CN115415292B

CN115415292B - 一种赤泥湿法脱碱方法及处理***

Info

Publication number: CN115415292B
Application number: CN202211201647.1A
Authority: CN
Inventors: 李鹏
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-04-09
Anticipated expiration: 2042-09-29
Also published as: CN115415292A

Abstract

本发明公开了一种赤泥湿法脱碱方法及处理***。一种赤泥湿法脱碱方法，包括以下步骤：(1)待处理赤泥浆中通入二氧化碳气体，进行碳化；(2)将步骤(1)碳化后的赤泥浆与复合石膏浆料混合搅拌，进行钙化；(3)步骤(2)钙化后的赤泥浆进行固液分离，得到的固体即为脱碱赤泥。本发明的赤泥湿法脱碱方法利用二氧化碳和石膏联合降碱控碱，可显著降低赤泥的pH值、碱化度、自由碱及结合碱含量，将碱性降低至可利用的范围，并且因降低结合碱含量使得降碱效果在长期内具有稳定性。

Description

一种赤泥湿法脱碱方法及处理***

技术领域

本发明涉及固废处理技术领域，特别涉及一种赤泥湿法脱碱方法及处理***。

背景技术

赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的固体废弃物。据统计，每生产1吨氧化铝会附带产生0.8-1.5吨赤泥。然而，因为赤泥强碱性的特征，导致其资源化利用困难，造成大量的赤泥堆积。大量赤泥不能被充分有效利用，只能依靠大面积的堆场堆放，对环境造成严重污染的同时，氧化铝行业的发展也因此受阻。因赤泥具有多种活性，降低碱性的赤泥可以用来制造玻璃、水泥、路基材料等，应用前景广泛。

目前，针对于赤泥降碱的方法主要有水洗法、酸浸法、碳化法、生物调碱法等。然而，上述各种方法普遍具有时间长且成本高的缺点，并不适用于大规模赤泥工业化处理。例如：水洗法，水耗量大、脱碱效果差、技术经济性差；酸浸法，虽然可以有效脱碱，但成本过高且具有酸回收难等问题，不适用于工业生产过程中；碳化法，时间长，且脱碱率仅能达到40％-50％左右，无法满足赤泥再利用的要求。

发明内容

为了克服现有赤泥无法有效脱碱的问题，本发明的目的之一在于提供一种赤泥湿法脱碱方法；本发明的目的之二在于提供一种赤泥湿法脱碱处理***。

本发明的构思如下：

赤泥碱性主要来源于自由碱和化合结合碱，赤泥中自由碱主要包括NaOH、Na₂CO₃、NaHCO₃、NaAl(OH)₄等，结合碱赤泥的化学结合碱主要包括方解石(CaCO₃)、方钠石([Na₆Al₆Si₆O₂₄]·[2NaX或Na₂X])、钙霞石([Na₆Al₆Si₆O₂₄]·2[CaCO₃])、铝酸三钙(TCA,Ca₃Al₂(OH)₁₂)、水化石榴石(Ca₃Al₂(SiO₄)_x(OH)_12-4x)，现有水洗法、酸性气体中和法等技术中仅能对自由碱起到较好去除作用，而对于结合碱却无法有效去除，本发明通过添加钙离子，与化学结合碱发生钙钠置换，实现了结合碱的有效去除。

本发明第一方面提供了一种赤泥湿法脱碱方法，包括以下步骤：

(1)待处理赤泥浆中通入二氧化碳气体，进行碳化；

(2)将步骤(1)碳化后的赤泥浆与复合石膏浆料混合搅拌，进行钙化；

(3)步骤(2)钙化后的赤泥浆进行固液分离，得到的固体即为脱碱赤泥。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(1)中，待处理赤泥浆的含固量为20-30wt％。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(1)中，待处理赤泥浆中赤泥与二氧化碳的质量体积比为(30-45)kg：1L；进一步优选的，待处理赤泥浆中赤泥与二氧化碳的质量体积比为(35-40)kg：1L。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(1)中，二氧化碳的通入速度为3-6L/min；通入速度过快或过慢均无法有效对待处理赤泥浆进行碳化。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(1)中，二氧化碳的通入时间为25-40min。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(2)中，复合石膏浆料为石膏和氯化铵的混合液；发明人发现，在复合石膏浆料中加入氯化铵，使得石膏溶解更充分，加入到赤泥体系中共同搅拌时降碱性效果更加明显，做到了进一步的优化。

