CN111153422B - 一种含铝污泥中资源回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含铝污泥中资源回收方法，其步骤包括：配矿、焙烧、浸出、固液分离、碳分及物理分选。本发明通过控制生料中氧化钙与氧化铝的摩尔比，在熟料焙烧过程中将氧化铝转变为硫铝酸钙以及铝酸钙，后续经碳酸钠溶液浸出而实现铝和钙的分离，所得铝酸钠溶液可采用碳分工艺制备氢氧化铝，碳酸钠溶液可返回熟料浸出步骤循环利用；同时浸出渣经物理分选后获得碳酸钙精矿，可返回配矿步骤循环利用或者用于污水处理，从而实现了以闭路循环方式对含铝污泥中的铝、钙元素回收利用，处理成本显著降低。

Description

一种含铝污泥中资源回收方法
技术领域
本发明涉及环境工程领域，特别是一种含铝污泥中资源回收方法。
背景技术
目前，铝型材加工企业在铝型材加工时，如切割、抛光、车纹等，会产生一定量的废铝屑；而在铝型材表面处理时，通常采用酸液对铝型材进行表面清洗，会产生大量的酸洗废水，这些酸洗废水常采用添加石灰石或石灰的方式进行中和处理，此时又会产生大量的含铝污泥。对于上述的两种含铝废料，现有的处理方法是将废铝屑会和含铝污泥一起堆存处置或者填埋处理，不仅对周围环境造成污染，同时造成资源的浪费。
上述含铝污泥通常含有氧化钙、氧化铝以及硫酸钙等组分，有文献指出可以将含铝污泥用于制备硫酸铝产品，但是所制备的硫酸铝产品水解后可产生硫酸，会对设备造成严重的腐蚀，且存在产品质量差以及产生大量含酸废水等问题，则以硫酸铝的形式将含铝污泥中的铝进行提取回收，显然存在较大的问题。此外，若采用硫酸处理含铝污泥，浸出渣中会生成大量难处理的硫酸钙。因此，需要提出一种更有效的方法来处理含铝污泥。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种含铝污泥中资源回收方法，用于解决现有技术中铝型材表面处理时所产生的废水污泥难以回收处理的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种含铝污泥中资源回收方法，其步骤依次包括：S1、将含铝污泥和碳酸钙进行配矿，研磨后混合均匀，得到生料；S2、将生料在1100～1400℃下焙烧20～60min得到熟料；S3、将熟料研磨处理后加入碳酸钠溶液并浸出，得到浸出矿浆；S4、将浸出矿浆进行固液分离，得到铝酸钠溶液和浸出渣；S5、将铝酸钠溶液经碳分处理，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，碳酸钠溶液回流并再次进行步骤S3的浸出；S6、将浸出渣经物理分选，得到尾矿和碳酸钙精矿，碳酸钙精矿再次用于步骤S1的配矿。
其中，含铝污泥为铝型材加工处理酸洗废水时所产生的污泥，包含氧化钙、氧化铝以及硫酸钙。
其中，生料中所含氧化钙与氧化铝的摩尔比1.0:1.0～1.3:1.0。
其中，步骤S3中，熟料研磨处理具体为：将熟料通过研磨处理成粒径为-74μm的颗粒。
其中，步骤S3中，浸出的条件为：液固比为3～10，浸出温度为50～100℃，浸出时间为30～120min。
其中，步骤S5中，碳分条件为：反应温度为50～100℃，反应时间30～180min，二氧化碳浓度20～50％，通气速率50～100mL/min。
其中，步骤S6中，物理分选为摇床重选或者水力分级。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种含铝污泥中资源回收方法，通过控制生料中氧化钙与氧化铝的摩尔比，在熟料焙烧过程中将氧化铝完全转变为硫铝酸钙以及铝酸钙，后续经碳酸钠溶液浸出而实现铝和钙的分离，所得铝酸钠溶液可采用碳分工艺制备氢氧化铝，碳酸钠溶液可返回熟料浸出步骤循环利用；同时浸出渣经物理分选后获得碳酸钙精矿，可返回配矿步骤循环利用或者用于污水处理，从而实现了以闭路循环方式对含铝污泥中的铝、钙元素回收利用，处理成本显著降低。
附图说明
图1是本发明中含铝污泥中资源回收方法一实施方式的工艺流程图；
图2是本发明中含铝污泥中资源回收方法一实施方式实施例1中熟料的XRD图；
图3是本发明中含铝污泥中资源回收方法一实施方式实施例1中物理分选产物的XRD图：a为尾矿XRD图，b为碳酸钙精矿的XRD图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明中含铝污泥中资源回收方法一实施方式的工艺流程图，本发明含铝污泥中资源回收方法，其步骤依次包括：
