CN114804794B - 一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂及其制备方法和应用，该氯离子固化剂的原料组成包括特定配比的活性氧化铝矿物掺合料、高钙粉煤灰、三价金属盐和水，经特定工艺制备而成。该氯离子固化剂用于氨碱法碱渣浆料固化时，固化3天即可达到60％以上的氯离子固化率，固化效率高。

Description

一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及固废处理技术领域，具体涉及一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂及其制备方法和应用。
背景技术
纯碱是最重要的基础化工原料之一，被称为“化工之母”。目前，世界上主要有三种纯碱生产方法，分别为氨碱法、联碱法和天然碱法。大型企业主要以氨碱法为主。
氨碱法制碱会产生大量废渣废液，生产每吨纯碱约排放10m3废液，固渣含量3％～5％，以固液混合白色膏泥排放。全国每年排放的碱渣近2000 万吨，一般均采用地表堆积的处理方式。但是，废液的pH值、悬浮物含量、氯含量等不符合环境保护的要求，造成海域不同程度的污染和淤塞，水产业生态环境会受到影响。废渣沉积占用土地或海岸会造成“白海”，已成为制约世界上纯碱工业发展的一大难题。国内外有不少工厂因无法解决“白海”或废液渗入地下和海洋造成污染而被迫关闭。
其中，氨碱法制碱形成的碱渣是一种孔隙大、颗粒细的固体废弃物，粒径通常2～5μm，聚集直径15～25μm。碱渣溶液呈碱性，pH值10～12.5，具有高碱性、高氯离子含量的特点，在对碱渣进行资源化利用时容易导致腐蚀问题。
目前，碱渣除氯的主要方法是水洗除氯，采用淡水或海水作为洗涤处理剂去除碱渣中的氯离子，但需要多次水洗，并耗用大量的水，水洗效率较低，严重影响其资源化应用。因此，如何去除氨碱法碱渣中的大量氯离子依然是一个世界性难题。
发明内容
基于此，有必要提供一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂及其制备方法和应用，能够显著提升氯离子固化效率。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法，包括如下步骤：将活性氧化铝矿物掺合料20～40份、高钙粉煤灰40～65份和水50～100份均匀混合，形成混合物料A；采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料进行干燥，得干燥产物B；对所述干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C；将产物C与三价金属硝酸盐10～20份混合，搅拌反应，即得氯离子固化剂。
在其中一些实施例中，所述干燥的步骤为：于65±5℃条件下真空干燥 24～28h。
在其中一些实施例中，所述搅拌反应的时间为5～10min。
在其中一些实施例中，活性氧化铝矿物掺合料、高钙粉煤灰、水和三价金属盐的用量比为33～35:60～65:55～65:16～20。
在其中一些实施例中，所述活性氧化铝矿物掺合料选自铝酸盐水泥、铝酸钙及偏高岭土中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述高钙粉煤灰中，氧化钙含量大于或等于10％。
在其中一些实施例中，所述三价金属硝酸盐选自硝酸铝、硝酸铁中的至少一种。
本发明还可以提供上述制备方法制备而成的氨碱法碱渣用氯离子固化剂。
本发明还可以提供上述氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法以及上述氨碱法碱渣用氯离子固化剂在氨碱法碱渣料浆固化中的应用。
本发明提供一种氨碱法碱渣料浆中氯离子固化的方法，包括如下步骤：提供10～20％的碱渣浆液；向所述碱渣浆液中加入上述氯离子固化剂，掺加量为20～40％，搅拌均匀，反应固化。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与常规水洗碱渣除氯的方法相比，本发明氯离子固化剂采用特定配比的活性氧化铝矿物掺合料、高钙粉煤灰、三价金属盐和水经特定工艺制备而成，用于氨碱法碱渣浆料固化时，固化3天即可达接近60％以上的氯离子固化率，固化效率高，可以有效降低碱渣中氯离子含量，解决碱渣作为建筑材料等资源化利用的难题。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。
