CN219567596U - 氧化铝赤泥回收利用的设备 - Google Patents

Abstract

一种氧化铝赤泥回收利用的设备，是溶解分离赤泥中的氧化铝、氧化铁及有用资源回收的设备，其特征在于：它包括若干个反应器、分离设备及附属的储罐、加压泵和蒸发器，所述的反应器有溶解赤泥的第一反应器、沉淀氧化铁的第四反应器、溶解铝、钙、钠及其它金属的第二反应器、沉淀碳酸钙的第三反应器；反应分离分别得到含量较高的纯净氧化铝和氧化铁，能够提供给钢铁厂和铝厂使用，而副产品得到作为建材和生产玻璃原料的二氧化硅和碳酸钙，生产过程废渣全部充分利用，无废气排放，解决了目前氧化铝赤泥大量堆放污染环境的难题，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

氧化铝赤泥回收利用的设备

技术领域

本实用新型涉及一种工业废渣综合利用并解决环境污染的设备，特别是氧化铝赤泥资源化回收利用的设备。

背景技术

随着我国铝工业的高速发展，氧化铝生产过程中产生的固体废物--赤泥，累积堆存量越来越多，拜耳法一般平均每生产1吨氧化铝，就产生1.0～2.0吨赤泥，由此带来的生态影响及环境风险隐患也越来越严峻，氧化铝生产中排放的赤泥每年超过6000万吨，2021年全国赤泥产生量约1.2亿吨，到2022年赤泥的累积堆存量超过8.5亿吨，目前我国赤泥综合利用率不足10％，最主要的是，赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后其pH值仍为11.25～11.50，极高的pH值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性。高碱度的污水渗入地下或进入地表水，使水体pH值升高，以致超出国家规定的相应标准，同时由于pH值的高低常常影响水中化合物的毒性，因此还会造成更为严重的水污染。国内外大都是将赤泥输送堆场进行堆放，赤泥大量堆存既占用土地，浪费资源，大量的废液还会渗透到地下水中，容易造成环境污染和安全隐患。而赤泥中含有大量的氧化铝和氧化铁等存在赤泥中，是一种有用的资源，一般我国氧化铝厂排放的赤泥大约含氧化铝10-20%，氧化铁大约含15-30%，如果不加以利用，则是一种极大的浪费，所以目前就赤泥的资源回收利用国外国内提出了很多不同的做法，有文献提出在60～90℃、1.0～1.5mol/L的盐酸溶液中将赤泥中Fe、Al、Ca、Na、等成分浸出，然后与碳酸钠在850～1150℃温度下焙烧，进而通过水洗去除可溶部分；有的文献将赤泥中的二氧化硅、碳酸钙用于晶化玻璃或水泥生产材料，例如生产复合水泥以及生产碱矿渣水泥；由于赤泥超细的泥浆颗粒，导致赤泥制水泥相比一般水泥具有较高稠度，通过实验发现添加适当比例赤泥生产出的水泥具有良好的物理性能和机械性能，而且具有环境安全性；还有文献介绍，根据高碱性赤泥的特性，用其改性酸性土壤pH，（广西的红土地大部分是酸性土壤），赤泥中含铁铝的矿物组分还可提高土壤的固磷能力，有利于土壤中的植物和微生物生存及繁衍，对防止水体富营养化也有积极影响。此外赤泥还可用于修复重金属污染土壤，降低土壤中重金属元素的含量，抑制生物、微生物对重金属的吸附。赤泥的处置和利用是目前全世界铝产业面临的主要环境问题，赤泥资源化可通过利用赤泥回收氧化铝、氧化铁等有价金属及二氧化硅、碳酸钙等建筑材料，也可以将高碱性物质用于处理酸性物质等降低其环境风险，防止土壤和地下水污染，并释放用于赤泥填埋的土地资源。最大限度实现赤泥的资源化、减量化和无害化。但是从公开的文献中了解到，目前处理赤泥的方法仅仅是提出回收部分有用元素，还不能够完全将赤泥的有效元素充分回收，有的工艺和设备也非常复杂，需要条件苛刻，而铁铝的回收率也比较低，因此，如何做到尽可能做到低成本将有用元素全部回收利用，还是值得进行科学研究的问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够将氧化铝赤泥回收利用的设备，解决了目前氧化铝赤泥大量堆放污染环境的难题，还可以回收许多大量的有用资源，成本低，经济效益好。

