專利名稱：脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法，特別涉及利用強(qiáng)酸銨鹽(氯化銨)代替強(qiáng)酸(鹽酸)脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法。
背景技術(shù)：
赤泥是氧化鋁冶煉過程中排出的含鐵固體廢渣，隨著氧化鋁鋁工業(yè)的發(fā)展和礦石品位的下降，赤泥量愈來愈大，目前我國每年排放赤泥約2000萬噸。無論是采用拜耳法、燒結(jié)法還是聯(lián)合法，赤泥中堿含量偏高(一般高于2. 5% )，因其鈉含量超標(biāo)，而使其利用率較低、赤泥脫鈉，變廢為寶化成為現(xiàn)實(shí)的社會問題。大量的赤泥被堆放于露天堆場，不僅占用寶貴的土地資源，造成環(huán)境污染，更是一種資源浪費(fèi)。如何有效地利用赤泥，使之變廢為寶成為一個現(xiàn)實(shí)的社會問題，也成為眾多科研工作者感興趣的研究課題。二十世紀(jì)七十年代以來，為降低赤泥含堿量，國內(nèi)外進(jìn)行了多方面研究，先后出現(xiàn)了濕法脫鈉、火法脫鈉、細(xì)菌浸出、膜技術(shù)和選擇性絮凝等方法?；鸱ㄙM(fèi)用高，脫鈉率低，操作條件也受到限制，若僅為降低赤泥中堿量，一般不宜采用火法；無論是拜耳法赤泥還是燒結(jié)法赤泥，濕法脫鈉都包括堿溶出法、酸浸出法，鹽浸出法等。無論采用何種方法，目的都是使赤泥經(jīng)脫堿后，所得濾餅成為低堿赤泥(Nii2O < )，可用作水泥生產(chǎn)的原料。石灰脫堿法是目前堿溶出法中應(yīng)用較多的一種方法，即將赤泥中的氧化鈉(Na2O) 用石灰(Ca(OH)2)置換，反應(yīng)方程式如(1)式所示=Na2O .Al2O3.1· 7Si02 .XH2CHCa(OH)2-CaO Al2O3 · 1. 7Si02 · xH20+Na20 (1)石灰脫堿法存在渣量大、脫鈉率低、成本高等問題。酸浸法主要是采用濃酸浸出赤泥來實(shí)現(xiàn)其綜合利用，浸出劑為硫酸、鹽酸、硝酸、 磷酸、氫氟酸和二氧化硫等，該方法的關(guān)鍵是如何合理利用浸出液和浸出后的殘?jiān)?。酸浸法存在操作環(huán)境差、廢液量大且難以再處理的缺點(diǎn)。鹽浸出法主要是指采用某些無機(jī)鹽溶液或其酸性溶液作浸出劑，以溶解赤泥中的氧化鈉及其它有用成分。國外先后開展過硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸鈣廢液、及硫酸混合硫酸銨浸出等。鹽法脫鈉率較高，但赤泥漿過濾性能差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法，特別是利用強(qiáng)酸銨鹽(氯化銨)代替強(qiáng)酸(鹽酸)脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法。本發(fā)明的脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法是指以氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的高堿赤泥為處理對象，利用赤泥的強(qiáng)堿性使氯化銨分解并釋放出氨氣，同時使赤泥中的鈉元素、 鈣元素和鎂等元素形成可溶性氯化物而與赤泥終渣分離；終渣中的鈉元素與鎂元素含量滿足水泥添加劑要求，使赤泥得以利用，消除環(huán)境污染；利用氯化銨分解釋放出的氨氣及添加的二氧化碳，使鎂和鈣氯化物形成氫氧化鎂沉淀和碳酸鈣沉淀，氯化鈉轉(zhuǎn)化成低溶解度碳酸氫鈉與氯化銨分離后經(jīng)苛化返回氧化鋁生產(chǎn)過程循環(huán)利用，既固定了二氧化碳，又使氯化銨得以循環(huán)再生。本發(fā)明的脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法主要包括氯化銨加壓浸出、過濾 (固液分離)、洗滌、沉淀和氯化銨再生循環(huán)等操作步驟a.