CN111204780B - 一种氯碱工业盐泥资源化利用工艺 - Google Patents

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Abstract

一种氯碱工业盐泥资源化利用工艺，利用盐酸将盐泥中的钙、镁以及其他金属元素溶出，并分步提取高纯度草酸钙和氢氧化镁。具体步骤如下：首先，对盐泥进行干燥处理，利用球磨机对其进行研磨制得盐泥粉末；然后，利用软化水对盐泥粉末进行水洗，洗去粉末中的水溶性杂质；其次，利用盐酸对水洗后的盐泥进行酸洗处理，提取盐泥中的钙、镁及其他酸溶性盐分；最后，依次向酸洗液中投加草酸溶液和氢氧化钠溶液，分别获得高纯度的草酸钙和氢氧化镁。本发明工艺操作简单、流程短，在对工业盐泥减量90％以上的同时，实现钙和镁的资源化利用，为氯碱行业盐泥固体废弃物的减量化处理和资源化利用提供可行方案。

Description

一种氯碱工业盐泥资源化利用工艺
技术领域
本发明涉及一种固体废弃物处理处置技术，特别涉及一种氯碱行业所产盐泥废弃物的资源化利用工艺，属于环境技术领域。
背景技术
随着氯碱工业的发展，在精制盐水时产生的盐泥也越来越多，而每天产生的盐泥未经任何处理却直接排放的占98.5％，按目前全国年产烧碱350万吨计。每年排放出盐泥浆在350万立方米。大量盐泥直接排放，势必造成环境污染，危害生态健康。因此，进行盐泥处理处置与资源化利用工艺技术开发，消除盐泥的环境影响，具有重要的环境效益和社会效益。
由于盐泥对环境的污染，国内不少单位对其综合利用进行了许多研究，例如：仁海电化厂和广州化工厂在70年代曾进行了盐泥制取轻质MgCO3的试验；1980年华东化工学院以盐泥为原料，成功地进行厂用碳化法制轻质MgO的小试，后来与上海电化厂合作，使这一工艺实现了工业化，但该工艺存在着MgO产率低，工艺复杂和能耗高等问题，因此进一步推厂应用尚有困难；天津化工厂针对本广盐泥中含汞量高的问题，建成了从盐泥中回收汞的工程；大沽化工厂针对本厂盐泥中Ba(SO)4含量高的情况，进行了从盐泥中回收Ba(SO)4的研究；上海天原化工厂提出将盐泥与电石糊一起压干，然后用于铺路，这一方法虽然能较彻底处理盐泥，但不能利用盐泥的有效成份。
因此，减量化和资源化是降低盐泥处理成本、提高环境效益的可行思路。氯碱行业所产盐泥中的钙镁含量高，本发明专利通过酸洗的方式将其溶出，并通过投加草酸的方式使酸洗液中的Ca2+转化为纯度较高的草酸钙结晶，而Mg2+则通过投加氢氧化钠进行沉淀，制得纯度较高的氢氧化镁，可作为塑料、橡胶制品优良的阻燃剂和医学上的制酸剂和缓泻剂等。草酸钙和氢氧化镁均具有良好的经济价值。目前，工业草酸钙的市场价为15000～17000元/吨，氢氧化镁的市场价为5000元/吨。在实现盐泥减量化的同时，可以得到极具价值的草酸钙和氢氧化镁产品，具有重要的商业价值。
发明内容
针对现有盐泥资源化利用技术的不足，本发明的目的在于提供一种氯碱工业盐泥的资源化利用工艺，该工艺可实现盐泥的减量化以及钙、镁等主成分的资源化。
根据上述目的，本发明技术方案的工艺原理如下：
通过盐酸酸洗的方式提取盐泥中的Ca2+、Mg2+离子，并通过依次投加草酸和氢氧化钠的方式分步提取高纯度草酸钙和氢氧化镁，实现盐泥中钙、镁的资源化利用。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
1)预处理：对盐泥进行干燥处理，控制含水率在5％以内，然后破碎制得平均粒径在30～50μm的盐泥粉末；
2)水洗：利用软化水对盐泥粉末进行清洗，水/固体积比控制在2～4:1；
3)酸洗：向水洗后的盐泥悬液中投加浓盐酸，提取盐泥中的钙镁离子；
4)固液分离：将酸洗后的混合液进行离心分离，得到盐泥残渣和富含钙、镁及其它离子的水溶液。盐泥残渣较盐泥减重90％以上；
