子聚合物存在不稳定以及上清液澄清度差等问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种方法简单、沉降效率高、沉降效果好、处理成本低、提高氧化铝和苛性碱的回收率的改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法，其特征在于处理方法步骤如下：

（一）对于氧化铁含量较高的溶出赤泥（固相中，氧化铁质量比含量≥20%），选用非离子型促沉剂与第一合成絮凝剂结合来处理；

所述的非离子型促沉剂为非离子型生物多糖高分子材料，其最高分子量为3000万，其主要结构为：

其中:n＞1；

第一合成絮凝剂丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的聚丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的一种或两种以上的结合，其中丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的丙烯酸的含量为10-90%，含氧肟酸基团的聚丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物中的氧肟酸基团的含量为10-90%，含氧肟酸基团的丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的丙烯酸和氧肟酸基团的含量为10-90%；

在处理过程中，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为5~45ppm的非离子型促沉剂和第一合成絮凝剂，所述的第一合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成质量比0.05%~0.3%的水溶液，非离子促沉剂用自来水或井水稀释100-10000倍，然后按照两者的固体质量比为(1~35):1，将其投加到稀释后的溶出矿浆中，观察分离首槽中沉降层的高度变化并检测上清液浮游物的含量；

（二）对于氧化铁含量较低的溶出赤泥（固相中，氧化铁质量比含量＜20%），选用阳离子型促沉剂与第二合成絮凝剂结合来处理；

所述的阳离子型促沉剂是阳离子化改性生物多糖高分子材料，阳离子度≥50%，

所述的阳离子型促沉剂的分子结构为：

其中：n＞1，m＞1，R₁为H或CH₃，R₂为烷基、酰胺烷基或酰氧烷基，

所述的第二合成絮凝剂为丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的聚丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的一种或两种以上的结合，其中丙烯酸基团的含量为20-100%，氧肟酸基团的含量为0-50%；

在处理过程中，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为10~50ppm的阳离子型促沉剂和第二合成絮凝剂，将第二合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成质量比0.05%~0.3%的水溶液，阳离子型促沉剂用自来水或井水配成质量比0.1%~0.5%的水溶液，然后按照两者的固体质量比为（1~5）:1，将其投加到稀释后的溶出矿浆中，观察沉降层的高度变化并检测上清液浮游物的含量。

本发明所述的步骤（二）中的阳离子型促沉剂和第二合成絮凝剂在投加到赤泥泥浆之前，稀释后分别加入到矿浆内，不可以混合后稀释或者各自稀释后再混合。

本发明所述的步骤（一）中，当第一合成絮凝剂为固体或水溶液时，将第一合成絮凝剂与非离子型促沉剂按照步骤（一）中的比例混合在一起配成水溶液；当第一合成絮凝剂为乳液时，需将第一合成絮凝剂与非离子型促沉剂各自稀释成溶液，不能混合后再稀释。

本发明由于采用上述方法，将环保无毒可降解的具有超高分子量的性价比更高的促沉剂及其阳离子改性产品运用到赤泥沉降分离的过程中的工艺方法，替代现有的天然多糖及阳离子产品，具有方法简单、沉降效率高、沉降效果好、处理成本低、提高氧化铝和苛性碱的回收率的改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法等优点。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明：

所述的非离子型促沉剂为非离子型生物多糖高分子材料，其最高分子量为3000万，其制备方法参考专利：ZL 200710152150.4一种制备多糖生物絮凝剂的酶学方法，其主要结构为：

其中:n＞1；

第一合成絮凝剂丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的聚丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的一种或两种以上的结合，其中丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的丙烯酸的含量为10-90%（或阴离子为10-90%），含氧肟酸基团的聚丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物中的氧肟酸基团的含量为10-90%（或阴离子为10-90%），含氧肟酸基团的丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的丙烯酸和氧肟酸基团的含量为10-90%（或阴离子为10-90%）；