首先將破碎磨細(xì)后的氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥與氯化銨溶液混合(其中二者比例依不同赤泥組成而定，使氯化銨相對赤泥中鎂元素、鈣元素、鈉元素、鐵元素和鋁元素的金屬氧化物的總摩爾量的理論過量20% 50%，氯化銨溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為20 40%)；在溫度為130 170°C、密閉、攪拌條件下優(yōu)選反應(yīng)3 5小時左右；在反應(yīng)過程中， 當(dāng)溫度高于100°C時，由于氯化銨分解釋放出氨氣及體系達(dá)到氣液平衡時水蒸氣的產(chǎn)生，反應(yīng)器內(nèi)將產(chǎn)生壓力，故而隨溫度升高，壓力隨之增加，因此稱加壓浸出；由于反應(yīng)過程中間斷排放氨氣(其中夾帶水蒸氣)將使反應(yīng)器內(nèi)的壓力產(chǎn)生波動，隨著氨氣的排出，反應(yīng)不斷正向進(jìn)行，放出氨氣，直到體系內(nèi)氯化銨不再分解為止；在上述反應(yīng)溫度下產(chǎn)生的壓力為 0. 3 0. SMPa ；通過使赤泥中的鎂元素、鈣元素和鈉元素的金屬氧化物(赤泥中的鈉元素主要以氫氧化鈉及碳酸鈉形式存在)與氯化銨反應(yīng)，得到含有氯化銨的氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉的金屬氯化物混合溶液(因赤泥中氧化鐵和氧化鋁均為兩性氧化物(既有酸性，又有堿性)，因此也會作為堿性金屬氧化物而消耗氯化銨，只是由于在最終反應(yīng)體系中PH在 4. 0左右，生成的氯化鐵和氯化鋁會發(fā)生水解變成氫氧化鐵和氫氧化鋁留在渣相中)、氯化銨分解并釋放出的含有水蒸氣的氨氣及赤泥終渣(赤泥終渣中含有的元素主要是鐵、鋁和硅等)；將得到的含有水蒸氣的氨氣經(jīng)冷凝后得到氨水；b.將步驟a經(jīng)過濾后得到的含有氯化銨的氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉的金屬氯化物混合溶液與步驟a得到的氨水及二氧化碳(煙道氣中提取或其它途徑獲得)反應(yīng)(氨水和二氧化碳都相對所述的含有氯化銨的氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉的金屬氯化物的總摩爾量的理論過量20 30%左右)，得到氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，同時氯化鈉轉(zhuǎn)變成碳酸氫鈉，且利用碳酸氫鈉在氯化銨溶液中的溶解度較低的特點(diǎn)，將碳酸氫鈉與氯化銨溶液分離；所述的氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥是指氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含鐵固體廢渣，無論是采用拜耳法、燒結(jié)法還是聯(lián)合法，因其鈉含量超標(biāo)，而使其利用率較低。本發(fā)明的赤泥脫鈉方法，可變廢為寶。本發(fā)明以強(qiáng)酸銨鹽氯化銨為轉(zhuǎn)化介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)赤泥中鈉的脫除，鈣和鎂可以固定二氧化碳，赤泥終渣中鈉和鎂指標(biāo)滿足水泥添加劑要求。本發(fā)明因沒有強(qiáng)酸的加入，對設(shè)備材質(zhì)的要求大為降低，工藝流程較為簡單，鈉脫除率高，赤泥經(jīng)脫鈉后終渣可制水泥，消除環(huán)境污染。本發(fā)明利用氯化銨代替鹽酸加壓浸出脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中的鈉。在 130°C以上，利用赤泥的強(qiáng)堿性使氯化銨分解并釋放出氨氣，同時使赤泥中的鈉、鈣和鎂等元素形成可溶性氯化物而與赤泥終渣分離；終渣中的鈉與鎂元素得含量滿足水泥添加劑要求，使赤泥得以利用，消除環(huán)境污染；利用氯化銨分解釋放出的氨氣及添加的二氧化碳，使鈣、鎂和鈉等元素的氯化物形成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，氯化鈉轉(zhuǎn)化成碳酸氫鈉與氯化銨分離后經(jīng)苛化返回氧化鋁生產(chǎn)過程循環(huán)利用，既可起到二氧化碳固定，又可使氯化銨循環(huán)再生。