以下各实施例，仅用于说明本发明，但不止用来限制本发明的范围。基于本发明中的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的情况下，所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明实施例中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品；在本发明实施例中，若未具体指明，所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
关键原料来源：
高钙粉煤灰是燃煤电厂褐煤或次烟煤煅烧排出的固体废物，氧化钙含量大于或等于10％。
经大量检测研究发现：
氨碱法碱渣中主要水不溶性成分为CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2、CaSO4，还含少量的Al2O3、Fe2O3、SiO2等，总含量在60％～80％。易溶性盐主要成分是CaC12、NaC1等，含量在10％-30％，其中氯化钙占易溶性盐的80％～90％。此外，碱渣中还含有6％～l0％的酸不溶物。本发明固化试验采用的氨碱法碱渣的固含量为15±5％。
本发明固化碱渣浆料中大量氯离子的技术原理是：采用湿磨的方法，使活性氧化铝矿物掺合料中的2CaO·Al2O3(C2A)、CaO·Al2O3(CA)等成分与高钙粉煤灰中的CaO在液相中经机械力作用后迅速发生水化反应，并在真空干燥过程中持续发生反应，生成结晶水化产物3CaO·Al2O3·10H2O (C3AH6)和Al2O3·3H2O(AH3)等。将制备获取的氯离子固化剂加入浓度为10％～20％的碱渣浆液中，C3AH6在高浓度氯化钙、氢氧化钙的碱渣浆液中反应，生成含氯铝酸钙盐不溶物，常见如Friedel's盐(Fs， [Ca2Al(OH)6]Cl·2H2O)和Kuzel's盐(Ks，[Ca2Al(OH)6](SO4)1/4Cl1/2·2.5H2O)。高钙粉煤灰受碱渣浆液中的氢氧化钙激发，发生火山灰反应，反应产物如水化硅酸钙凝胶、水化铝酸钙、水化硅铝酸钙、水化氯铝酸钙、水化硫铝酸钙等，通过物理吸附的方式吸附氯离子。三价金属硝酸盐与碱渣中的氯化钙在碱性碱渣浆液中发生共沉淀反应，形成含有氯离子插层的层状双金属氢氧化物(Ca-Al-Cl LDHs、Ca-Fe-Cl LDHs)，从而综合实现对氯离子的固化。
下面举例说明：
实施例1
本实施例提供一种固化剂，其制备方法包括如下步骤：
S1，将活性氧化铝矿物掺合料铝酸钙20份、高钙粉煤灰60份和水60 份均匀混合，形成混合物料A。
S2，采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料置于65±5℃干燥24～28h，得干燥产物B。
S3，进一步对干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C。
S4，将产物C与三价金属盐硝酸铝20份混合，搅拌反应5～10min，得氯离子固化剂。
实施例2
本实施例提供一种固化剂，其制备方法包括如下步骤：
S1，将活性氧化铝矿物掺合料铝酸钙40份、高钙粉煤灰50份和水90 份均匀混合，形成混合物料A。
S2，采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料置于65±5℃干燥24～28h，得干燥产物B。
S3，进一步对干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C。
S4，将产物C与三价金属盐硝酸铁10份混合，搅拌反应5～10min，得氯离子固化剂。
实施例3
本实施例提供一种固化剂，其制备方法包括如下步骤：
S1，将活性氧化铝矿物掺合料偏高岭土40份、高钙粉煤灰40份和水 80份均匀混合，形成混合物料A。
S2，采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料置于65±5℃干燥24～28h，得干燥产物B。
S3，进一步对干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C。
S4，将产物C与三价金属盐硝酸铁20份混合，搅拌反应5～10min，得氯离子固化剂。
实施例4
本实施例提供一种固化剂，其制备方法包括如下步骤：
S1，将活性氧化铝矿物掺合料铝酸盐水泥30份、高钙粉煤灰55份和水70份均匀混合，形成混合物料A。
S2，采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料置于65±5℃干燥24～28h，得干燥产物B。
S3，进一步对干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C。
S4，将产物C与三价金属盐硝酸铝15份混合，搅拌反应5～10min，得氯离子固化剂。
实施例5
本实施例提供一种固化剂，其制备方法包括如下步骤：
S1，将活性氧化铝矿物掺合料铝酸盐水泥37份、高钙粉煤灰51份和水 73份均匀混合，形成混合物料A。