进一步优选的，复合石膏浆料中石膏和氯化铵的质量比为(40-55)：1；再进一步优选的，石膏和氯化铵的质量比为(45-50)：1；氯化铵加入量太少时，对于提高降碱效果不明显，氯化铵加入量太多时，无法进一步提高降碱效果，且增大降碱的成本，降低工艺经济效益。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(2)中，复合石膏浆料中石膏含量为1.6-5wt％；复合石膏浆料与碳化后的赤泥浆中赤泥的质量比为1：(8-12)。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(2)中，混合搅拌的同时加入表面活性剂，表面活性剂可选自十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、烷基醇酰胺、烯烃磺酸钠、直链烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠中的至少一种；体系中的赤泥粒子容易聚集在一起，从而包裹住结合碱，表面活性剂能使固体粒子聚集体分割成细小的微粒，使其分散悬浮在溶液中，进一步起到结合碱释放的作用；进一步优选的，表面活性剂与碳化后的赤泥浆中赤泥的质量比为(0.1-0.2)：100。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(2)中，搅拌的时间为8-15min。

优选的，这种赤泥湿法脱碱方法，步骤(3)中，钙化后的赤泥浆进行固液分离时，加入混凝剂和/或絮凝剂；进一步优选的，钙化后的赤泥浆进行固液分离时，加入絮凝剂，加入混凝剂和/或絮凝剂可以加快赤泥浆的固液分离速度；再进一步优选的，钙化后赤泥浆中赤泥与絮凝剂的质量比为(42-45)：1。

本发明第二方面提供了一种实施上述赤泥湿法脱碱方法的处理***，所述处理***包括依次相连的管式碳化器、赤泥搅拌罐、混合搅拌罐、固液分离装置；所述混合搅拌罐还与石膏搅拌罐相连。

优选的，这种处理***中，管式碳化器呈立式圆柱形，内部设有一条螺旋轴，底部设有两个开口，其中一个开口用于赤泥浆进入，另一开口用于二氧化碳气体进入。

进一步优选的，管式碳化器的螺旋轴的转速为50-70r/min；再进一步优选的，管式碳化器的螺旋轴的转速为55-65r/min；管式碳化器用于二氧化碳与赤泥浆的预混合，二氧化碳气体进入管式碳化器，赤泥搅拌罐中的赤泥浆通过泵输送至管式碳化器，赤泥浆与二氧化碳在管式碳化器内预混合，然后再输送至赤泥搅拌罐内进一步碳化。管式碳化器的螺旋轴的转速对管式碳化器预混合降碱效果具有重要影响，转速过小或过大均不能实现很好的处理效果。

优选的，这种处理***中，赤泥搅拌罐内设有搅拌桨，搅拌桨的转速为50-70r/min。

优选的，这种处理***中，石膏搅拌罐内设有搅拌桨，搅拌桨的转速为50-70r/min；石膏搅拌罐内进行复合石膏浆料的配制，加入水、石膏、氯化铵，搅拌混合，搅拌时间≥8min，需保证石膏充分溶解。

优选的，这种处理***中，混合搅拌罐中设有搅拌桨，搅拌桨的转速为50-70r/min，搅拌的时间为15-30min。

优选的，这种处理***中，固液分离装置包括浓密池和压滤器，浓密池内加入混凝剂和/或絮凝剂，加入混凝剂和/絮凝剂的目的在于加速浓密池内赤泥浆的固液分离。

进一步优选的，浓密池内设有搅拌桨。

本发明第三方面提供了一种脱碱赤泥，所述的脱碱赤泥由上述赤泥湿法脱碱方法处理得到。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用碳化加钙化联合降碱的方式，降碱效果明显。利用二氧化碳和石膏联合降碱控碱，可显著降低赤泥的pH值、碱化度、自由碱及结合碱含量，将碱性降低至可利用的范围，并且因降低结合碱含量使得降碱效果在长期内具有稳定性。

2、本发明的赤泥脱碱方法，工艺简单，成本低。相比于目前已有的赤泥降碱工艺，例如现有的石灰脱碱法，需升温升压，对装置要求较高，流程复杂；例如现有的絮凝加无机酸中和法，成本高，不易推广，而本发明的方法整个生产工艺流程简单，可规模化处置赤泥，且所用到的药品极为便宜，易于推广。

3、本发明的赤泥脱碱方法，降碱效果好，降碱效率高。本发明提供的方法可在1h左右将赤泥浸出液pH值降到8.5，而现有的二氧化碳石膏法降碱工艺，由于石膏溶解度低，溶解过程较为缓慢，导致反应时间过长，需要6h以上。

4、本发明通过优化碳化、钙化方式及工艺配方，控制处理后赤泥增重在10％-15％。相比现有技术采用1:6的石膏/赤泥干重比，控制石膏/赤泥干重比在1:10左右，且加入助溶剂(氯化铵)使赤泥增重少的同时降碱效果保持良好，本发明的脱碱方法每吨赤泥降碱后增重仅为10％-15％，而现有技术增重超过20％。