實(shí)驗(yàn)證明利用氯化銨脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中的鈉切實(shí)可行，終渣中鈉脫除率高，氧化鈉含量< 0. 7%，氧化鎂含量< 0. 5%，因此可用作水泥原料而得以資源化；因沒有強(qiáng)酸的加入，設(shè)備材質(zhì)要求降低，工藝流程較為簡單；終渣制水泥實(shí)現(xiàn)了赤泥資源化，消除了環(huán)境污染。本發(fā)明為氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的大量赤泥的資源化提供了新方法。為一項(xiàng)新的脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出赤泥中鈉的方法。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1.本發(fā)明氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出赤泥脫鈉的工藝流程示意圖。圖2.本發(fā)明方法氯化銨加壓浸出脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中的鈉所用裝置的示意圖。附圖標(biāo)記1.收集器 2.冷凝器3.氣體鋼瓶4.進(jìn)氣閥門5.進(jìn)料閥門6.出料閥7.電加熱壓力反應(yīng)釜8.攪拌漿9.壓力表 10.磁力攪拌機(jī)11.熱電偶12.程序溫度控制儀
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1.請參見圖2，該裝置為氯化銨加壓浸出脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中的鈉的主反應(yīng)裝置示意圖，主要部件為電加熱壓力反應(yīng)釜7 (不銹鋼制成，有效容積2L，釜蓋可拆卸，由螺栓緊固，密閉可最高耐壓IOMPa)。在所述的電加熱壓力反應(yīng)釜7的釜蓋外部上安裝有壓力表9以顯示釜內(nèi)壓力；一控制所述電加熱壓力反應(yīng)釜內(nèi)溫度的插入所述電加熱壓力反應(yīng)釜底的熱電偶11，與所述電加熱壓力反應(yīng)釜外連通電源的程序溫度控制儀12相連接；在所述電加熱壓力反應(yīng)釜的內(nèi)底部中央設(shè)置有攪拌漿8，所述攪拌漿與所述電加熱壓力反應(yīng)釜蓋外部上方的磁力攪拌機(jī) 10相連接，并由磁力攪拌機(jī)控制攪拌漿的轉(zhuǎn)速；一氣體鋼瓶3與插入所述電加熱壓力反應(yīng)釜內(nèi)部的帶有進(jìn)氣閥門4的管路相連接，在帶有進(jìn)氣閥門4的管路上連接有帶有進(jìn)料閥門5 的管路，一插入所述電加熱壓力反應(yīng)釜內(nèi)部的帶有出料閥6的管路的另一端與冷凝器2相連接，冷凝器2通過管路與收集器1相連接。物料由所述電加熱壓力反應(yīng)釜7的可拆卸釜蓋加入，并用螺栓緊固，密閉；接通電源，打開所述電加熱壓力反應(yīng)釜外連同電源的所述程序溫度控制儀12開關(guān)，設(shè)定程序，加熱；打開所述電加熱壓力反應(yīng)釜蓋外部上方的所述磁力攪拌機(jī)10開關(guān)，調(diào)整所述電加熱壓力反應(yīng)釜的內(nèi)底部中央設(shè)置的所述攪拌漿8的轉(zhuǎn)速，攪動所述電加熱壓力反應(yīng)釜內(nèi)物料； 所述電加熱壓力反應(yīng)釜蓋外安裝的所述壓力表9顯示釜內(nèi)壓力，所述程序溫度控制儀12顯示釜內(nèi)溫度，并通過所述熱電偶11控制溫度；所述氣體鋼瓶3 (實(shí)驗(yàn)為氮?dú)怃撈?提供壓力 (大于釜內(nèi)壓力)，經(jīng)所述進(jìn)氣閥4將來自所述進(jìn)料閥5的水壓入釜內(nèi)，氣體經(jīng)由所述出料閥6從釜內(nèi)排出，經(jīng)所述冷凝器2冷卻后，由所述收集器1收集。上述所用裝置只是一種選擇，不具有唯一性和排他性，也可以采用其它類似設(shè)備實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。以河南鞏義氧化鋁廠提供的赤泥作為原料，其化學(xué)組成如表1所示。表1、實(shí)驗(yàn)采用氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出赤泥的化學(xué)組成