本实用新型是通过在反应器中投加一定的化学药剂将氧化铝赤泥进行溶解，经过一系列的化学反应，然后用分离器使赤泥中的铁、铝、钙、钠、二氧化硅分离出可回收利用的氧化铁、氧化铝、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钠、氯化钠等副产物，使赤泥得到有效处置并产生可观的经济收益，回收率高，从而实现赤泥无害化处理。

本实用新型以以下方式实现：

一种氧化铝赤泥回收利用的设备，是溶解分离赤泥中的氧化铝、氧化铁及有用资源回收的设备，其特征在于：它包括若干个反应器、分离设备及附属的储罐、加压泵和蒸发器或浓缩干燥装置，所述的反应器有溶解赤泥的第一反应器、沉淀氧化铁的第四反应器、溶解铝、钙、钠及其它金属的第二反应器、沉淀碳酸钙的第三反应器，第一反应器出口接1号膜分离装置，1号膜分离装置的固相出口进入第二反应器，用硫酸溶解铝钙及其它金属后接二氧化硅离心分离罐，液相通过输送泵接2号储罐，2号储罐出口接3号膜分离装置，分离出钠盐稀溶液和浓液氧化铝，浓液氧化铝进入第三反应器，第三反应器出口接4号膜分离装置，4号膜分离装置液体出口接氧化铝溶液收集罐，4号膜分离装置固体出口接碳酸钙离心分离罐，氧化铝溶液收集罐接氧化铝蒸发罐；1号膜分离装置分离出氧化铁液相，出口经1号储罐再接第四反应器，第四反应器出口接2号膜分离装置，分离的氧化铁浓缩液后进入氧化铁储罐，再接浓缩干燥装置得到氧化铁，2号膜分离装置稀液进入2号收集罐作为滤液回收利用，第一反应器和第二反应器上部安装有酸雾和有害气体排气出口管。

所述的第一反应器包括反应器体以及安装在反应器体内的搅拌器、鼓泡器和加热器，搅拌器由安装在第一反应器体上方的电机带动，鼓泡器接空压机的气体管道，加热器采用电加热装置或者外接蒸汽加热管，反应后的溶液从反应器体的下部的出口管接号膜分离装置；反应器体上部有酸雾和有害气体出口管，通往废气处理器。

所述的膜分离器由膜分离器主体和安装在膜分离器主体内部的滤膜构成，膜分离器主体的顶部有混合液体进口管，混合液体进口管由压力泵输送，给混合液体加压，膜分离器主体上方设有膜分离后的浓液出口管，通过浓液泵输送到储罐或蒸发罐；膜分离器主体的下方安装有清液出口，通过清液泵输送出去，滤膜下方接有反冲水入口管，定期冲洗滤膜。

所述的废气处理器上部出口连接风机，废气处理器下部有废液出口管，通往废水处理厂。

所述的第二反应器、第三反应器、第四反应器内部也可以安装有搅拌器，搅拌器由电动机带动。必要时也可以安装鼓泡器，主要是加快反应速度。

本实用新型氧化铝赤泥回收利用的设备的工作原理如下：

湿法氧化铝生产厂中排放的赤泥中由于含有相当多的氧化铁及未被利用完全的氧化铝、以及有用的钙、硅及部分有用金属（有的还含有锌、铜、钛、锰、镁及贵金属等），属于有用资源。所以氧化铝赤泥回收利用的设备设四个反应器，第一反应器是用酸溶解赤泥中的部分金属，然后分离出氧化铁；第二反应器是加入浓硫酸将除氧化铁以外的其它金属（铝、钙、锌、铜、钛、锰、镁）全部溶解，分离出固体二氧化硅；第四反应器是将氧化铁浓缩经蒸发后提供给炼铁厂使用；第三反应器是加入碳酸盐沉淀为碳酸钙分离出去，而氧化铝留下通过蒸发提纯给铝厂重新使用；分离出的二氧化硅和碳酸钙纯度较高，可作为建材或生产玻璃的原料。第一反应器和第二反应器由于酸与赤泥反应过程产生的有害气体则通到废气处理器得以净化。

