CN113697819A - 一种赤泥高效资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种赤泥高效资源化利用方法，该方法包括研磨、水洗、酸浸溶出、保温陈化、循环酸浸溶出、聚合等工艺步骤，可以将赤泥中绝大部分的铝、硅、铁、钙等组分进行分离提取，并分别转化为硅胶、净水剂、石膏等产品，实现了赤泥的全量资源化利用。本发明提供的方法，可适用于各种类型的赤泥，同时具有工艺流程简单、工艺参数可控性好、经济效益好、无二次废弃物产生、容易实现工业化等优点，为赤泥的大规模减量化利用开辟了一个新途径。

Description

一种赤泥高效资源化利用方法
技术领域
本发明涉及一种赤泥高效资源化利用方法，属于固体废弃物资源化技术领域。
背景技术
赤泥是氧化铝生产过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物。按照氧化铝生产工艺的不同，赤泥又可分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥三种类型。据统计，每生产1吨氧化铝，拜耳法排放赤泥0.8～1.5吨，烧结法或联合法排放赤泥1.5～2.5吨。我国作为世界第一大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达7000万吨以上，绝大部分以筑坝堆存的方式进行处置，不仅占用了大量的土地资源，还易造成环境污染，并存在安全隐患。
为了解决赤泥的排放堆存问题，我国先后出台了《赤泥综合利用指导意见》、《工业绿色发展规划(2016-2020年)》、《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》等一系列相关政策，用于推动赤泥的综合利用。
近年来，国内学者针对赤泥的综合利用，开展了大量研究，并取得了众多成果。总体来说，赤泥的综合利用方法可以分为四类：一是提取铝、铁、钛、镓、钪等有价金属元素；二是制备水泥、砖等建筑材料；三是制备环境修复材料(；四是应用于农业领域，例如修复土壤、生产硅钙复合肥等。但现有上述方法存在成本高、工艺复杂、对不同类型赤泥适应性差、处理量小等问题，且多数处于实验室研究阶段。因此，我国赤泥的综合利用规模、综合利用率一直维持在较低水平。究其原因，是缺少一种适用于各种类型赤泥的具有减量化、无害化特点的高效资源化利用方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种赤泥高效资源化利用方法，能够使赤泥中绝大部分的铝、铁、硅、钙等有用成分提取出来，并转化为高附加值产品，从而实现赤泥的减量化、资源化和无害化。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种赤泥高效资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤1：将赤泥研磨处理，研磨后过筛得到赤泥粉末；
步骤2：将赤泥粉末用水反复清洗，洗去赤泥中的附着碱，过滤后得到清洗后的赤泥的固体；
步骤3：将清洗后的赤泥用硫酸溶液进行搅拌溶出；
步骤4：在步骤3中的溶液中通入空气进行曝气反应，曝气之后；过滤分离，得到一次滤液和滤渣，将滤渣干燥获得石膏；
步骤5：将一次滤液陈化一段时间，然后过滤分离，得到二次滤液和硅胶；二次滤液主要为含铝、铁、钠离子的酸性溶液；
步骤6：向二次滤液中加入浓硫酸，调整硫酸浓度至1～6mol/L后，循环进行步骤4和步骤5，以此进行一次循环酸浸溶出，得到循环酸浸溶出；
步骤7：将步骤6所得循环酸浸溶液加入双氧水，不断搅拌，并缓慢加入石灰乳，直至将循环酸浸溶液的pH值调节至1.5～4.5时，在一定温度条件下搅拌一定时间后过滤分离，得到聚合硫酸铝铁净水剂和石膏。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤1中，研磨后过筛为200～300目的筛网后的赤泥粉末，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥中的任一种、两种或三种的混合。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤2中，用水清洗后的pH值为中性，停止清洗。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤3中，硫酸溶液的浓度为1～6mol/L，所述硫酸溶液与赤泥按液固比为4～15:1进行加入，搅拌溶出时间为1～10min。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤4中，通入空气的流量为30～60mL/min，曝气反应时间为60～100min。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤4中，滤渣干燥的温度为60～80℃，时间为1～2h。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤5中，所述陈化在水浴中进行，水浴温度为常温～100℃，陈化时间0.5～10h。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤6中，浓硫酸的浓度为8～15mol/L，所涉及的相关工艺参数分别与步骤4和步骤5中的相应参数取值相同。