5)回收草酸钙：向分离得到的水溶液中投加适量草酸溶液，经孔径为0.45μm的滤膜过滤回收草酸钙；
6)回收氢氧化镁：向回收草酸钙后的溶液中，投加适量氢氧化钠溶液，经孔径为0.45μm的滤膜过滤后回收氢氧化镁。
优选地，所述步骤1)中，盐泥的干燥温度范围为80℃～90℃，可在4h内使盐泥含水率降至5％以下。当温度小于80℃，需干燥24h以上才可使盐泥含水率降至5％以下，影响干化效率；而温度高于90℃，盐泥表层易形成致密保护膜影响水分散发，影响用能效率。所述破碎处理是利用球磨机进行研磨。
优选地，将所述破碎处理过程中产生的含尘气体进行收集并送入水洗环节；将酸洗过程中产生的酸性蒸汽收集，并送入水洗环节。在避免产生环境污染的同时，实现盐泥和盐酸的充分利用。
优选地，所述步骤3)中酸洗液选用盐酸，而不能采用硝酸、硫酸等其他类型的酸。若采用硝酸作为酸洗剂，与盐酸效果相同均能使盐泥体积减少90％以上，但硝酸不稳定，见光易分解，不适用于常规生产环节，且硝酸根具有强氧化性，破坏草酸结构，在酸性环境下无法开展草酸钙回收。而硫酸同样具有强氧化性，与盐泥混合后，由于酸洗液中干扰离子的存在，会产生黑色悬浮絮状体且酸洗后体积仅减少10％左右，且硫酸也具有强氧化性，不利于草酸钙的回收。采用其他类型的酸，将产生高浓度酸根废水，难以达标排放。盐酸酸化除了有利于盐泥的减量化和后续钙镁回收外，最终产生的高浓度酸根废水，即氯化钠废水浓缩后还可以作为原料回用于氯碱行业生产。
优选地，所述的盐酸酸洗液的质量浓度为40％～50％，以有效控制酸洗液的体积。依据盐泥中钙镁含量和矿物组成，确定盐酸的投加量为1.4～1.5mL(盐酸)/g(盐泥)。
优选地，所述步骤4)中酸洗混合液盐分含量较高，液体浓稠。若采用自然沉降，酸洗混合液体在3～5h后才会出现分层现象，且上清液中存在细小的悬浮颗粒，浊度为1.2NTU，其固液分离时间长且效果差；若采用定性滤纸和抽滤设备进行固液分离操作，酸性混合液在2.5～3.5h内才能完成分离操作，过滤后的酸洗液浊度为0.1NTU，分离效果好但用时较长，，且存在严重膜污染问题，难以实现连续生产。而选用离心分离技术，在4000r/min～5000r/min的转速条件下，离心时间为4～5min，可有效分离酸洗混合液中残渣与清液，上清液浊度为0.2NTU，故离心分离技术是本发明中对酸洗混合液进行固液分离的最优手段。
优选地，所述步骤4)中，获得的澄清酸洗液中Ca2+含量为20.3g/L～30.0g/L，Mg2+为4.0g/L～5.0g/L，Na+为2.0g/L～3.0g/L，Sr2+为0.5g/L～0.74g/L，Fe3+为0.46g/L～0.67g/L，Al3+为0.32g/L～0.48g/L，Mn2+为0.12g/L～0.18g/L，PO4 3-为0.02g/L～0.04g/L，共存离子含量高且成分复杂；
优选地，所述步骤5)中，向含有多种重金属离子的酸洗液中所投加的草酸溶液，其浓度为0.5～0.6mol/L，控制酸洗液pH在4.0～6.0范围内，并控制酸洗液中剩余Ca2+含量为100mg/L～200mg/L，以防止其他共存阳离子沉淀析出，影响草酸钙粉末的纯度；
优选地，所述步骤5)中，待草酸钙沉淀沉淀完全，采用抽滤设备经孔径为0.45μm的滤膜可实现固液快速分离；
优选地，所述步骤5)中，获得的草酸钙固体，需要在避光条件下自然风干或在20℃的烘箱中烘干48h；
优选地，所述步骤6)中，向回收Ca2+后的酸洗液中所投加的氢氧化钠溶液，其浓度为0.5mol/L，调节酸洗液的pH值在7.5～8.5之间，沉淀Mg2+后控制液相中残留的Mg2+含量为50～100mg/L，可获得高纯度氢氧化镁；
优选地，所述步骤6)中，在生成氢氧化镁沉淀后，采用抽滤设备经孔径为0.45μm的滤膜可实现固液快速分离；
