CN104961364B - 钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业废酸处理及循环利用领域，具体涉及钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法。本发明要解决的技术问题是钛白生产废酸的回收利用不彻底，产生的废渣、废水不能自我消化。本发明解决上述技术问题的方案是提供一种钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，包括以下步骤：A、用氧化镁中和钛白生产废酸，得到硫酸镁溶液；B、向上述硫酸镁溶液中加入转化剂，得到混合物；C、将混合物过滤，得到滤饼，滤饼经干燥、粉碎，得到硫氧镁胶凝材料。本发明提供的方法没有废渣排放，也没有废水排放，为钛白生产废酸的综合利用提供了新的选择。
Description
技术领域
本发明属于工业废酸处理及循环利用领域，具体涉及钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法。
背景技术
硫酸法生产钛白工艺中，在钛液水解和偏钛酸水洗前期，会排出硫酸浓度为20％左右、铁3％左右、铝2％左右的废酸，每吨钛白粉排放的废酸量为5～8吨。钛白生产废酸的处理主要采用石灰中和，中和废酸后的固体物是含有氢氧化铁的硫酸钙，因铁含量高，不能做石膏应用，只能成固废异地堆放。中和废酸后的水受亚铁沉淀pH值较高的影响，很难全面达到国家规定的废水排放标准。
钛白生产废酸浸磷矿制磷肥是一种废酸利用型处理方法。这一方法产生含磷石膏仍无法应用，只能成固废堆放。
钛白生产废酸浸锰矿是另一种利用型废酸处理方法。这一方法也要排放由锰矿和废酸带入的铁、铝等杂质沉淀的氢氧化物和弱酸性废水。
申请号为201410364656.1的专利申请中，描述了从钛白生产废酸中提取有用化工原料的环保处理方法。不足之处是提取有用化工原料后，产生的废渣、废水不能自我消化，而是需要靠另设再利用生产线解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是钛白生产废酸的回收利用不彻底，产生的废渣、废水不能自我消化。
本发明解决上述技术问题的方案是提供一种钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，包括以下步骤：
A、用氧化镁中和钛白生产废酸，得到硫酸镁溶液；
B、向上述硫酸镁溶液中加入转化剂，得到混合物；
C、将混合物过滤，得到滤饼，滤饼经干燥、粉碎，得到硫氧镁胶凝材料。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述钛白生产废酸中硫酸的质量百分含量为19～22％。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述的氧化镁为轻烧镁粉或电炉使用后的镁砂炉衬打结料。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述氧化镁和钛白生产废酸的质量比为1︰8～12。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述硫酸镁溶液中硫酸镁的质量浓度为18％～23％。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤B所述的转化剂为氢氧化钙或轻烧镁粉。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤B所述转化剂的加入量为氧化镁质量的0.6～0.9倍。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤C所述的混合物过滤后的滤水进储水池，用来调节硫酸镁溶液的浓度。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤C所述干燥的温度为80℃～150℃。
本发明的有益效果在于：
1、单位物料消耗的废酸量大：本发明工艺使用的酸料比大于10，即一吨氧化镁料能处理10吨以上的钛白生产废酸。