S1：配矿。本步骤中，将含铝污泥和碳酸钙进行配矿，研磨后混合均匀，得到生料；其中，含铝污泥为铝型材加工处理酸洗废水时所产生的污泥，包含氧化钙、氧化铝以及硫酸钙，通过添加碳酸钙来对含铝污泥中氧化钙与氧化铝的含量比例进行调节；本实施方式中优选的，生料中所含氧化钙与氧化铝的摩尔比1.0:1.0～1.3:1.0。
S2：焙烧。本步骤中，将上述生料在1100～1400℃下焙烧20～60min得到熟料。
S3：浸出。本步骤中，将熟料研磨处理，优选研磨处理成粒径为-74μm的颗粒，然后加入碳酸钠溶液并浸出，得到浸出矿浆；本实施方式中，浸出的条件为：液固比为3～10，浸出温度为50～100℃，浸出时间为30～120min。
S4：固液分离。本步骤中，将浸出矿浆进行固液分离，得到铝酸钠溶液和浸出渣。
S5：碳分。本步骤中，将铝酸钠溶液经碳分处理，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，碳酸钠溶液回流并再次进行步骤S3的浸出；本实施方式中，碳分条件为：反应温度为50～100℃，反应时间30～180min，二氧化碳浓度20～50％，通气速率50～100mL/min。
S6：物理分选。本步骤中，将浸出渣经物理分选，得到尾矿和碳酸钙精矿，碳酸钙精矿再次用于步骤S1的配矿；在实施方式中，物理分选为摇床重选或者水力分级。
具体地，对上述含铝污泥中资源回收方法的原理及其优势进行详细论述：1)本发明S1步骤中含铝污泥与碳酸钙进行配矿，研磨后混合得到生料，利用含铝污泥中所含有的氧化钙、氧化铝以及硫酸钙，并引入适当的碳酸钙来调节生料中氧化钙的占比，使氧化钙与氧化铝的比例达到预定范围，以促进后续的焙烧；S2步骤中进行焙烧，将上述生料中所含的氧化铝完全转变为硫铝酸钙(即3CaO·3Al2O3·CaSO4)以及铝酸钙(即CaO·Al2O3以及12CaO·7Al2O3)，有利于后续浸出；S3步骤中将熟料加入至碳酸钠溶液中进行浸出，由于S2步骤中已经将氧化铝转变成了硫铝酸钙以及铝酸钙，此时再与碳酸钠溶液反应后即可转变铝酸钠并进入溶液，而氧化钙则以碳酸钙的形式残留在浸出渣中，在执行S4步骤后，则实现了铝和钙的分离。2)S5步骤中将固液分离后得到的铝酸钠溶液进行碳分，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，不仅可对铝进行回收，还可将碳酸钠溶液返回S3步骤，使碳酸钠溶液循环利用；S6步骤中将固液分离后得到的浸出渣进行物理分选，得到尾矿和碳酸钙精矿，所得碳酸钙精矿不仅可以返回S1步骤循环利用，还可以用于污水处理，无需再引入新的碳酸钙对生料制备进行配比调节，显著降低了处理的原料成本。
下面根据具体实施方式对上述含铝污泥中资源回收方法的具体效果进行阐述，其中下面各实施例均选用同一含铝污泥进行处理测试，其化学成分比例如表1所示；由于该含铝污泥中氧化钙和氧化铝的摩尔比满足前述理论范围要求，则不需要额外添加新的碳酸钙进行调节。
表1含铝污泥的化学成分(wt.％).
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO SiO<sub>2</sub> Na<sub>2</sub>O MgO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> MnO SnO<sub>2</sub>
21.07 22.2 2.93 0.60 0.91 0.49 0.16 0.33
实施例1
将上述研磨后混合均匀，得到生料，将生料在1200℃下焙烧40min得到熟料；将熟料研磨处理后，使粒径-74μm占比为100％，加入至碳酸钠溶液中浸出，浸出温度为80℃，液固比为10，浸出时间120min，得到浸出矿浆；将浸出矿浆进行固液分离，得到铝酸钠溶液和浸出渣，此时浸出渣中氧化铝含量为5.67％，而氧化铝的溶出率为87.09％；将铝酸钠溶液在60℃下碳分处理180min，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，氢氧化铝的产率达到95.56％；将浸出渣经摇床重选，得到尾矿和碳酸钙精矿，所得碳酸钙精矿产率80.55％，氧化铝含量为1.56％。
实施例2
将上述研磨后混合均匀，得到生料，将生料在1300℃下焙烧40min得到熟料；将熟料研磨处理后，使粒径-74μm占比为90％，加入至碳酸钠溶液中浸出，浸出温度为90℃，液固比为5，浸出时间120min，得到浸出矿浆；将浸出矿浆进行固液分离，得到铝酸钠溶液和浸出渣，此时浸出渣中氧化铝含量为3.64％，而氧化铝的溶出率为92.22％；将铝酸钠溶液在60℃下碳分处理180min，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，氢氧化铝的产率达到94.69％；将浸出渣经摇床重选，得到尾矿和碳酸钙精矿，所得碳酸钙精矿产率81.56％，氧化铝含量为0.96％。
