鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及環(huán)境保護領域，具體涉及鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法。其步驟是將拜耳法赤泥與鋁酸鈣或石灰和鋁酸鈣混合后，在苛性堿濃度100～300g/L的高濃度堿液中進行鈣化脫堿轉型，赤泥中的含硅相全部轉化為水化石榴石的形式進入脫堿過程產生的鈣化渣，鈣化渣再經過碳化得到碳化渣，再經低溫溶鋁、沉鋁等工序得到鋁酸鈣產品，鋁酸鈣返回赤泥鈣化脫堿轉型過程循環(huán)使用。鈣化脫堿轉型后的部分含堿和鋁的液相可用作拜耳法生產過程的補充堿循環(huán)使用。本發(fā)明可實現(xiàn)赤泥中堿和鋁的回收以及拜耳法赤泥的無害化處理，是一種節(jié)能環(huán)保的赤泥利用方法。
【專利說明】鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境保護領域，具體涉及一種處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法。
技術背景
[0002]鋁是我國有色金屬冶金行業(yè)中的支柱產業(yè)，截止2013年，我國原鋁產能達到1800萬噸，氧化招產能接近4000萬噸，列世界首位。目前我國氧化招80%以上是采用拜耳法生產的，鋁土礦中的含硅相在拜耳法生產氧化鋁過程中會轉化為水合硅鋁酸鈉(Na20.Al2O3.1.7Si02.ηΗ20),即礦物中I公斤的氧化娃會導致赤泥中帶走I公斤的氧化鋁，并造成0.608公斤的堿損失。赤泥中含堿和鋁造成了兩個問題:第一，堿含量過高，導致赤泥無法用于水泥等大宗工業(yè)之中；第二，在處理低品位鋁土礦時，氧化鋁損失過大，總體收率較低。
[0003]為實現(xiàn)赤泥的高效利用以及有價元素提取，我國鋁工業(yè)者進行了大量的研發(fā)工作，現(xiàn)有的赤泥利用技術一般可分為兩種:一種是作為一般性工業(yè)原料整體利用，如張開元等人發(fā)明的“大摻量粉煤灰水泥及其制備方法，申請?zhí)?200910303512”是以煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加劑為原料，赤泥烘干后和水泥熟料混磨；將石灰和石膏破碎；將外加劑配制成溶液；取粉煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加劑混合均勻后，細磨即可得到大摻量粉煤灰水泥；以及王文舉等人發(fā)明的“一種鋁工業(yè)工藝廢渣全部轉型為生態(tài)建筑材料的工藝與方法，申請?zhí)?200710105971”利用鋁工業(yè)在生產過程中所產出的固體廢物赤泥(燒結法、拜耳法)、鍋爐爐渣、選礦尾礦、化灰渣、煤氣發(fā)生爐渣、污泥六種廢渣自身的物質屬性，通過干燥、粉碎、合理配比、加工成型(碾壓、擠壓)固結或燒結工藝，轉化為新型的路用材料和建筑墻體材料。
[0004]另一種是分別提取其中的有價金屬元素，其中最典型的是采用燒結法處理拜耳法赤泥，或采用酸浸的方式分別提取其中的有價金屬元素。如董亞飛等發(fā)明的“一種赤泥分離鐵、鋁硅渣和堿金屬去除的工藝方法及設備，申請?zhí)?201010561605”是將赤泥、煤粉、石灰、粘結劑按比例均勻混合，并壓制成球，經烘干、轉底爐熔融還原、粉碎后、磁選分離出鐵和鋁硅渣，分離出的鐵用于電爐煉鋼或鑄鋼等，鋁硅渣用于生產高標號優(yōu)質水泥或用于耐火材料的原料。