生产过程的膜分离器是根据不同需要而进行对氧化铁、氧化铝、氯化钠、硫酸钠、碳酸钙进行分离的装置，目前在实验室或工业规模的生产中，膜都被制成一定形式的组件作为膜分离装置的分离单元。在工业上应用并实现商品化的膜组件主要有平板型、圆管型、螺旋卷型和中空纤维型，相应的膜的几何形状根据分离器的形状分为平板式、管式、和中空纤维式。直径在0.5～10mm之间的是毛细管式膜；直径<0.5mm的为中空纤维膜，管状膜直径越小则单位体积里的膜面积越大。在静压差为推动力的作用下，原料液中溶剂和小溶质粒子从高压的料液侧透过膜到低压侧，一般称为滤除液或透过液，而大粒子组分被膜所阻拦，使它们在滤剩液中浓度增大。按照这样的分离机理，超滤膜具有选择性表面层的主要因素是形成具有一定大小和形状的孔，聚合物的化学性质对膜的分离特性影响不大。即超滤过程中溶质的截留有在膜的表面的机械截留（筛分）、在膜孔中停留而被除去（阻塞）、在膜的表面及孔内的吸附（一次吸附）三种方式。超滤膜的的工业应用可以分为三种类型：（1）浓缩；（2）小分子溶质的分离；（3）大分子溶质的分级。绝大部分的工业应用属于浓缩这方面。可以采用与大分子结合或复合的办法来分离小分子溶质。另一种更细小的分离是微滤膜应用，微滤是所有膜过程中应用最普遍、销售额最大的一项技术，主要用于将大于0.1mm的粒子与溶液分开的场合，如本实用新型的分离、浓缩、分级和纯化氧化铁、氧化铝、氯化钠、硫酸钠的分离，其优点是：生产效率和产品质量提高；简化了工艺流程。本实用新型主要是将氧化铁、氧化铝、氯化钠、硫酸钠等大分子的浓缩液或粒子用膜组件隔开，以达到分离的目的。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、由于氧化铝赤泥中含有较高的铝、铁、硅、钙和钠，堆积废弃不仅严重污染环境，而且也是一种资源浪费，如果合理处置并将其进行资源化回收利用，不仅为企业带来非常可观的经济收益，同时避免了对环境的危害，可实现经济收益和社会效益双丰收。

2、本实用新型所述的氧化铝赤泥资源化回收利用的设备，包括第一反应器、第二反应器、第三反应器、第四反应器、以及每个反应器与之相连的液体泵、收集罐和分离罐，第一反应器是用酸溶解赤泥中的部分金属，然后分离出氧化铁；第二反应器是加入浓硫酸将除氧化铁以外的其它金属（铝、钙、锌、铜、钛、锰、镁）全部溶解，分离出固体二氧化硅；第四反应器是将氧化铁浓缩经蒸发后提供给炼铁厂使用；第三反应器是加入碳酸盐沉淀为碳酸钙分离出去，而氧化铝留下通过蒸发提纯给铝厂重新使用；分离出的二氧化硅和碳酸钙纯度较高，可作为建材或生产玻璃的原料。本实用新型设备能够配合工艺，操作简单，成本低，能够实现连续性操作，为全国库存近10亿吨赤泥的处理找到了处理方案，对氧化铝企业带来的经济收益和产生的社会效益是非常可观的，前景非常广阔。