S2，采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料置于65±5℃干燥24～28h，得干燥产物B。
S3，进一步对干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C。
S4，将产物C与三价金属盐(硝酸铝和硝酸铁用量比1:2)12份混合，搅拌反应5～10min，得氯离子固化剂。
实施例6
本实施例提供一种固化剂，其制备方法包括如下步骤：
S1，将活性氧化铝矿物掺合料铝酸盐水泥34份、高钙粉煤灰61份和水 60份均匀混合，形成混合物料A。
S2，采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料置于65±5℃干燥24～28h，得干燥产物B。
S3，进一步对干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C。
S4，将产物C与三价金属盐(硝酸铝和硝酸铁用量比1:1)18份混合，搅拌反应5～10min，得氯离子固化剂。
对比例1
本对比例提供一种固化剂，其直接采用实施例1制备的干燥产物B作为氯离子固化剂。
对比例2
本对比例提供一种固化剂，其直接直接采用铝酸钙20份、高钙粉煤灰 80份、水60份以及硝酸铝20份进行简单混合、磨细制备而成。
对比例3
本对比例提供一种固化剂，其与实施例1的制备方法基本相同，区别仅在于：铝酸钙6份、高钙粉煤灰74份、水60份以及硝酸铝30份。
对比例4
本对比例提供一种固化剂，其与实施例1的制备方法基本相同，区别仅在于：铝酸钙55份、高钙粉煤灰25份、水60份以及硝酸铝3份。
分别采用实施例1至6以及对比例1至4的固化剂用于固含量15±5％的碱渣碱液的固化试验，掺量为20～40％，参照国家标准GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》中关于氯离子含量的测试方法，统计一周内氯离子的固化率，结果统计见下表：
Figure BDA0003667363560000071
Figure BDA0003667363560000081
由上表可以看出，与对比例1至4相比，实施例1至6的固化剂用于固含量15±5％的碱渣浆液时对氯离子的固化效果更好。尤其是，实施例6的固化剂在30％～40％掺加量情况下，一周内可达80％以上的氯离子固化率。
在此有必要指出的是，以上实施例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和说明，并不是对本发明的技术方案的进一步的限制，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将活性氧化铝矿物掺合料20～40份、高钙粉煤灰40～65份和水50～100份均匀混合，形成混合物料A；所述活性氧化铝矿物掺合料选自铝酸盐水泥、铝酸钙及偏高岭土中的至少一种；
采用湿法研磨混合物料A，磨细同时进行反应，将反应后的物料进行干燥，得干燥产物B；
对所述干燥产物B进行破碎，粉磨，得产物C；
将产物C与三价金属硝酸盐10～20份混合，所述三价金属硝酸盐选自硝酸铝、硝酸铁中的至少一种，搅拌反应，即得氯离子固化剂。
2.根据权利要求1所述的氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥的步骤为：于65±5℃条件下真空干燥24～28h。
3.根据权利要求1所述的氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，所述搅拌反应的时间为5～10min。
4.根据权利要求1至3任一项所述的氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，活性氧化铝矿物掺合料、高钙粉煤灰、水和三价金属硝酸盐的用量比为33～35:60～65:55～65:16～20。
5.根据权利要求1至3任一项所述的氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法，其特征在于，所述高钙粉煤灰中，氧化钙含量大于或等于10％。
6.由权利要求1至5任一项所述的制备方法制备而成的氨碱法碱渣用氯离子固化剂。
7.权利要求1至5任一项所述的氨碱法碱渣用氯离子固化剂的制备方法以及权利要求6所述的氨碱法碱渣用氯离子固化剂在氨碱法碱渣料浆固化中的应用。
8.一种氨碱法碱渣料浆中氯离子固化的方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供10～20％的碱渣浆液；
向所述碱渣浆液中加入权利要求6所述的氯离子固化剂，掺加量为20～40％，搅拌均匀，反应固化。
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