在处理过程中，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为5~45ppm的非离子型促沉剂和第一合成絮凝剂，所述的第一合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成质量比0.05%~0.3%的水溶液，非离子促沉剂用自来水或井水稀释100-10000倍，然后按照两者的固体质量比为(1~35):1，将其投加到稀释后的溶出矿浆中，观察分离首槽中沉降层的高度变化并检测上清液浮游物的含量；上述步骤中，当第一合成絮凝剂为固体或水溶液时，将第一合成絮凝剂与非离子型促沉剂按照步骤（一）中的比例混合在一起配成水溶液；当第一合成絮凝剂为乳液时，需将第一合成絮凝剂与非离子型促沉剂各自稀释成溶液，不能混合后再稀释；

所述的阳离子型促沉剂是阳离子化改性生物多糖高分子材料，其制备方法参考专利：ZL 201410352348.7一种接枝共聚型阳离子多糖生物絮凝剂及其制备方法，阳离子度≥50%，

所述的阳离子型促沉剂的分子结构为：

其中：n＞1，m＞1，R₁为H或CH₃，R₂为烷基、酰胺烷基或酰氧烷基等，

在处理过程中，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为10~50ppm的阳离子型促沉剂和第二合成絮凝剂，将第二合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成质量比0.05%~0.3%的水溶液，阳离子型促沉剂用自来水或井水配成质量比0.1%~0.5%的水溶液，然后按照两者的固体质量比为（1~5）:1，将其投加到稀释后的溶出矿浆中，观察沉降层的高度变化并检测上清液浮游物的含量，上述所述的阳离子型促沉剂和第二合成絮凝剂在投加到赤泥泥浆之前，稀释后分别加入到矿浆内，不可以混合后稀释或者各自稀释后再混合，上述所述的促沉剂为絮凝剂。

本发明产生的有益效果：

1.本发明所用的促沉剂是一种采用酶法合成和膜法提纯工艺制备出的超高分子量（1000万以上）的多糖类产品，可规模化生产，性价比更高，无毒无害可生物降解，不会残留或富集到母液中影响后续工艺，这是木薯粉类天然多糖以及其他高分子量多糖类物质所达不到的。

2.本发明所用的促沉剂具有独特的分子结构，主要体现在含有80%以上的枝化结构和较宽的分子量分布，溢流中的浮游物含量比只使用合成絮凝剂时最高可减少85%，泥层沉降速度提升了50%以上。

3.本发明所用的阳离子型促沉剂具有稳定性强，阳离子度最高可达90%，对氧化铁含量低于20%的溶出矿浆，与市售合成絮凝剂结合使用，可使浮游物含量低于0.1g/L。

3.在具体使用过程中产品极易溶解，耐剪切，残留量极低，少量的残留多糖还可起到晶体生长调节剂的作用。

4.与市售的合成絮凝剂搭配使用，不仅降低了合成絮凝剂的用量，而且降低了整体的药剂使用成本。

5.通过合理的调整合成絮凝剂与促沉剂的使用方式，可使赤泥经沉降分离后，底流泥渣的过滤脱水性能得以提高，滤饼更加疏松，叶滤机的产能得以提升，从而节省处理成本提高效率，提高氧化铝和苛性碱的回收率。

实施例一：

广西某氧化铝厂溶出矿浆稀释后，来料固含为100~140g/L，固相中氧化铁含量为37.81%。

工投试验中，选用的第一合成絮凝剂为Alclar 600，是一种丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物，促沉剂为非离子型促沉剂WH004，前者配成浓度为0.07％的水溶液，后者稀释10000倍，同时投加到稀释后的溶出矿浆中。针对不同的固含的溶出矿浆，通过添加两种药剂，得出每天的平均数据，如下：

可以看出，在固含相同的情况下，投加促沉剂WH004之后，合成絮凝剂Alclar600的投加量最高可减少28%，得到浮游物的含量有了明显的降低，在133的固含下，当Alclar600的添加量为9.87，Alclar600与WH004的固体投加比为24.37:1，总投加量为10.275ppm时，浮游物的降幅最大，可达64%。整体上，在110~133g/L的固含范围内，药剂总投加量在10~16ppm，促沉剂能很好的发挥其助沉澄清的作用，因此，在合成絮凝剂存在的同时再增加促沉剂后能明显得到浮游物含量降低的结论。

实施例二：

进口澳洲三水铝土矿，溶出矿浆稀释后固含为100±5g/L，固相中氧化铁含量为24.92%.