5、本发明的赤泥湿法脱碱处理***创造性地使用了管式碳化器，管式碳化器内部中心设置一条螺旋轴，在赤泥进入管式碳化器后，可进行多重搅拌；同时，二氧化碳由下端气孔通入，与赤泥浆接触面积大，且通至底部的二氧化碳气泡会上浮，大幅增加了反应面积，螺旋轴同时对二氧化碳气泡进行切割，形成更加微小的气泡，随搅拌进行，减小了气液界面液膜侧的阻力，增大了气体向液相的传质，也增大了脱碱反应速率，明显提升反应效率。

附图说明

图1为本发明的赤泥湿法脱碱处理***图。

图2为实施例的赤泥湿法脱碱处理***示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。

如附图1所示，本发明提供了一种赤泥湿法脱碱处理***，该***包括管式碳化器、赤泥搅拌罐、石膏搅拌罐、混合搅拌罐、固液分离装置；管式碳化器、赤泥搅拌罐、混合搅拌罐、固液分离装置依次相连，石膏搅拌罐与混合搅拌罐相连。

本发明的管式碳化器呈立式圆柱形，内部中心设有一条螺旋轴，管式碳化器底部设有两个开口，其中一个开口用于赤泥浆进入，另一开口用于二氧化碳气体进入。

如附图2所示，在本发明的一些具体实施例中，赤泥湿法脱碱处理***包括二氧化碳气罐、管式碳化器、赤泥搅拌罐、循环泵、第一排泥泵、石膏搅拌罐、第二排泥泵、混合搅拌罐、加药泵、药剂桶、第三排泥泵、浓密池、压滤器、回水箱、加水泵。

下面根据附图2描述本发明实施例的赤泥湿法脱碱处理***进行赤泥脱碱的方法，具体包括如下：

将待处理赤泥加入到赤泥搅拌罐内，并在赤泥搅拌罐中加入适量水，进行搅拌；二氧化碳气罐中的气体进入管式碳化器，循环泵同时抽取赤泥搅拌罐底部赤泥浆输送至管式碳化器，在管式碳化器内，二氧化碳气体与赤泥浆进行预混合，最后进入赤泥搅拌罐中充分混合，赤泥搅拌罐中赤泥浆通过第一排泥泵进入混合搅拌罐内；

回水箱中的清水通过加水泵加入石膏搅拌罐内，同时石膏搅拌罐加入石膏和氯化铵进行搅拌混合，通过第二排泥泵进入混合搅拌罐中；药剂桶内加入表面活性剂和水配制药剂，通过加药泵进入混合搅拌罐内，混合搅拌罐内充分搅拌，实现赤泥进一步脱碱；

混合搅拌罐中反应后的赤泥通过第三排泥泵进入浓密池内进行固液分离，底部的赤泥浆进入压滤器内进行压滤，压滤后得到无害化赤泥；浓密池上清液进入回水箱中用于石膏搅拌罐中石膏浆配制及赤泥搅拌罐中赤泥浆的配制。

实施例1

本实施例提供了一种赤泥湿法脱碱方法，该方法采用附图2所示的赤泥湿法脱碱处理***进行处理，具体包括如下步骤：

(1)赤泥碳化及复合石膏浆料的制备：原赤泥和水共同加入到赤泥搅拌罐中，打开二氧化碳气罐，二氧化碳气体进入管式碳化器，通过循环泵将赤泥搅拌罐中赤泥浆输送至管式碳化器内，二氧化碳气体与赤泥浆在管式碳化器内进行预混合；然后进入赤泥搅拌罐进行全面碳化；同时，在石膏搅拌罐中加入石膏、氯化铵和水共同搅拌制得复合石膏浆料；

(2)将赤泥浆和复合石膏浆料经由排泥泵排入混合搅拌罐中，加入表面活性剂后，再次搅拌；

(3)将搅拌充分的赤泥排入浓密池中并加入絮凝剂，从而进行迅速的固液分离；

(4)将浓密池底部已经沉聚的赤泥通过压滤器迅速排水，得到脱碱后的赤泥。

整个流程中的工艺参数为：

步骤(1)中，原赤泥：水＝1：5，控制赤泥搅拌罐中含固量为20-25％；未通入二氧化碳前，赤泥搅拌罐上清液pH为11.4-11.6；赤泥浆中赤泥：二氧化碳＝35kg：1L，二氧化碳流速5L/min，通入时间30min，通入二氧化碳处理后pH为9.12；