本实用新型第一反应器设有加热器和鼓泡器，以达到适应的温度和速度，使得反应能够尽快完成。

本实用新型所述的氢氧化铁浓缩液和氧化铝浓缩液采用的蒸发器为蒸汽蒸发器或高温热油蒸发器。

3、能够回收90%以上的氧化铁和95%的氧化铝，资源得以充分利用，使得氧化铝生产企业能够充分回收铁和铝。氧化铁的回收率大于90%，含量达到95%以上，氧化铝达到90%以上，而且不含硫；钙、硅脱除率达到98%以上，满足了生产高纯铝的条件。

4、分离出来的二氧化硅含量达到98%，适合生产高性能玻璃，如果进一步提纯，可以制备硅晶片，作为生产半导体的原料。

5、副产品碳酸钙和硫酸钙可以作为水泥生产原料，颗粒细腻，能降低熟料的烧成温度，提高水泥的抗压强度。

6、本实用新型生产过程没有废气排放，反应器上方有废气引出管，通到废气处理器，对酸雾和有害气体进行吸收处理，变成无害气体到吸收塔顶部被引风机带出，废水通过出口管和阀门通到污水处理池统一处理，实现了赤泥的处理加酸碱和铵盐的反应出口气体全部通过废气处理器吸收完全，生产过程安全可控，无废气废渣排放。

附图说明

图1是本发明氧化铝赤泥资源化回收利用的设备及设备运行的工艺路线图。

图2是第一反应器内部结构及与之连接的管线示意图。

图3是膜分离器的其中一种结构示意图。

图2和图3中，序号对应的部件名称：1-自动投料器，2-控制阀，3-电机，4-第一反应器，5-搅拌器，6-鼓泡器，7-空压机，8-加热器，9-浓液泵，11-压力泵，12-膜分离器主体，13-滤膜，14-清液泵。

具体实施方式

以下结合附图说明本实用新型氧化铝赤泥资源化回收利用的设备及工艺原理：

如图1所示：

本实用新型的氧化铝赤泥回收利用的设备，其特征在于：是溶解分离赤泥中的氧化铝、氧化铁及有用资源回收的设备，它包括若干个反应器、分离设备及附属的储罐、加压泵和蒸发器或浓缩干燥装置，所述的反应器有溶解赤泥的第一反应器、沉淀氧化铁的第四反应器、溶解铝、钙、钠及其它金属的第二反应器、沉淀碳酸钙的第三反应器，第一反应器出口接1号膜分离装置，1号膜分离装置的固相出口进入第二反应器，用硫酸溶解铝钙及其它金属后接二氧化硅离心分离罐，液相通过输送泵接2号储罐，2号储罐出口接3号膜分离装置，分离出钠盐稀溶液和浓液氧化铝，浓液氧化铝进入第三反应器，第三反应器出口接4号膜分离装置，4号膜分离装置液体出口接氧化铝溶液收集罐，4号膜分离装置固体出口接碳酸钙离心分离罐，氧化铝溶液收集罐接氧化铝蒸发罐；1号膜分离装置分离出氧化铁液相，出口经1号储罐再接第四反应器，第四反应器出口接2号膜分离装置，分离的氧化铁浓缩液后进入氧化铁储罐，再接浓缩干燥装置得到氧化铁，2号膜分离装置稀液进入2号收集罐作为滤液回收利用，第一反应器和第二反应器上部安装有酸雾和有害气体排气出口管。

所述的第一反应器包括反应器体（4）以及安装在反应器体内的搅拌器（5）、鼓泡器（6）和加热器（8），搅拌器（5）由安装在第一反应器体（4）上方的电机（3）带动，鼓泡器（6）接空压机（7）的气体管道，加热器（8）采用电加热装置或者外接蒸汽加热管，反应后的溶液从反应器体（4）的下部的出口管接1号膜分离装置；反应器体（4）上部有酸雾和有害气体出口管，通往废气处理器。