2、废酸处理全过程无废渣排放：本发明处理钛白生产废酸得到的产物主要是硫氧镁胶凝材料。它是氢氧化镁，硫酸镁，水三元体系中。当各组分的摩尔比达到一定比值时发生硫氧镁结晶，气干后获得硬化强度。是气硬性胶凝材料。由于硫氧镁结晶相结构为针棒状穿插，凝固后留有微孔隙，在潮湿环境下成水通道，没有反应的游离氧化镁易于水生成水镁石，水镁石结晶膨胀会破坏原有结构造成开裂，变形。为克服自身的缺陷，硫氧镁胶凝材料都需外加铁系、铝系、硅系等种类的改性剂，避免游离氧化镁生成水镁石，而生成不溶的铝、硅化合物及氢氧化铁堵塞微孔隙，提高制品的稳定性和抗水性，改性剂是必不可少的镁水泥第四组分。钛白生产废酸中含有铁、铝在中和反应中成相应氢氧化物沉淀，混合在随后生成的硫氧镁中能起外加改性剂的作用。因此这些杂质留存在反应体系内是有益的，不必脱除，使得本发明处理钛白生产废酸可以实现无渣化。
3、废酸处理全过程无废水排放：由于氧化镁中和钛白生产废酸是放热反应，钛白生产废酸含水部分在反应中蒸发，反应后硫酸镁的浓度高，需外加水稀释溶液，来满足硫氧镁所需要的结晶水。混合物过滤后的滤水呈弱碱性，含微量硫酸镁可返回中和阶段做稀释水。钛白生产废酸中和后所需的稀释水量比硫酸镁过滤中产生的滤水量大，过滤水可全部返回使用，使得本发明处理钛白生产废酸可以实现废水零排放。
4、废酸处理所得到的胶凝材料强度高：传统硫氧镁水泥由轻烧镁粉，硫酸镁，水和改性剂组成。胶凝体中的氢氧化镁由轻烧镁粉所含活性氧化镁水化生成。现有条件制得轻烧镁粉中活性氧化镁的含量只能达65％，一部分非活性氧化镁不能参与胶凝体形成。因而单位物料中的胶凝体量少，强度相对较低。而本发明的硫氧镁胶凝材料中的氢氧化镁由硫酸镁转化生成，转化数量可由转化剂的加入量控制到形成胶凝体所需的最大量。单位物料反应得到的胶凝体数量较多强度相对较高。在不加改性剂的情况下，只使用轻烧镁粉、硫酸镁、水制得的胶凝体，成型气硬化后，强度为20～30Mpa。而使用钛白生产废酸中和的上清液，再加转化剂制得的胶凝材料，成型气硬化后的强度大于100Mpa。
具体实施方式
钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，包括以下步骤：
A、用氧化镁中和钛白生产废酸，得到硫酸镁溶液；
B、向上述硫酸镁溶液中加入转化剂，得到混合物；
C、将混合物过滤，得到滤饼，滤饼经干燥、粉碎，得到硫氧镁胶凝材料。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述钛白生产废酸中硫酸的质量百分含量为19～22％。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述的氧化镁为轻烧镁粉或电炉使用后的镁砂炉衬打结料。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述氧化镁和钛白生产废酸的质量比为1︰8～12。矿酸比适宜氧化镁与废酸反应完全。矿酸比小，体系残留硫酸，矿酸比大，则有过剩氢氧化镁生成。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤A所述硫酸镁溶液中硫酸镁的质量浓度为18％～23％。硫酸镁的浓度对胶凝材料的性能有重要影响，浓度高，体系含水量小，满足不了胶凝体结晶水的要求，产生多余的硫酸镁和氢氧化镁，其在潮湿条件下顺结晶孔隙溢出表面造成胶凝体的返卤泛霜，浓度低则体系水量大，造成结晶体结构疏松，使制品松脆，强度降低。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤B所述的转化剂为氢氧化钙或轻烧镁粉。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤B所述转化剂的加入量为氧化镁质量的0.6～0.9倍。转化剂的加入量要保证硫酸镁转化生成的氢氧化镁、未转化的硫酸镁与水三者之间的摩尔比达到3︰1︰8。当各组分的摩尔比达到3:1:8时，才能形成较稳定的硫氧镁结晶相结构。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤C所述的混合物过滤后的滤水进储水池，用来调节硫酸镁溶液的浓度。