如上所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤7中，双氧水的加入量为次泥中亚铁离子的摩尔比为1：2，搅拌5～10min后，加入石灰乳。
所述的赤泥高效资源化利用方法，优选地，在步骤7中，所述石灰乳中Ca(OH)2的质量分数为10～40％；在45～95℃温度条件下搅拌0.5～5h。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的赤泥高效资源化利用方法，可将赤泥进行全量化处理，并将其中的铝、铁、硅、钙等有用成分转化为净水剂、硅胶、石膏等产品，实现赤泥的高效资源化利用。其中，硅胶既可直接用作保水剂，也可进一步加工成水玻璃、白炭黑等高附加值硅产品，应用范围广泛。
本发明提供的赤泥高效资源化利用方法，可适用于各种类型的赤泥，同时具有工艺流程简单、工艺参数可控性好、经济效益好、反应没有有害物质排出，也无二次废弃物产生、容易实现工业化等优点，为赤泥的大规模减量化利用开辟了一个新途径。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例中采用的赤泥为山西河津氧化铝厂的烧结法赤泥，通过常规化学测定方法测得其主要化学组分为：SiO2：30.53％，Al2O3：22.43％，Fe2O3：7.78％，CaO：27.25％，FeO：5.4％。
一种赤泥高效资源化利用方法，包括如下步骤：
步骤1：将赤泥进行研磨处理，研磨后过200目筛得到赤泥粉末，
步骤2：将赤泥粉末用水反复清洗，洗去赤泥中的附着碱，洗涤水的pH值为中性后，停止清洗，过滤后，弃去滤液，得清洗后的赤泥；
步骤3：按照液固比为4：1加入浓度为6mol/L的硫酸溶液加入清洗后的赤泥，将溶液进行搅拌溶出1min；
步骤4：之后通入空气进行曝气反应，通入空气的流量为速为40mL/min，曝气时间为100min之后；过滤分离，得到一次滤液和滤渣，将滤渣在80℃干燥90min获得石膏；其中，一次滤液主要为含硅、铝、铁、钠的酸性溶液；
硫酸溶液与赤泥中的主要组分发生如下反应：
Al2O3+3H2SO4+aq＝Al2(SO4)3+3H2O+aq
Fe2O3+3H2SO4+aq＝Fe2(SO4)3+3H2O+aq
CaO+H2SO4+aq＝CaSO4↓+H2O+aq
SiO2+2H2O+aq＝H4SiO4+aq
FeO+H2SO4+aq＝FeSO4+H2O+aq
当通入空气时，发生氧化反应：FeSO4+O2→Fe2(SO4)3；
根据土壤阳离子交换顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Na+
置换反应：Fe2(SO4)3+[Na+，Al3+，Ca2+]·RM→Na2SO4+Al2(SO4)3+[Fe3+]·RM↓+CaSO4↓；
步骤5：将一次滤液置于温度为常温下陈化8h，然后过滤分离，得到二次滤液和硅胶；二次滤液主要为含铝、铁、钠离子的酸性溶液；
一次滤液陈化时，原硅酸(H4SiO4)会逐渐聚合，形成二聚物、三聚物、环聚物，直至凝聚成硅胶。硅胶以二氧化硅为骨架形成三维网状结构，包裹着大量的水，具有优异的吸水和保水性能。
步骤6：向二次滤液中加入12mol/L的浓硫酸，调整硫酸浓度至6mol/L后，循环进行步骤4和步骤5，以此进行一次循环酸浸溶出，得到循环酸浸溶液；
步骤7：将步骤6所得循环酸浸溶液加入双氧水，双氧水的加入量为次泥中亚铁离子的摩尔比为1：2，不断搅拌，并缓慢加入Ca(OH)2质量分数为10％的石灰乳，将循环酸浸溶液的pH调节至1.5，在95℃温度条件下搅拌60min后，过滤分离，得到聚合硫酸铝铁净水剂和石膏。
双氧水的目的是增大n(Fe3+)，涉及的反应离子方程式为：
H2O2+2Fe2++2H+＝2H2O+2Fe3+
循环酸浸溶液在加入石灰乳调节pH值时，溶液中的硫酸铝和硫酸铁会发生水解-聚合反应，形成聚合硫酸铝铁。
水解阶段的反应方程式：
2Al2(SO4)3+2nH2O+aq＝2Al2(OH)n(SO4)3-n/2+nH2SO4+aq
2Fe2(SO4)3+2nH2O+aq＝2Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+nH2SO4+aq
聚合阶段的反应方程式：
m[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]+aq＝[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m+aq
m[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+aq＝[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m+aq
步骤8：将三次滤液中加入双氧水，获得聚合硫酸铝铁净水剂和熟石膏，加入水后过滤，获得聚合硫酸铝铁净水剂。
本实施例中，步骤4所得石膏的主要成分为：CaO：33.5％，SO3：49.51％，烧失：6.5％；步骤5所得硅胶烘干后的主要成分为：SiO2：93.21％，烧失：5.0％；步骤7所得净水剂的Al2O3和Fe2O3含量为15.2％，盐基度为35％，常温下的密度为1300g/mL，pH值1.8；步骤7所得石膏的主要成分为：CaO：37.24％，SO3：53.42％，烧失：7.8％；以上产品均能满足相关行业标准。