所述的膜分离器由膜分离器主体（12）和安装在膜分离器主体（12）内部的滤膜（13）构成，膜分离器主体（12）的顶部有混合液体进口管，混合液体进口管由压力泵（11）输送，给混合液体加压，膜分离器主体（12）上方设有膜分离后的浓液出口管，通过浓液泵（9）输送到储罐或蒸发罐；膜分离器主体（12）的下方安装有清液出口，通过清液泵（14）输送出去，滤膜（13）下方接有反冲水入口管，定期冲洗滤膜（13）。

所述的废气处理器上部出口连接风机，废气处理器下部有废液出口管，通往废水处理厂。

所述的第二反应器、第三反应器、第四反应器内部也可以安装有搅拌器，搅拌器由电动机带动。必要时也可以安装鼓泡器，主要是加快反应速度。

本实用新型经过几个月的试运行，第一反应器赤泥的溶解率≥ 98%；第四反应器能够将氧化铁的回收率达到90%以上，第三反应器将氧化铝的回收率达到90-98%。

Claims (5)

1.一种氧化铝赤泥回收利用的设备，其特征在于：是溶解分离赤泥中的氧化铝、氧化铁及有用资源回收的设备，它包括若干个反应器、分离设备及附属的储罐、加压泵和蒸发器或浓缩干燥装置，所述的反应器有溶解赤泥的第一反应器、沉淀氧化铁的第四反应器、溶解铝、钙、钠及其它金属的第二反应器、沉淀碳酸钙的第三反应器，第一反应器出口接1号膜分离装置，1号膜分离装置的固相出口进入第二反应器，用硫酸溶解铝钙及其它金属后接二氧化硅离心分离罐，液相通过输送泵接2号储罐，2号储罐出口接3号膜分离装置，分离出钠盐稀溶液和浓液氧化铝，浓液氧化铝进入第三反应器，第三反应器出口接4号膜分离装置，4号膜分离装置液体出口接氧化铝溶液收集罐，4号膜分离装置固体出口接碳酸钙离心分离罐，氧化铝溶液收集罐接氧化铝蒸发罐；1号膜分离装置分离出氧化铁液相，出口经1号储罐再接第四反应器，第四反应器出口接2号膜分离装置，分离的氧化铁浓缩液后进入氧化铁储罐，再接浓缩干燥装置得到氧化铁，2号膜分离装置稀液进入2号收集罐作为滤液回收利用，第一反应器和第二反应器上部安装有酸雾和有害气体排气出口管。

2.根据权利要求1所述的氧化铝赤泥回收利用的设备，其特征在于：所述的第一反应器包括反应器体（4）以及安装在反应器体内的搅拌器（5）、鼓泡器（6）和加热器（8），搅拌器（5）由安装在第一反应器体（4）上方的电机（3）带动，鼓泡器（6）接空压机（7）的气体管道，加热器（8）采用电加热装置或者外接蒸汽加热管，反应后的溶液从反应器体（4）的下部的出口管接1号膜分离装置；反应器体（4）上部有酸雾和有害气体出口管，通往废气处理器。

3.根据权利要求1所述的氧化铝赤泥回收利用的设备，其特征在于：所述的膜分离装置由膜分离器主体（12）和安装在膜分离器主体（12）内部的滤膜（13）构成，膜分离器主体（12）的顶部有混合液体进口管，混合液体进口管由压力泵（11）输送，给混合液体加压，膜分离器主体（12）上方设有膜分离后的浓液出口管，通过浓液泵（9）输送到储罐或蒸发罐；膜分离器主体（12）的下方安装有清液出口，通过清液泵（14）输送出去，滤膜（13）下方接有反冲水入口管，定期冲洗滤膜（13）。

4.根据权利要求2所述的氧化铝赤泥回收利用的设备，其特征在于：所述的废气处理器上部出口连接风机，废气处理器下部有废液出口管，通往废水处理厂。

5.根据权利要求1所述的氧化铝赤泥回收利用的设备，其特征在于：所述的第二反应器、第三反应器、第四反应器内部安装有搅拌器，搅拌器由电动机带动。