优选地，所述步骤6)中，余下的酸洗废水中含有高浓度的NaCl，可将其浓缩回收用作氯碱工业的原料。
本发明的优点在于：
本发明的提供的方法操作简单，流程短，在实现氯碱工业所产盐泥固体废弃物减量化的同时，充分回收盐泥中的钙、镁组分，变废为宝，减少废弃物排放所带来的环境污染，得到的草酸钙和氢氧化镁可作为极具价值的工业原料。
附图说明
图1为本发明提供的氯碱工业盐泥资源化利用工艺流程图。
图2为本发明分离所得草酸钙产品示意图。
图3为本发明分离所得氢氧化镁产品示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
参考图1，本发明一种氯碱工业盐泥资源化利用工艺，利用盐酸将盐泥中的钙、镁以及其他金属元素溶出，并分步提取高纯度的草酸钙和氢氧化镁。其具体步骤：首先对盐泥进行干燥处理，并利用球磨机对其进行研磨制得盐泥粉末；然后，利用软化水对盐泥粉末进行水洗；其次，利用盐酸对水洗后的盐泥进行酸洗处理，溶出盐泥中的钙、镁和其他酸溶性盐分；最后，依次向酸洗液中投加草酸和氢氧化钠，最终获得高纯度的草酸钙和氢氧化镁。
在本发明的一个具体实施例中，实验所选盐泥源自江苏某氯碱化工企业所产盐泥，已知其含水率为35％～40％，处理步骤如下。
(1)将湿盐泥在80℃下干燥4h、经球磨机破碎后，得5.2g盐泥粉末样品，其粒径尺寸在35～50μm，经检测原盐泥的主要元素如表1所示，由表可知盐泥成分复杂；
表1：盐泥的全岩指标性元素分析
元素类型 含量％ 元素类型 含量％
氧(O) 27.5 铝(Al) 0.017
钙(Ca) 22.4 钡(Ba) 0.005
钠(Na) 10.1 铅(Pb) 0.002
氯(Cl) 8.77 锌(Zn) 0.002
硅(Si) 3.78 铜(Cu) 0
镁(Mg) 1.07 砷(As) 0
铁(Fe) 0.20 钴(Co) 0
硫(S) 0.16 镉(Cd) 0
钾(K) 0.12 汞(Hg) 0
锰(Mn) 0.08 钼(Mo) 0
磷(P) 0.03
(2)将第(1)步所得盐泥粉末与15mL纯水混合形成悬液，进行水洗；
(3)向第(2)步所得悬浊液中加入7.5mL盐酸(12mol/L)进行酸洗，待产气过程终止时，酸洗阶段结束，得到酸洗涤混合液。
(4)经离心分离，分别得到盐泥残渣和酸洗液。经干燥称重，处理后盐泥可减重90.2％，酸洗后测得液体中主要阳离子含量如表2所示，成分复杂。
表2酸洗液中主要阳离子种类与含量
Figure BDA0002360606250000051
Figure BDA0002360606250000061
(3)控制体系pH在4.5左右，钙离子的残留量在100mg/L左右，向上述酸洗液中加入50mL草酸溶液(0.58mol/L)。为保证所得草酸钙的纯度，需控制所投加草酸溶液的浓度，同时对反应体系进行快速搅拌(150～250r/min)，避免草酸出现局部浓度过高现象。经过滤自然风干，最终得到2.7g草酸钙产品，所得草酸钙产品颗粒均匀，呈淡黄色(见图2)，纯度大于98％。
(4)控制体系pH在8.0左右，镁离子的残留量在100mg/L左右，向步骤(3)中回收钙离子后的酸洗液中加入33.4mL氢氧化钠溶液(0.5mol/L)。为保证所得氢氧化镁的纯度，需控制所投加氢氧化钠溶液的浓度，同时对反应体系进行快速搅拌(150～250r/min)，避免出现局部碱浓度过高现象。经0.45μm的滤膜过滤后干燥，最终获得0.4g氢氧化镁产品(见图3)。所得氢氧化镁颗粒细小，纯度在98％以上。
由上述结果可知，本发明工艺可获得高纯度的草酸钙和氢氧化镁产品，能够实现盐泥废弃物的资源化。

Claims (7)

