CN113441519A - 一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，包括以下步骤：S1.赤泥预处理：将赤泥加水进行搅拌，得到均一分散的赤泥浆，所述赤泥浆的含水率为50～65％；S2.将石灰乳加入到赤泥浆中，在80～110℃的温度下搅拌应1～5h进行钙化转型脱碱，然后加入絮凝剂，沉降得到赤泥浆；S3.将赤泥浆与石灰乳混合，然后导入高压反应釜中搅拌加热，温度升至70～110℃，反应15～40min，然后冷却、过滤、洗涤得到低碱赤泥；S4.将步骤S2和S3中的沉降溢流、洗涤水和压滤溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。该方法将常压脱碱和加压脱碱结合，不仅提高了脱碱效果，还缩短了脱碱时间。
Description
【技术领域】
本发明涉及氧化铝生产技术领域，具体涉及一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺。
【背景技术】
赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的尾渣，因其含有一定量的赤铁矿而成红色，故称之为赤泥。拜耳法赤泥是一种碱性污染源，矿物组成及化学成分较复杂。到目前为止，全国的赤泥累计堆存量保守估计已经超过了5亿t。由于拜耳法提铝工艺是采用强碱(NaOH)高温溶出铝土矿中氧化铝的过程，故该工艺产生的尾渣(拜耳法赤泥)中游离碱和结构碱含量均较高，同时几乎不含2CaO·SiO2等活性成分，很难直接应用于建材等行业。
目前，拜耳法赤泥的综合利用主要包括以下三个方面：一是制备建筑材料，如免烧砖、蒸压砖、陶粒等。二是提取其中的有价金属，如磁化焙烧选铁，酸浸提取钪、钛、钒等稀有金属哺。三是制备吸附材料，应用于废水处理。若能有效的脱除赤泥中的碱，那么赤泥就可应用于各个领域，同时可降低生产碱耗，降低生产成本。
由于赤泥碱含量过高，制约了其资源化、综合化利用，因此如何经济有效地实现赤泥脱碱是亟待解决的首要题。赤泥中氧化钠的回收方法大致可分为酸法和碱法。酸法是将酸性气体或盐酸等加入到赤泥浆中，沉淀分离二氧化硅后再回收氧化钠，因耗用酸性物质量较大而没有太大的实际应用价值。碱法即石灰脱碱法，随着石灰的加入，赤泥中物相发生的最主要的变化是钙离子取代了赤泥晶格中的钠离子(或碱金属离子)，钠离子等随溶液溶出，从而实现了脱碱。
碱法是现在赤泥脱碱的主要方法，现有的氧化铝生产溶出赤泥的处理装置存在赤泥与絮凝剂、石灰乳混合不充分处理效率低的问题。很难将赤泥进行有效的脱碱及回收，造成生产成本高、资源浪费。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，将常压脱碱和加压脱碱结合，不仅提高了脱碱效果，还缩短了脱碱时间。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，包括以下步骤：
S1.赤泥预处理：将赤泥加水进行搅拌，得到均一分散的赤泥浆，所述赤泥浆的含水率为50～65％。
S2.将石灰乳加入到赤泥浆中，在80～110℃的温度下搅拌应1～5h进行钙化转型脱碱，然后加入絮凝剂，沉降得到赤泥浆。
S3.将赤泥浆与石灰乳混合，然后导入高压反应釜中搅拌加热，温度升至70～110℃，反应15～40min，然后冷却、过滤、洗涤得到低碱赤泥。
S4.将步骤S2和S3中的沉降溢流、洗涤水和压滤溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
优选的，步骤S2中，控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为2～4:1。
优选的，步骤S2中，将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽底端的进料泵投入。
优选的，步骤S2中，将赤泥浆继续加入石灰乳进行重复脱碱反应1～2次。
优选的，步骤S3中，控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为1～3:1。
优选的，步骤S4中，所述低碱赤泥可以用作土壤改良剂或建筑材料原料。
拜耳法赤泥中主要物相为钠硅渣，钠硅渣中含有大量的氧化钠组分，其通用分子式为Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O。钠硅渣含量约占赤泥总量的30％-60％。向赤泥中添加石灰乳使钠硅渣转变为钙水化石榴石，其主要反应机理为：
Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O+xCa2++aq→(1-Y)Na2O·xCaO·Al2O3·1.7SiO2·nH2O+2Na++aq综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明的拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，将常压脱碱和加压脱碱结合，不仅提高了脱碱效果，还缩短了脱碱时间。
2.本发明的拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽底端的进料泵投入，可以提高石灰乳和赤泥浆的反应效率，因为通常石灰乳从上部加入，与石灰乳混合时间增长，且混合不均匀，影响反应效率，而从下部加入，可以加快反应速度，并可降低加入量。石灰乳加入反向洗涤槽中，影响絮凝剂的效果，造成赤泥颗粒絮凝效果差，影响沉降系统运行，因此，降低石灰乳加入量和反应结束后加入絮凝剂，聚能你提高絮凝效果。
3.本发明的拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，提高了铝土矿溶出后赤泥中碱的回收量，提高赤泥废物利用率，将进一步减少含碱赤泥的排放量，缓解赤泥堆存压力，利于环保。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
原料用铝业赤泥尾矿，赤泥中主要成分的质量百分含量为SiO2：23.85％，CaO：43.76％，Al2O3：4.57％，K2O：0.39％，Na2O：7.12％，MgO：0.49％，Fe2O3：8.23％。
实施例1
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，包括以下步骤：
S1.赤泥预处理：将赤泥加水进行搅拌，得到均一分散的赤泥浆，所述赤泥浆的含水率为50％。
S2.将石灰乳加入到赤泥浆中，在100℃的温度下搅拌应2h进行钙化转型脱碱，然后加入絮凝剂，沉降得到赤泥浆。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为2:1。将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽底端的进料泵投入。
S3.将赤泥浆与石灰乳混合，然后导入高压反应釜中搅拌加热，温度升至90℃，反应20min，然后冷却、过滤、洗涤得到低碱赤泥。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为2:1。
S4.将步骤S2和S3中的沉降溢流、洗涤水和压滤溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。所述低碱赤泥可以用作土壤改良剂。
实施例2
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.赤泥预处理：将赤泥加水进行搅拌，得到均一分散的赤泥浆，所述赤泥浆的含水率为65％。