选用的第一合成絮凝剂HZ85，是一种丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物，促沉剂为非离子型，型号为WH004，将两者按照一定比例进行复合，考察WH004与HZ85质量比对沉降速度和上清液透光率的影响，数据如下：

可以看出，只添加HZ85可以明显改善初始的沉降速度，但上清液透光率很差，即浮游物含量高，当在HZ85的基础上添加WH004时，上清液的透光率得到了明显的改善，随着WH004添加量的增加，沉降速度也开始变差，当HZ85与WH004的固体投加比为1:1，两者总投加量为40ppm时，整体的沉降效果最佳。

实施例三：

山西某氧化铝厂溶出矿浆稀释后，来料固含为100±20g/L，固相中氧化铁含量为6.01%，要求处理后浮游物含量≤35mg/L。

对比试验中，选用的第二合成絮凝剂为聚丙烯酰胺YQ-PAM（丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物）、聚丙烯酸钠PAS（分子量1000万以上），促沉剂为阳离子型促沉剂CHBM，YQ-PAM用10g/L的碱液配成浓度为0.28％的水溶液，PAS用10g/L的碱液配成浓度为0.1%的水溶液，YQ-PAM与PAS可以混合到一起溶配，CHBM配成0.5%的水溶液，所有药剂同时投加到稀释后的溶出矿浆中。具体数据，如下：

可以看出，通过1和2两组对比可知，添加促沉剂和合成絮凝剂会明显降低浮游物含量，当合成絮凝剂的添加量减少四分之三左右后，添加阳离子型促沉剂25ppm，可使浮游物的含量减少为原来的63%以上，当促沉剂CHBM添加量固定为15ppm时，随着合成絮凝剂投加量的增加，浮游物的含量先逐步减少后增加，当合成絮凝剂与阳离子型促沉剂的固体质量比为1.37:1时，此时药剂的总投加量为35.6ppm，浮游物的含量达到最少，为0.020g/L，达到了厂家的要求，

实施例四：

山西某氧化铝厂溶出矿浆，来料固含为100±10g/L，固相中氧化铁含量为6.54%，要求处理后浮游物含量≤25mg/L。

对比试验中，选用的第二合成絮凝剂为含氧肟酸基团的乳液聚丙烯酰胺HXPAM（氧肟酸含量为20-50%），促沉剂为阳离子型促沉剂CHBM，HXPAM用10g/L的碱液配成浓度为0.3-0.5％的水溶液， CHBM配成0.5%的水溶液，所有药剂同时投加到稀释后的溶出矿浆中。具体数据，如下：

可以看出，HXPAM对赤泥的沉降具有较好的效果，当添加20ppm的HXPAM时，浮游物含量可达到0.1~0.2g/L，在此基础上，结合10ppm的CHBM，即HXPAM与CHBM的比例为2:1，两者总投加量为30ppm时，可使最终浮游物含量≤0.025g/L,达到厂家的要求。

实施例五：

河南某氧化铝厂溶出矿浆稀释后，来料固含80~100g/L，固相中氧化铁含量为3~10%，要求处理后浮游物含量0.5~0.7g/L。

对比试验中，选用的第二合成絮凝剂为聚丙烯酰胺A3010（丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物）、促沉剂为阳离子型促沉剂CHBM，A3010用10g/L的碱液配成浓度为0.3％的水溶液，CHBM配成0.5%的水溶液，所有药剂同时投加到稀释后的溶出矿浆中。具体数据，如下：