1.一种氯碱工业盐泥资源化利用工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)预处理：盐泥源自江苏某氯碱化工企业所产盐泥，对盐泥进行干燥处理，控制含水率在5％以内，然后破碎制得平均粒径在30～50μm的盐泥粉末，盐泥的全岩指标性元素分析如下表：
元素类型 含量％ 元素类型 含量％ 氧(O) 27.5 铝(Al) 0.017 钙(Ca) 22.4 钡(Ba) 0.005 钠(Na) 10.1 铅(Pb) 0.002 氯(Cl) 8.77 锌(Zn) 0.002 硅(Si) 3.78 铜(Cu) 0 镁(Mg) 1.07 砷(As) 0 铁(Fe) 0.20 钴(Co) 0 硫(S) 0.16 镉(Cd) 0 钾(K) 0.12 汞(Hg) 0 锰(Mn) 0.08 钼(Mo) 0 磷(P) 0.03
2)水洗：利用软化水对盐泥粉末进行清洗，水/固体积比控制在2～4:1；
3)酸洗：向水洗后的盐泥悬液中投加浓盐酸进行酸洗，提取盐泥中的钙镁离子，待产气过程终止时，酸洗阶段结束；
4)固液分离：将酸洗后的混合液进行离心分离，得到盐泥残渣和富含钙、镁离子的水溶液，盐泥残渣较盐泥减重90％以上，所述离心分离是在4000r/min～5000r/min的转速条件下，离心时间为4～5min，有效分离酸洗混合液中残渣与清液，上清液浊度为0.2NTU；
5)回收草酸钙：向分离得到的水溶液中投加适量草酸溶液，其浓度为0.5～0.6mol/L，控制酸洗液pH在4.0～6.0，并控制酸洗液中剩余Ca2+含量为100mg/L～200mg/L，以防止其他共存阳离子沉淀析出，影响草酸钙粉末的纯度；待草酸钙沉淀完全，采用抽滤设备经孔径为0.45μm的滤膜实现固液快速分离，所得草酸钙产品颗粒均匀，纯度大于98％；
6)回收氢氧化镁：向回收草酸钙后的溶液中，投加氢氧化钠溶液，其浓度为0.5mol/L，调节酸洗液的pH值在7.5～8.5之间，沉淀Mg2+后控制液相中残留的Mg2+含量为50～100mg/L，经孔径为0.45μm的滤膜过滤后回收氢氧化镁，所得氢氧化镁颗粒细小，纯度在98％以上。
2.根据权利要求1所述氯碱工业盐泥资源化利用工艺，其特征在于，所述步骤1)中，盐泥的干燥温度范围为80℃～90℃，在4h内使盐泥含水率降至5％以下，所述破碎处理是利用球磨机进行研磨。
3.根据权利要求1所述氯碱工业盐泥资源化利用工艺，其特征在于，将所述破碎处理过程中产生的含尘气体进行收集并送入水洗环节；将酸洗过程中产生的酸性蒸汽收集，并送入水洗环节。
4.根据权利要求1所述氯碱工业盐泥资源化利用工艺，其特征在于，所述步骤3)中的盐酸酸洗液，质量浓度为40％～50％，依据盐泥中钙、镁含量和矿物组成，按照盐酸：盐泥为1.4～1.5mL/g的比例确定盐酸的投加量。
5.根据权利要求1所述氯碱工业盐泥资源化利用工艺，其特征在于，所述步骤4)中，酸洗液中Ca2+含量为20.3g/L～30.0g/L，Mg2+为4.0g/L～5.0g/L，Na+为2.0g/L～3.0g/L，Sr2+为0.5g/L～0.74g/L，Fe3+为0.46g/L～0.67g/L，Al3+为0.32g/L～0.48g/L，Mn2+为0.12g/L～0.18g/L，PO4 3﹣为0.02g/L～0.04g/L。
6.根据权利要求1所述氯碱工业盐泥资源化利用工艺，其特征在于，所述步骤5)中，获得的草酸钙固体，在避光条件下自然风干或在20℃的烘箱中烘干48h。
7.根据权利要求1所述氯碱工业盐泥资源化利用工艺，其特征在于，所述步骤6)中，在生成氢氧化镁沉淀后，采用抽滤设备经孔径为0.45μm的滤膜可实现固液快速分离，回收钙镁后的酸洗废水中含有高浓度的NaCl，将其浓缩回收用作氯碱工业的原料。
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