S2.将石灰乳加入到赤泥浆中，在80℃的温度下搅拌应5h进行钙化转型脱碱，然后加入絮凝剂，沉降得到赤泥浆。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为4:1。将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽底端的进料泵投入。
S3.将赤泥浆与石灰乳混合，然后导入高压反应釜中搅拌加热，温度升至70℃，反应40min，然后冷却、过滤、洗涤得到低碱赤泥。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为4:1。
S4.将步骤S2和S3中的沉降溢流、洗涤水和压滤溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。所述低碱赤泥可以用作建筑材料原料。
实施例3
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，包括以下步骤：
S1.赤泥预处理：将赤泥加水进行搅拌，得到均一分散的赤泥浆，所述赤泥浆的含水率为55％。
S2.将石灰乳加入到赤泥浆中，在100℃的温度下搅拌应3h进行钙化转型脱碱，然后加入絮凝剂，沉降得到赤泥浆。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为2:1。将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽底端的进料泵投入。
S3.将赤泥浆与石灰乳混合，然后导入高压反应釜中搅拌加热，温度升至90℃，反应30min，然后冷却、过滤、洗涤得到低碱赤泥。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为3:1。
S4.将步骤S2和S3中的沉降溢流、洗涤水和压滤溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。所述低碱赤泥可以用作建筑材料原料。
实施例4
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，包括以下步骤：
S1.赤泥预处理：将赤泥加水进行搅拌，得到均一分散的赤泥浆，所述赤泥浆的含水率为55％。
S2.将石灰乳加入到赤泥浆中，在105℃的温度下搅拌应3h进行钙化转型脱碱，然后加入絮凝剂，沉降得到赤泥浆。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为2:1。将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽上端的进料泵投入。
S3.将赤泥浆与石灰乳混合，然后导入高压反应釜中搅拌加热，温度升至100℃，反应30min，然后冷却、过滤、洗涤得到低碱赤泥。控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为3:1。
S4.将步骤S2和S3中的沉降溢流、洗涤水和压滤溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。所述低碱赤泥可以用作建筑材料原料。
实施例5
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，与实施例3不同的是，步骤S2中，控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为3:1。
实施例6
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，与实施例3不同的是，步骤S2中，控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为4:1。
实施例7
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，与实施例3不同的是，步骤S2中，控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为5:1。
对比例1
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，与实施例3不同的是，不包括步骤S3。
对比例2
一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，与实施例3不同的是，不包括步骤S2。
实验验证
1.实验方法：分别采用实施例3-7和对比例1-2的方法进行脱碱。
2.检测方法：将低碱赤泥干燥后，采用原子吸光色谱测定氧化钠的含量。
3.检测结果：见表1。
表1 结果统计
从实施例、对比例和表1可以看出，本发明的拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，将常压脱碱和加压脱碱结合，不仅提高了脱碱效果，还缩短了脱碱时间。
实施例3-4可以看出，将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽底端的进料泵投入，可以提高脱碱率，是因为提高了混合和反应效率。
实施例3和实施例5-7可以看出，一定范围内提高石灰加入量，可以提高脱碱率，但是过高有不利影响，是因为，过多剩余的氧化钙会影响絮凝剂絮凝效果，从而降低溶液中碱含量。
实施例3和对比例1-2可以看出，将常压脱碱和加压脱碱结合，可以提高脱碱效果，单独常压脱碱时间较长，脱碱效果也略差，而单独的加压脱碱虽然时间较短，但是脱碱效果仍需提高，两者结合，则会显著减低低碱赤泥氧化钠含量，满足用作土壤改良剂和建筑材料原料使用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (6)
1.拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1.赤泥预处理：将赤泥加水进行搅拌，得到均一分散的赤泥浆，所述赤泥浆的含水率为50～65％；
S2.将石灰乳加入到赤泥浆中，在80～110℃的温度下搅拌应1～5h进行钙化转型脱碱，然后加入絮凝剂，沉降得到赤泥浆；
S3.将赤泥浆与石灰乳混合，然后导入高压反应釜中搅拌加热，温度升至70～110℃，反应15～40min，然后冷却、过滤、洗涤得到低碱赤泥；
S4.将步骤S2和S3中的沉降溢流、洗涤水和压滤溶液返回氧化铝生产流程，分离出的低碱赤泥送堆场堆存。
2.根据权利要求1所述的一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，其特征在于，步骤S2中，控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为2～4:1。
3.根据权利要求1所述的一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，其特征在于，步骤S2中，将赤泥浆通入沉降槽，然后将石灰乳通过沉降槽底端的进料泵投入。
4.根据权利要求1所述的一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，其特征在于，步骤S2中，将赤泥浆继续加入石灰乳进行重复脱碱反应1～2次。
5.根据权利要求1所述的一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，其特征在于，步骤S3中，控制石灰乳中CaO与赤泥中Na2O的重量比为1～3:1。
6.根据权利要求1所述的一种拜耳法赤泥脱碱及碱回收工艺，其特征在于，步骤S4中，所述低碱赤泥可以用作土壤改良剂或建筑材料原料。
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