步骤(1)中，复合石膏浆料中每5kg水中含有4g氯化铵和189.4g脱硫石膏，配制过程搅拌时间为10-15min；

步骤(2)中，复合石膏浆料加入量为赤泥浆中赤泥总量的10％；

步骤(2)中，赤泥浆中赤泥：表面活性剂＝100：(0.1-0.2)，搅拌时间10min；

步骤(3)中，赤泥浆中赤泥：絮凝剂＝(42-45)：1，浓密池中静置18-20min；

步骤(4)中，压滤器压力值为压滤机的推力30t/m²。

为测试本实施例脱碱后的赤泥是否存在返碱现象，取步骤(3)中加入絮凝剂后的赤泥混合液置于桶内，测得初始pH为8.07，然后进行静置、搅拌，测定pH，具体操作过程及pH变化如下表1所示：

表1

通过表1数据可知，本实施例的赤泥湿法脱碱方法，经过较长时间，也不会出现返碱现象。

实施例2

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(1)中，赤泥浆中赤泥与二氧化碳的比值＝20kg：1L，测得通入二氧化碳处理后pH为10.12。

实施例3

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(1)中，赤泥浆中赤泥与二氧化碳的比值＝25kg：1L，测得通入二氧化碳处理后pH为9.87。

实施例4

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(1)中，赤泥浆中赤泥与二氧化碳的比值＝30kg：1L，测得通入二氧化碳处理后pH为9.53。

实施例5

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(1)中，赤泥浆中赤泥与二氧化碳的比值＝40kg：1L，测得通入二氧化碳处理后pH为9.15。

实施例6

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(1)中，赤泥浆中赤泥与二氧化碳的比值＝45kg：1L，测得通入二氧化碳处理后pH为9.18。

实施例7

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(2)中，复合石膏浆料加入量为赤泥总量的5％；测得步骤(3)中加入絮凝剂后的赤泥混合液pH为8.49。

实施例8

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(2)中，复合石膏浆料加入量为赤泥总量的15％；测得步骤(3)中加入絮凝剂后的赤泥混合液pH为8.39。

实施例9

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(2)中，复合石膏浆料加入量为赤泥总量的20％；测得步骤(3)中加入絮凝剂后的赤泥混合液pH为8.42。

实施例10

本实施例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本实施例步骤(2)中，复合石膏浆料加入量为赤泥总量的25％；测得步骤(3)中加入絮凝剂后的赤泥混合液pH为8.47。

对比例1

本对比例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本对比例步骤(1)中，复合石膏浆料中不加入氯化铵，测得步骤(3)中加入絮凝剂后的赤泥混合液pH为9.48，且pH在后续的1-2天内有较大反弹。

对比例2

本对比例的赤泥湿法脱碱方法与实施例1的区别之处在于本对比例步骤(1)中，以普通的气管(D12*8)代替管式碳化器通入二氧化碳，二氧化碳气体与赤泥浆在赤泥搅拌罐中混合，测得通入二氧化碳处理后pH为10.12。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，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

1.一种赤泥湿法脱碱方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）待处理赤泥浆中通入二氧化碳气体，进行碳化；

（2）将步骤（1）碳化后的赤泥浆与复合石膏浆料混合搅拌，进行钙化；

（3）步骤（2）钙化后的赤泥浆进行固液分离，得到的固体即为脱碱赤泥；

所述步骤（1）中，所述待处理赤泥浆中赤泥与二氧化碳的质量体积比为（30-45）kg：1L；

所述步骤（1）中，所述二氧化碳的通入速度为3-6L/min；

所述步骤（2）中，所述复合石膏浆料为石膏和氯化铵的混合液；

所述步骤（2）中，所述石膏和氯化铵的质量比为（40-55）：1；

所述步骤（2）中，所述复合石膏浆料中石膏含量为1.6-5wt%；所述复合石膏浆料与所述碳化后的赤泥浆中赤泥的质量比为1：（8-12）。

2.根据权利要求1所述的赤泥湿法脱碱方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述混合搅拌的同时加入表面活性剂。

3.一种实施权利要求1或2所述的赤泥湿法脱碱方法的处理***，其特征在于，所述处理***包括依次相连的管式碳化器、赤泥搅拌罐、混合搅拌罐、固液分离装置；所述混合搅拌罐还与石膏搅拌罐相连。

4.根据权利要求3所述的处理***，其特征在于，所述管式碳化器呈立式圆柱形，内部设有一条螺旋轴，底部设有两个开口，其中一个开口用于赤泥浆进入，另一开口用于二氧化碳气体进入。

5.一种脱碱赤泥，其特征在于，所述脱碱赤泥由权利要求1或2所述的赤泥湿法脱碱方法处理得到。