[0005]在現(xiàn)有的赤泥利用技術中直接利用的方式一般存在產品價格低、收益差等問題；分別提取有價元素的方法又大多存在處理過程能耗高、設備要求高等問題。因此目前工業(yè)化的赤泥仍多采用直接堆存的方式處理。雖然也有部分氧化鋁生產企業(yè)對赤泥進行脫堿后用于水泥等工業(yè)的應用，但直接脫堿過程仍存在兩個問題:第一，使用石灰對赤泥進行脫堿處理，僅能回收其中的氧化鈉，雖然赤泥中的堿含量可以降至水泥工業(yè)的要求，但由于產品單一，總體收益較?。坏诙?，在低濃度堿溶液或者清水中脫堿，赤泥脫堿后產生的低濃度堿溶液無法直接利用，需采用蒸發(fā)的方式濃縮，能耗較高。
【發(fā)明內容】

[0006]為了更好的實現(xiàn)赤泥中有價元素的綜合利用，并降低處理過程的能耗及成本。本發(fā)明提供一種鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，即以拜耳法赤泥為原料，經高堿濃度下鈣化脫堿轉型、碳化轉型、低溫溶鋁及沉鋁等工序實現(xiàn)赤泥中的堿和鋁的回收以及拜耳法赤泥的無害化處理。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
[0008]一種鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，按以下步驟進行:
[0009](I )鈣化脫堿轉型
[0010]將拜耳法赤泥與鋁酸鈣或石灰和鋁酸鈣混合，于高濃度苛性堿溶液母液中進行鈣化脫堿轉型反應，反應溫度為80~180°C，反應時間為10~60min，得到礦漿；礦漿經固液分離后，固相為鈣化渣，赤泥中的含硅相全部轉化成水化石榴石成為固相鈣化渣的主要成分，液相為高濃度苛性堿溶液；鈣化脫堿轉型的主反應如下:
[0011 ] Na20.Al2O3.1.7Si02.nH20+Ca0 — 3Ca0.Al2O3.xSi02.(6_2x) H2CHNaOH (I)
[0012]其中，所述的鋁酸鈣或石灰和鋁酸鈣中氧化鈣與赤泥的質量比為(0.2~1.0):I ;
[0013]所述的高濃度苛性堿溶液母液為氧化鈉濃度100~300g/L的氫氧化鈉溶液或氧化鈉濃度100~300g/L的鋁酸鈉溶液；
[0014]所述的赤泥與鋁酸鈣或石灰和鋁酸鈣的混合物與高濃度苛性堿溶液母液的液固比為(3 ~10): ImL/g ；
[0015]由于赤泥中的硅鋁酸鈉經鈣化脫堿轉型反應后，其中的鈉堿全部進入液相，使得反應后的液相高濃度苛性堿溶液中的氧化鈉濃度上升，因此，可取出部分該苛性堿溶液為拜耳法以及本發(fā)明所述的低溫溶鋁反應補堿，同時，在鈣化脫堿轉型反應中溶解于液相的氧化鋁按相應比例被取出，并隨取出的苛性堿溶液進入拜耳法系統(tǒng)或本發(fā)明的工藝流程，未取出的苛性堿溶液可直接作為或經本發(fā)明工藝流程產生的水稀釋后作為高濃度苛性堿溶液母液在本步驟的鈣化脫堿轉型反應中循環(huán)使用；
[0016]其中可取出的苛性堿溶液體積(V#)和鈣化脫堿轉型反應后得到的苛性堿溶液體積(y& )的比例鈣化脫堿轉型反應前、后的苛性堿溶液的堿濃度有關，具體的計算關系如下:
[0017]
【權利要求】
1.鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，按以下步驟進行: (1)鈣化脫堿轉型 將拜耳法赤泥與鋁酸鈣或石灰和鋁酸鈣混合，于高濃度苛性堿溶液母液中進行鈣化脫堿轉型反應，反應溫度為80~180°C，反應時間為10~60min，反應后，固相為鈣化渣，其主要成分為水化石榴石，液相為高濃度苛性堿溶液； (2)碳化轉型 將清水與鈣化渣按液固比(3~15):lmL/g在密閉容器中混合后，向密閉容器內通入CO2，使密閉容器內CO2氣體的分壓達到0.8~1.8MPa，再于80~160°C的條件下碳化轉型反應10~240min，得到礦漿；礦漿經液固分離，固相為碳化轉型渣，其主要成分為硅酸鈣、碳酸鈣以及氫氧化鋁，液相為水 ； (3)低溫溶鋁 在反應溫度40~100°C以及反應時間20~120min條件下，將碳化轉型渣與氫氧化鈉濃度為50~150g/L的低溫溶鋁母液進行溶鋁反應，低溫溶鋁母液與碳化轉型渣的液固比為(4~15):lmL/g，反應得到礦漿；礦漿經液固分離，液相為鋁酸鈉溶液，固相為主要成分為硅酸鈣和碳酸鈣的新型結構赤泥； 上述碳化轉型和低溫溶鋁反應進行I~5次； (4)沉鋁 將步驟(3)產生的鋁酸鈉溶液與含鈣礦物反應，得到鋁酸鈣沉淀和氫氧化鈉溶液。