实施例3
将上述研磨后混合均匀，得到生料，将生料在1300℃下焙烧60min得到熟料；将熟料研磨处理后，使粒径-74μm占比为92％，加入至碳酸钠溶液中浸出，浸出温度为70℃，液固比为8，浸出时间120min，得到浸出矿浆；将浸出矿浆进行固液分离，得到铝酸钠溶液和浸出渣，此时浸出渣中氧化铝含量为2.88％，而氧化铝的溶出率为94.21％；将铝酸钠溶液在70℃下碳分处理150min，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，氢氧化铝的产率达到95.32％；将浸出渣经摇床重选，得到尾矿和碳酸钙精矿，所得碳酸钙精矿产率83.16％，氧化铝含量为0.75％。
实施例4
将上述研磨后混合均匀，得到生料，将生料在1250℃下焙烧60min得到熟料；将熟料研磨处理后，使粒径-74μm占比为95％，加入至碳酸钠溶液中浸出，浸出温度为60℃，液固比为5，浸出时间120min，得到浸出矿浆；将浸出矿浆进行固液分离，得到铝酸钠溶液和浸出渣，此时浸出渣中氧化铝含量为4.18％，而氧化铝的溶出率为90.22％；将铝酸钠溶液在70℃下碳分处理150min，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，氢氧化铝的产率达到94.92％；将浸出渣经摇床重选，得到尾矿和碳酸钙精矿，所得碳酸钙精矿产率85.43％，氧化铝含量为1.12％。
选取上述实施例1在进行时的熟料、尾矿及碳酸钙精矿进行XRD测试，如图2和图3所示，图2是本发明中含铝污泥中资源回收方法一实施方式实施例1中熟料的XRD图，图3是本发明中含铝污泥中资源回收方法一实施方式实施例1中物理分选产物的XRD图，图3中a为尾矿XRD图，b为碳酸钙精矿的XRD图；从图2中可看出焙烧后的熟料的主要物相为硫铝酸钙，由图3可以看出摇床重选后，使浸出渣中的铝硅酸钙基本以尾矿形式排出，从而获得品位较高的碳酸钙精矿，这与前述含铝污泥中资源回收方法的工艺原理相吻合，且其他实施例在经过同样的测试后，其测试结果与实施例1中的情况一致，在此不做赘述。此外，通过上述实施例1～4可以看出最终氧化铝的产率均高于90％，且碳酸钙精矿中氧化铝的含量均低于2％，由此可见通过上述方法能够很好的将含铝污泥中铝和钙进行分离，且具有较高的产率。
区别于现有技术的情况，本发明提供了一种含铝污泥中资源回收方法，通过控制生料中氧化钙与氧化铝的摩尔比，在熟料焙烧过程中将氧化铝完全转变为硫铝酸钙以及铝酸钙，后续经碳酸钠溶液浸出而实现铝和钙的分离，所得铝酸钠溶液可采用碳分工艺制备氢氧化铝，碳酸钠溶液可返回熟料浸出步骤循环利用；同时浸出渣经物理分选后获得碳酸钙精矿，可返回配矿步骤循环利用或者用于污水处理，从而实现了以闭路循环方式对含铝污泥中的铝、钙元素回收利用，处理成本显著降低。
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种含铝污泥中资源回收方法，其特征在于，其步骤依次包括：
S1、将含铝污泥和碳酸钙进行配矿，研磨后混合均匀，得到生料；
S2、将所述生料在1100~1400℃下焙烧20~60min得到熟料；
S3、将所述熟料研磨处理后加入碳酸钠溶液并浸出，得到浸出矿浆；
S4、将所述浸出矿浆进行固液分离，得到铝酸钠溶液和浸出渣；
S5、将所述铝酸钠溶液经碳分处理，得到氢氧化铝和碳酸钠溶液，所述碳酸钠溶液回流并再次进行步骤S3的浸出；
S6、将所述浸出渣经物理分选，得到尾矿和碳酸钙精矿，所述碳酸钙精矿再次用于步骤S1的配矿；
所述含铝污泥为铝型材加工处理酸洗废水时所产生的污泥，包含氧化钙、氧化铝以及硫酸钙；
所述生料中所含氧化钙与氧化铝的摩尔比1.0:1.0~1.3:1.0；
步骤S6中，所述物理分选为摇床重选或者水力分级。
2.根据权利要求1中所述的含铝污泥中资源回收方法，其特征在于，步骤S3中，所述熟料研磨处理具体为：将所述熟料通过研磨处理成粒径为-74μm的颗粒。
3.根据权利要求1中所述的含铝污泥中资源回收方法，其特征在于，步骤S3中，所述浸出的条件为：液固比为3~10，浸出温度为50~100℃，浸出时间为30~120min。
4.根据权利要求1所述含铝污泥中资源回收方法，其特征在于，步骤S5中，所述碳分条件为：反应温度为50~100℃，反应时间30~180min，二氧化碳浓度20~50%，通气速率50~100mL/min。
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