实施例2
本实施例中采用的赤泥为山西河津氧化铝厂的拜耳法赤泥，通过常规化学测定方法测得其主要化学组分为：SiO2：19.64％，Al2O3：25.66％，Fe2O3：4.58％，CaO：12.1％，FeO：5.4％，Na2O：8.54％。
一种赤泥高效资源化利用方法，包括如下步骤：
步骤1：将赤泥研磨处理，研磨后过250目筛得到赤泥粉末，
步骤2：将赤泥粉末用水反复清洗，洗去赤泥中的附着碱；过滤后，弃去滤液，得清洗后的赤泥；
步骤3：按照液固比为15，将清洗后的赤泥用浓度为1mol/L的硫酸溶液搅拌溶出10min；
步骤4：通入空气进行曝气反应，通入空气的流量为速为50mL/min，曝气时间为90min之后；过滤分离，得到一次滤液和滤渣，将滤渣在65℃干燥1.5h获得石膏；其中，一次滤液主要为含硅、铝、铁、钠的酸性溶液；
步骤5：将一次滤液置于温度为常温下陈化10h，然后过滤分离，得到二次滤液和硅胶；二次滤液主要为含铝、铁、钠离子的酸性溶液；
步骤6：向二次滤液中加入硫酸，调整硫酸浓度至1mol/L后，循环进行步骤4和步骤5，以此进行一次循环酸浸溶出，得到循环酸浸溶出；
步骤7：将步骤6所得循环酸浸溶液不断搅拌，加入双氧水，双氧水的加入量为次泥中亚铁离子的摩尔比为1：2，搅拌8min后，并缓慢加入Ca(OH)2质量分数为40％的石灰乳，将循环酸浸溶液的pH值调节至3，过滤分离，得到聚合硫酸铝铁净水剂和石膏。
本实施例中，步骤4所得石膏的主要成分为：CaO：30.38％，SO3：45.69％，烧失：9.8％；步骤5所得硅胶烘干后的主要成分为：SiO2：92.0％，烧失：7.7％；步骤7所得净水剂的Al2O3和Fe2O3含量为6.14％，盐基度为47％，常温下的密度为1340g/mL，pH值4.5；步骤7所得石膏的主要成分为：CaO：35.78％，SO3：52.73％，烧失：10.6％；以上产品均能满足相关行业标准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种赤泥高效资源化利用方法，包括以下步骤：
步骤1：将赤泥研磨处理，研磨后过筛得到赤泥粉末；
步骤2：将赤泥粉末用水反复清洗，洗去赤泥中的附着碱，过滤后得到清洗后的赤泥的固体；
步骤3：将清洗后的赤泥用硫酸溶液进行搅拌溶出；
步骤4：在步骤3中的溶液中通入空气进行曝气反应，曝气之后；过滤分离，得到一次滤液和滤渣，将滤渣干燥获得石膏；
步骤5：将一次滤液保温陈化一段时间，然后过滤分离，得到二次滤液和硅胶；二次滤液主要为含铝、铁、钠离子的酸性溶液；
步骤6：向二次滤液中加入浓硫酸，调整硫酸浓度至1～6mol/L后，循环进行步骤4和步骤5，以此进行一次循环酸浸溶出，得到循环酸浸溶出；
步骤7：将步骤6所得循环酸浸溶液加入双氧水，不断搅拌，并缓慢加入石灰乳，直至将循环酸浸溶液的pH值调节至1.5～4.5时，在一定温度条件下搅拌一定时间后过滤分离，得到聚合硫酸铝铁净水剂和石膏。
2.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤1中，研磨后过筛为200～300目的筛网后的赤泥粉末，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥中的任一种、两种或三种的混合。
3.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤2中，用水清洗后的pH值为中性，停止清洗。
4.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，
在步骤3中，硫酸溶液的浓度为1～6mol/L，所述硫酸溶液与赤泥按液固比为4～15:1进行加入，搅拌溶出时间为1～10min。
5.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤4中，通入空气的流量为30～60mL/min，曝气反应时间为60～100min。
6.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤4中，滤渣干燥的温度为60～80℃，时间为1～2h。
7.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤5中，所述陈化在水浴中进行，水浴温度为常温～100℃，陈化时间0.5～10h。
8.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤6中，浓硫酸的浓度为8～15mol/L，所涉及的相关工艺参数分别与步骤4和步骤5中的相应参数取值相同。
9.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤7中，双氧水的加入量为次泥中亚铁离子的摩尔比为1：2，搅拌5～10min后，加入石灰乳。
10.如权利要求1所述的赤泥高效资源化利用方法，其特征在于，在步骤7中，所述石灰乳中Ca(OH)2的质量分数为10～40％；在45～95℃温度条件下搅拌0.5～5h。
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