CN114195342A - 一种双搅拌电解过滤装置及赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双搅拌电解过滤装置及赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法。双搅拌电解过滤装置包括槽体，槽体中部设有多孔过滤板，多孔过滤板的上部为阳极区矿浆电解池，下部为阴极区储液池；阳极区矿浆电解池的内部设有阳极双搅拌装置，阴极区储液池的顶部设有阴极多孔过滤板。该装置用于赤泥脱碱过程，在其双搅拌作用下通过电极过程与非电极过程的瞬间动态平衡实现强化赤泥脱碱，在电场驱动、负压和重力驱动的协同作用下一步实现赤泥脱碱、苛性碱回收以及液固分离，该装置简单、处理赤泥效率高，有利于推广使用。

Description

一种双搅拌电解过滤装置及赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法
技术领域
本发明涉及一种电解装置，还涉及一种利用电解装置实现赤泥脱碱的方法，具体涉及一种双搅拌电解过滤装置以及利用双搅拌电解过滤装置实现赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法，属于赤泥脱碱技术领域。
背景技术
赤泥是铝土矿生产氧化铝产生的碱性固体废渣，平均每生产1吨氧化铝可产生1～1.5吨赤泥。据工信部2019年统计，我国赤泥累积堆存量已超过11亿吨，并以每年9000万吨的速度增长。赤泥具有强碱性，尤其是高温强碱下溶出产生的拜耳法赤泥，在拜耳法流程洗涤后依然以游离碱和结构碱的形式携带了5～12％的Na2O，难以直接利用。目前国内赤泥通常排放至赤泥坝堆存，大量赤泥长期堆存，不但占用大量土地，还存在赤泥库溃坝、土壤及水污染等风险。电化学手段在现有赤泥脱碱领域应用的不多。徐洁等利用电渗析装置对赤泥库废水进行脱盐、浓缩，获得了较好的效果。但是该装置使用比较昂贵的阴、阳离子交换膜，赤泥废水中的微细颗粒易造成膜的堵塞，同时该装置只能用于处理赤泥浸出液，无法直接处理赤泥矿浆。
发明内容
针对现有技术中赤泥电化学脱碱的技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种双搅拌电解过滤装置，该装置避免了使用隔膜，克服了传统电化学脱碱过程隔膜易堵塞的技术瓶颈，且该装置在双搅拌作用下通过电极过程与非电极过程的瞬间动态平衡实现强化赤泥脱碱，在电场驱动、负压和重力驱动的协同作用下一步实现赤泥脱碱、苛性碱回收以及液固分离，该装置简单、处理赤泥效率高，有利于推广使用。
本发明的第二个目的是在于提供一种赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法，该方法是基于双搅拌电解过滤装置实现，该方法能实现赤泥的快速、高效脱碱，且一步实现赤泥脱碱、苛性碱回收以及液固分离，过程简单，处理效率高，有利于大规模工业化生产。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种双搅拌电解过滤装置，该装置包括槽体；所述槽体中部设有多孔过滤板，所述多孔过滤板的上部为阳极区矿浆电解池，下部为阴极区储液池；所述阳极区矿浆电解池的内部设有阳极双搅拌装置；所述阴极区储液池的顶部设有阴极多孔过滤板。