可以看出，A3010的添加量和阳离子型促沉剂的添加量之和低于10ppm时，浮游物的含量明显大（组别1、2、3、4、5和7），而在10-50ppm的区间时浮游物含量明显减小（组别6、8和9），当A3010的添加量为3ppm并添加阳离子型促沉剂后，浮游物的含量也有所减少，但减少幅度较小，增加阳离子型促沉剂的添加量，并不能使浮游物的含量明显降低，甚至会增加，出现絮体沉降速度减慢，压缩性差等现象。当添加9ppm的A3010和3ppm的促沉剂CHBM，浮游物的含量接近厂家要求（浮游物含量≤0.7g/L），在此基础上添加阳离子型促沉剂3ppm后，合成絮凝剂与促沉剂的投加比为3:1，两者总投加量为12ppm，浮游物含量会明显的减少且达到厂家的要求。

综上所述，对于氧化铁含量较高的溶出赤泥（固相中，氧化铁含量≥20%），选用非离子型促沉剂与第一合成絮凝剂结合来处理，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为5~45ppm的非离子型促沉剂和第一合成絮凝剂，所述的第一合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成0.05%~0.3%的水溶液，非离子促沉剂用自来水或井水稀释100-10000倍，然后按照两者的固体质量比为(1~35):1时能达到很好的促沉效果，对于氧化铁含量较低的溶出赤泥（固相中，氧化铁含量＜20%），选用阳离子型促沉剂与第二合成絮凝剂结合来处理，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为10~50ppm的阳离子型促沉剂和第二合成絮凝剂，将第二合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成0.05%~0.3%的水溶液，阳离子型促沉剂用自来水或井水配成0.1%~0.5%的水溶液，然后按照两者的固体质量比为（1~5）:1时能达到很好的促沉效果。

Claims

1.一种改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法，其特征在于处理方法步骤如下：

（一）对于氧化铁含量较高的溶出赤泥，当溶出赤泥的固相中氧化铁质量比含量≥20%时，选用非离子型促沉剂与第一合成絮凝剂结合来处理；

其中:n＞1；

所述的第一合成絮凝剂丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的聚丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物、含氧肟酸基团的丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的一种或两种以上的结合，其中丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的丙烯酸的含量为10-90%，含氧肟酸基团的聚丙烯酰胺与丙烯酰胺的共聚物中的氧肟酸基团的含量为10-90%，含氧肟酸基团的丙烯酸盐与丙烯酰胺的共聚物中的丙烯酸和氧肟酸基团的含量为10-90%；

在处理过程中，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为5~45ppm的非离子型促沉剂和第一合成絮凝剂，所述的第一合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成质量比为0.05%~0.3%的水溶液，非离子促沉剂用自来水或井水稀释100-10000倍，然后按照两者的固体质量比为(1~35):1，将其投加到稀释后的溶出矿浆中，观察分离首槽中沉降层的高度变化并检测上清液浮游物的含量；

（二）对于氧化铁含量较低的溶出赤泥，当溶出赤泥固相中氧化铁质量比含量＜20%时，选用阳离子型促沉剂与第二合成絮凝剂结合来处理；

所述的阳离子型促沉剂的分子结构为：

在处理过程中，选取固含为80~140g/L的矿浆、总投加量为10~50ppm的阳离子型促沉剂和第二合成絮凝剂，将第二合成絮凝剂用10g/L的氢氧化钠溶液配成质量比为0.05%~0.3%的水溶液，阳离子型促沉剂用自来水或井水配成质量比为0.1%~0.5%的水溶液，然后按照两者的固体质量比为（1~5）:1，将其投加到稀释后的溶出矿浆中，观察沉降层的高度变化并检测上清液浮游物的含量。

2.根据权利要求1所述的一种改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法，其特征在于所述的步骤（二）中的阳离子型促沉剂和第二合成絮凝剂在投加到赤泥泥浆之前，稀释后分别加入到矿浆内，不可以混合后稀释或者各自稀释后再混合。

3.根据权利要求1所述的一种改进赤泥沉降分离效果的化学处理方法，其特征在于所述的步骤（一）中，当第一合成絮凝剂为固体或水溶液时，将第一合成絮凝剂与非离子型促沉剂按照步骤（一）中的比例混合在一起配成水溶液；当第一合成絮凝剂为乳液时，需将第一合成絮凝剂与非离子型促沉剂各自稀释成溶液，不能混合后再稀释。