2.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，步驟(1)所述的鋁酸鈣或石灰和鋁酸鈣中氧化鈣與赤泥的質量比為(0.2~1.0):1 ;所述的赤泥與鋁酸鈣或石灰和鋁酸鈣的混合物與高濃度苛性堿溶液母液的液固比為(3 ~10):lmL/go
3.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，步驟(1)所述的高濃度苛性堿溶液母液為氧化鈉濃度100~300g/L的氫氧化鈉溶液或氧化鈉濃度100~300g/L的鋁酸鈉溶液。
4.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，可取出部分所述步驟(1)中得到的高濃度苛性堿溶液中的堿液，為拜耳法或步驟(3)低溫溶鋁反應補堿，未取出的堿液可在步驟(1)鈣化脫堿轉型反應中作為母液循環(huán)使用。
5.根據(jù)權利要求4所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，其可取出高濃度苛性堿溶液的體積為:可取出的高濃度苛性堿溶液體積(V#)和鈣化脫堿轉型反應后得到的高濃度苛性堿溶液體積(y& )的比例與鈣化脫堿轉型反應iu、后的苛性喊溶液的濃度有關，具體的計算關系如下:V梓 _ rns—m*



'me.TBtmmmmVsm* 其中，V#為可取出的堿液體積，V,6為鈣化脫堿轉型反應后總的苛性堿溶液體積，Hljs為鈣化脫堿轉型反應后液相中苛性堿溶液濃度，Hlff為鈣化脫堿轉型反應前液相中苛性堿溶液液濃度。
6.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，所述步驟(2)中生成的水在碳化轉型反應中循環(huán)使用。
7.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，步驟(3)所述的新型結構赤泥，經水洗滌后排出，洗滌所產生的洗液可以返回步驟(I)鈣化脫堿轉型反應補充由于高濃度苛性堿溶液向拜耳法或向步驟(3)低溫溶鋁反應補充堿液所造成的水損失。
8.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，步驟(4)所述的含鈣礦物為含有氧化鈣的原料，包括石灰、鋁酸鈣、電石渣；所述的含鈣礦物中氧化鈣與鋁酸鈉溶液中氧化鋁質量比為(1.3~2.5):1。
9.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，步驟(4)含鈣礦物與鋁酸鈉溶液的反應條件為--反應溫度20~90°C以及反應時間 1 ~60min。
10.根據(jù)權利要求1所述的鈣化-碳化法處理拜耳法赤泥過程中堿與鋁的回收方法，其特征在于，所述步驟(4)中，反應得到的鋁酸鈣沉淀返回步驟(1)作為鈣化脫堿轉型反應的鈣源循環(huán)使用；所述的氫氧化鈉溶液返回步驟(3)作為低溫溶鋁母液循環(huán)使用。
【文檔編號】B09B3/00GK103934258SQ201410182568
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張廷安, 呂國志, 劉燕, 張子木, 朱小峰, 豆志河 申請人:東北大學