本发明的双搅拌电解过滤装置是专门针对赤泥脱碱过程而设计，主要是在于阳极区与阴极区的上下分区设计，以及采用双搅拌装置，并且阳极设计成双搅拌装置，阴极设计成多孔过滤板，在赤泥脱碱过程中，在双搅拌作用下通过电极过程与非电极过程的瞬间动态平衡实现强化赤泥脱碱，在电场驱动、负压和重力驱动的协同作用下一步实现赤泥脱碱、苛性碱回收以及液固分离。
作为一个优选的方案，所述阳极双搅拌装置包括两组平行且逆向搅拌的搅拌器。优选的阳极双搅拌装置采用逆向双搅拌对流驱动，在加强浆料混合和瞬间动态平衡、削弱浓差极化的同时，为黏性赤泥矿浆向下输送提供动力来源。
作为一个优选的方案，所述搅拌器包括支撑杆及与支撑杆底部固定连接的惰性阳极搅拌桨。优选的方案将阳极设计为惰性阳极搅拌桨有利于将阳极表面及附近产生的H+快速扩散，并强化与赤泥中Na+的置换过程。
作为一个较优选的方案，所述支撑杆内部为金属导电内芯，所述金属导电内芯与电源正极连接。
作为一个较优选的方案，所述阴极多孔过滤板通过槽体内设置的导线与电源负极相连。
作为一个优选的方案，所述惰性阳极搅拌桨由金属铂或金属金构成，或者由包含钌铱镀层、铱钽镀层或铂金镀层的金属钛构成。
作为一个优选的方案，所述多孔过滤板上下两侧设有密封橡胶垫片。通过设置密封橡胶垫圈有利于保证阴极区储液池的密封性。
作为一个优选的方案，所述阴极区储液池设有真空控制系统。通过阴极区储液池设置真空系统，能够产生负压促进阳极区矿浆电解池中赤泥浆液的固液分离，滤液在重力和负压作用下快速通过多孔过滤板及阴极多孔过滤板，进入阴极区储液池。
本发明的阳极双搅拌装置中槽体由绝缘材料构成。
本发明的阳极双搅拌装置中多孔过滤板由绝缘材料构成。
本发明的阳极双搅拌装置中阴极多孔过滤板由不锈钢材料构成。
本发明还提供了一种赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法，该方法是使用双搅拌电解过滤装置实现赤泥脱碱协同苛性碱回收。
作为一个优选的方案，开启双搅拌电解过滤装置的阳极双搅拌装置及真空控制系统，同时接通直流电源与惰性阳极搅拌桨及阴极多孔过滤板；将赤泥调成浆料后加入至阳极区矿浆电解池内，惰性阳极搅拌桨表面的水电解产生H+将赤泥中Na+置换进入浆料，浆料在负压作用下通过多孔过滤板，赤泥被截留在多孔过滤板上，而Na+溶液继续通过阴极多孔过滤板，与阴极多孔过滤板表面水电解产生的OH-反应生成苛性碱，进入阴极区储液池。
作为一个优选的方案，所述阳极双搅拌装置控制搅拌速率为30～60r/min。
作为一个优选的方案，所述直流电源初始电压控制为60～80V，电流密度为0.5～1.5A/cm2。
相对现有技术，本发明技术方案具有如下优势：
(1)本发明利用双搅拌电解过滤装置对赤泥进行脱碱，与其他赤泥脱碱方法比较，不需要提供额外试剂，也不产生钠盐稀溶液二次废物，工艺清洁、环保；
(2)本发明的双搅拌电解过滤装置在惰性阳极发生水的氧化反应产生并释放H+，通过双搅拌结构设计不断向赤泥矿浆输送进行赤泥脱碱。脱碱赤泥被多孔过滤板拦截，不锈钢阴极采用多孔设计使滤液中的水在阴极区发电还原反应释放OH-，通过负压和重力作用快速与电解系统分离，避免了使用价格昂贵的离子交换膜和隔膜处理矿浆时易造成的堵问题，有利于工业化推广。
(3)本发明的双搅拌电解过滤装置采用逆向双搅拌对流驱动，在加强混合和瞬间动态平衡、削弱浓差极化的同时，为黏性赤泥矿浆向下输送提供动力来源。
(4)本发明双搅拌电解过滤装置可广泛应用于赤泥等碱性浸出渣脱碱和苛性碱的回收，该装置在对调、更换阴阳极后还可用于酸性浸出渣脱酸和游离酸的回收。