上述钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法中，步骤C所述干燥的温度为80℃～150℃。
实施例1
取10Kg硫酸浓度为20％wt的钛白生产废酸，加1Kg氧化镁含量为82％的轻烧镁粉，反应时放热。轻烧镁粉加完后，再加入3.5Kg水，使硫酸镁浓度为20％，静置维持反应。反应液温度自然降至室温后，再加入由0.65Kg石灰(液固比为3～1调制的石灰乳)，加完静置2小时，再将反应液用压滤机压滤，得滤饼和3Kg滤水。滤饼用闪蒸干燥机100℃干燥粉碎得到硫氧镁胶凝材料。滤水返回储水池作中和稀释水。
实施例2
取15Kg硫酸浓度为21％wt的钛白生产废酸，加入氧化镁含量75％的电炉使用后的镁砂炉衬打结料1.3Kg，反应时放热，加完后再加10Kg稀释水，使硫酸镁浓度为19％，静置反应到室温。再加轻烧镁粉1.2Kg，加料时开始搅拌直至加完料2小时，溶液送压滤机压滤，滤饼经干燥机150℃干燥，后粉碎机粉碎得硫氧镁胶凝材料。滤水9Kg返回储水池备用。
实施例3
取30Kg硫酸浓度为19％wt的钛白生产废酸，加入2.8Kg氧化镁含量为85％的轻烧镁粉，反应时放热，轻烧镁粉加完后再加12Kg水，调整硫酸镁浓度到23％，静置反应，自然降温到室温。再加2.5Kg石灰调制浓度为30％的石灰乳，加完后静置3小时，再过滤溶液，滤饼经闪蒸干燥机130℃干燥粉碎后得到硫氧镁胶凝材料，滤水11Kg送储水池备用。
将本实施例所得的胶凝材料中加入粉煤灰、膨润土和选钛精矿的尾矿做改性剂和填料，粉煤灰、膨润土和选钛精矿的尾矿的加入量分别为胶凝材料质量的10％、10％和25％，不加有机助粘剂，制成样块，抗压强度均达65Mpa，大于相应制品质量标准规定强度40Mpa的水平。
若将本实施例所得的胶凝材料中加入粉煤灰、膨润土和选钛精矿的尾矿做改性剂和填料，粉煤灰、膨润土和选钛精矿的尾矿的加入量分别为胶凝材料质量的15％、15％和15％，不加有机助粘剂，制成样块，抗压强度均达66Mpa。
本发明是将废酸带入的杂质在反应过程生成的沉淀作为一种改性剂存留在产物中，从而没有废渣排放。参与反应的水一部分成产物的结晶水，一部分干燥时蒸发，剩余水全部返回中和废酸时使用，因此也没有废水排放。本发明所得到的产品是一种胶凝材料。它是利用氢氧化镁、硫酸镁、水的三元体系中，当各组分的摩尔比达到3:1:8时能形成较稳定的硫氧镁结晶相结构。这种结晶相结构有胶凝性，气硬化后有较高强度。这种胶凝材料再加入改性剂和填充料配制后成镁水泥可制成质轻、防火、保温、隔音性能的板材，非承重墙预制砌块等建筑材料。制备镁水泥不需高温焙烧，三废排放量小，可再生利用，因而是一种环保型建材。
Claims (5)
1.钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，包括以下步骤：
A、用氧化镁中和钛白生产废酸，得到硫酸镁溶液，所述氧化镁和钛白生产废酸的质量比为1︰8～12；
B、向上述硫酸镁溶液中加入转化剂，得到混合物，所述的转化剂为氢氧化钙，所述转化剂的加入量为氧化镁质量的0.6～0.9倍；
C、将混合物过滤，得到滤饼，滤饼经干燥、粉碎，得到硫氧镁胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，其特征在于：步骤A所述的氧化镁为轻烧镁粉或电炉使用后的镁砂炉衬打结料。
3.根据权利要求1所述的钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，其特征在于：步骤A所述硫酸镁溶液中硫酸镁的质量浓度为18％～23％。
4.根据权利要求1所述的钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，其特征在于：步骤C所述的混合物过滤后的滤水进储水池，用来调节硫酸镁溶液的浓度。
5.根据权利要求1所述的钛白生产废酸制备硫氧镁胶凝材料的方法，其特征在于：步骤C所述干燥的温度为80℃～150℃。
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