權(quán)利要求
1.一種脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法，其特征是，該方法包括以下步驟a.首先將破碎磨細(xì)后的氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥與氯化銨溶液混合，并使氯化銨相對赤泥中鎂元素、鈣元素、鈉元素、鐵元素和鋁元素的金屬氧化物的總摩爾量的理論過量20% 50% ；在溫度為130 170°C、密閉、攪拌條件下反應(yīng)，并使在上述反應(yīng)溫度下產(chǎn)生的壓力為 0. 3 0. SMPa ；通過使赤泥中的鎂元素、鈣元素和鈉元素的金屬氧化物與氯化銨反應(yīng)，得到含有氯化銨的氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉的金屬氯化物混合溶液、含有水蒸氣的氨氣及赤泥終渣；將得到的含有水蒸氣的氨氣經(jīng)冷凝后得到氨水；b.將步驟a經(jīng)過濾后得到的含有氯化銨的氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉的金屬氯化物混合溶液與步驟a得到的氨水及二氧化碳反應(yīng)，得到氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，同時氯化鈉轉(zhuǎn)變成碳酸氫鈉，且利用碳酸氫鈉在氯化銨溶液中的溶解度較低的特點(diǎn)，將碳酸氫鈉與氯化銨溶液分離；其中，氨水和二氧化碳都相對所述的含有氯化銨的氯化鎂、氯化鈣和氯化鈉的金屬氯化物的總摩爾量的理論過量20 30% ；c.將步驟b得到的氯化銨溶液返回步驟a，循環(huán)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法，其特征是將步驟a 經(jīng)過濾后得到的赤泥終渣用水洗滌后送水泥廠作原料使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法，其特征是步驟a 所述的氯化銨溶液的質(zhì)量濃度為20 40%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法，其特征是步驟a 所述的密閉條件下反應(yīng)的時間為3 5小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法，特別涉及利用強(qiáng)酸銨鹽(氯化銨)代替強(qiáng)酸(鹽酸)脫除氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的赤泥中鈉的方法。本發(fā)明以氧化鋁工業(yè)產(chǎn)出的高堿赤泥為處理對象，利用赤泥的強(qiáng)堿性使氯化銨分解并釋放出氨氣，同時使赤泥中的鈉元素、鈣元素和鎂等元素形成可溶性氯化物而與赤泥終渣分離；終渣中的鈉元素與鎂元素含量滿足水泥添加劑要求，使赤泥得以利用，消除環(huán)境污染；利用氯化銨分解釋放出的氨氣及添加的二氧化碳，使鎂和鈣氯化物形成氫氧化鎂沉淀和碳酸鈣沉淀，氯化鈉轉(zhuǎn)化成低溶解度碳酸氫鈉與氯化銨分離后經(jīng)苛化返回氧化鋁生產(chǎn)過程循環(huán)利用，既固定了二氧化碳，又使氯化銨得以循環(huán)再生。
文檔編號C04B18/12GK102190322SQ20101012175
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月10日
發(fā)明者張金平, 楊剛, 王云山 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所