(5)本发明的双搅拌电解过滤装置用于赤泥脱碱过程中充分利用了水电解电极反应和酸置换非电极反应过程的瞬间动态平衡，反应时间短，处理效率高，该装置实现了赤泥脱碱–苛性碱回收—液固分离一体化。
附图说明
图1为本发明的双搅拌电解过滤装置结构示意图：
1-阳极区矿浆电解池，2-支撑杆，3-惰性阳极搅拌桨，4-槽体，5-密封垫片，6-多孔过滤板，7-阴极多孔过滤板，8-阴极区储液池，9-真空控制系统。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
本发明提供的双搅拌电解过滤装置的结构示意图如图1所示。所述双搅拌电解过滤装置具有一体化结构，包括绝缘槽体4，绝缘槽体的中部通过设置绝缘多孔过滤板6将绝缘槽体分隔为上下两个区域，上部为阳极区矿浆电解池1和下部为阴极区储液池8，所述多孔过滤板上下两侧设有密封橡胶垫片以用于保证阴极区储液池的密封性。阳极区矿浆电解池内设有阳极双搅拌装置，阳极双搅拌装置包括两组平行且逆向搅拌的搅拌器，搅拌器由支撑杆2和铂阳极搅拌桨3构成，支撑杆底部固定连接的惰性阳极搅拌桨，支撑杆的另外一端与传动设备电机相连；所述支撑杆内部为铜内芯，铜内芯与电源正极连接。所述阴极区储液池的顶部设有不锈钢阴极多孔过滤板7，不锈钢阴极多孔过滤板靠近绝缘多孔过滤板处安装，不锈钢阴极多孔过滤板通过槽体内嵌入导线接入直流电源负极；绝缘多孔过滤板和不锈钢阴极多孔过滤板都起到液固分离作用，且不锈钢阴极多孔过滤板还用于电解产生苛性碱。所述阴极区储液池还设有真空控制系统9，用于抽真空和排出阴极区储液池电解过程中产生的气体。
本发明的双搅拌电解过滤装置用于赤泥脱碱的原理和过程：
本发明的双搅拌电解过滤装置中惰性阳极搅拌桨通过支撑杆的金属导电内芯接入直流电源正极，不锈钢阴极多孔过滤板通过槽体内嵌入导线接入直流电源负极，而当将赤泥浆料加入阳极区矿浆电解池内即可将正负极及直流电源形成闭合回路，施加直流电源即可开始电解过程。开启阳极双搅拌装置，两个惰性阳极搅拌桨垂直向相反方向旋转，惰性阳极搅拌桨表面及附近水分子失电子产生O2和H+，O2在敞开体系得以释放，H+则在搅拌强化作用下快速扩散进入赤泥浆料体系置换赤泥中的Na+，使游离Na+进入赤泥浆料，赤泥浆料在本身重力以及来自阴极区储液池的负压作用下先通过绝缘多孔过滤板，赤泥被截留，而含Na+的溶液向不锈钢阴极多孔过滤板迁移，在电解作用下，不锈钢阴极多孔过滤板表面积附近的水分子得电子生成H2和OH-，产生的H2通过真空控制系统(9)抽离装置，产生OH–与Na+在滤液流体重力和负压真空作用下快速抽离电解体系进入阴极区储液池，完成苛性碱回收和液固分离。
除特殊说明外，以下实施例中百分比含量均为质量百分比。
以下实施例是采用双搅拌电解过滤装置用于赤泥脱碱的应用实施例。
实施例1
原料用山东某氧化铝厂拜耳法赤泥，各成分主要含量Fe2O3含量33.42％，Al2O3含量23.02％，Na2O含量8.61％，TiO2含量7.02％，CaO含量2.028％。
将0.2kg赤泥、2kg水混合形成赤泥矿浆放置于阳极区矿浆电解池中，在40r/min搅拌转速下搅拌电解，控制直流电源初始电压为72V，恒定电流密度1A/cm2，真空抽压为0.08MPa。电解过滤完成后，分析滤渣赤泥和滤液，脱碱后的赤泥固相Na2O含量2.32％，回收滤液pH为12.56，Na含量为5.28g/L。
实施例2
原料用山东某氧化铝厂拜耳法赤泥，各成分主要含量Fe2O3含量33.42％，Al2O3含量23.02％，Na2O含量8.61％，TiO2含量7.02％，CaO含量2.028％。
将0.2kg赤泥、2kg水混合形成赤泥矿浆放置于阳极区矿浆电解池中，在40r/min搅拌转速下搅拌电解，控制直流电源初始电压为72V，恒定电流密度1.5A/cm2，真空抽压为0.08MPa。电解过滤完成后，分析滤渣赤泥和滤液，脱碱后的赤泥固相Na2O含量2.06％，回收滤液pH为12.68，Na含量为6.88g/L。
实施例3
原料用山西某铝业公司拜耳法赤泥，各成分主要含量Na2O 13.08％，SiO219.75％，Al2O3 31.68％，CaO 10.23％，Fe2O3 4.67％。
将0.2kg赤泥、2kg水混合形成赤泥矿浆放置于阳极区矿浆电解池中，在50r/min搅拌转速下搅拌电解，控制初始电压为72V，电流密度1A/cm2，真空抽压为0.08MPa。电解过滤完成后，分析滤渣赤泥和滤液，脱碱后的赤泥固相Na2O含量3.84％，回收滤液pH为12.68，Na含量为3.75g/L。

Claims (10)

1.一种双搅拌电解过滤装置，其特征在于：包括槽体(4)；所述槽体中部设有多孔过滤板(6)，所述多孔过滤板的上部为阳极区矿浆电解池(1)，下部为阴极区储液池(8)；所述阳极区矿浆电解池的内部设有阳极双搅拌装置；所述阴极区储液池的顶部设有阴极多孔过滤板(7)。
2.根据权利要求1所述的一种双搅拌电解过滤装置，其特征在于：所述阳极双搅拌装置包括两组平行且逆向搅拌的搅拌器。
3.根据权利要求2所述的一种双搅拌电解过滤装置，其特征在于：所述搅拌器包括支撑杆(2)及与支撑杆底部固定连接的惰性阳极搅拌桨(3)。
4.根据权利要求3所述的一种双搅拌电解过滤装置，其特征在于：所述支撑杆内部为金属导电内芯，所述金属导电内芯与电源正极连接。
5.根据权利要求3所述的一种双搅拌电解过滤装置，其特征在于：所述惰性阳极搅拌桨由金属铂或金属金构成，或者由包含钌铱镀层、铱钽镀层或铂金镀层的金属钛构成。
6.根据权利要求1所述的一种双搅拌电解过滤装置，其特征在于：所述多孔过滤板上下两侧设有密封橡胶垫片(5)。
7.根据权利要求1所述的一种双搅拌电解过滤装置，其特征在于：所述阴极区储液池设有真空控制系统(9)。
8.一种赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法，其特征在于：使用权利要求1～7任一项所述的双搅拌电解过滤装置实现赤泥脱碱协同苛性碱回收。
9.根据权利要求8所述的一种赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法，其特征在于：开启双搅拌电解过滤装置的阳极双搅拌装置及真空控制系统，同时接通直流电源与惰性阳极搅拌桨及阴极多孔过滤板；将赤泥调成浆料后加入至阳极区矿浆电解池内，惰性阳极搅拌桨表面的水电解产生H+将赤泥中Na+置换进入浆料，浆料在负压作用下通过多孔过滤板，赤泥被截留在多孔过滤板上，而Na+溶液继续通过阴极多孔过滤板，与阴极多孔过滤板表面的水电解产生的OH-反应生成苛性碱，进入阴极区储液池。
10.根据权利要求8所述的一种赤泥脱碱协同苛性碱回收的方法，其特征在于：
所述阳极双搅拌装置控制搅拌速率为30～60r/min；
所述直流电源初始电压控制为60～80V，电流密度为0.5～1.5A/cm2。
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