专利名称：脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法
技术领域：
本发明涉及脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法，特别涉及利用强酸铵盐(氯化铵)代替强酸(盐酸)脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法。
背景技术：
赤泥是氧化铝冶炼过程中排出的含铁固体废渣，随着氧化铝铝工业的发展和矿石品位的下降，赤泥量愈来愈大，目前我国每年排放赤泥约2000万吨。无论是采用拜耳法、烧结法还是联合法，赤泥中碱含量偏高(一般高于2. 5% )，因其钠含量超标，而使其利用率较低、赤泥脱钠，变废为宝化成为现实的社会问题。大量的赤泥被堆放于露天堆场，不仅占用宝贵的土地资源，造成环境污染，更是一种资源浪费。如何有效地利用赤泥，使之变废为宝成为一个现实的社会问题，也成为众多科研工作者感兴趣的研究课题。二十世纪七十年代以来，为降低赤泥含碱量，国内外进行了多方面研究，先后出现了湿法脱钠、火法脱钠、细菌浸出、膜技术和选择性絮凝等方法。火法费用高，脱钠率低，操作条件也受到限制，若仅为降低赤泥中碱量，一般不宜采用火法；无论是拜耳法赤泥还是烧结法赤泥，湿法脱钠都包括碱溶出法、酸浸出法，盐浸出法等。无论采用何种方法，目的都是使赤泥经脱碱后，所得滤饼成为低碱赤泥(Nii2O < )，可用作水泥生产的原料。石灰脱碱法是目前碱溶出法中应用较多的一种方法，即将赤泥中的氧化钠(Na2O) 用石灰(Ca(OH)2)置换，反应方程式如(1)式所示=Na2O .Al2O3.1· 7Si02 .XH2CHCa(OH)2-CaO Al2O3 · 1. 7Si02 · xH20+Na20 (1)石灰脱碱法存在渣量大、脱钠率低、成本高等问题。酸浸法主要是采用浓酸浸出赤泥来实现其综合利用，浸出剂为硫酸、盐酸、硝酸、 磷酸、氢氟酸和二氧化硫等，该方法的关键是如何合理利用浸出液和浸出后的残渣。酸浸法存在操作环境差、废液量大且难以再处理的缺点。盐浸出法主要是指采用某些无机盐溶液或其酸性溶液作浸出剂，以溶解赤泥中的氧化钠及其它有用成分。国外先后开展过硫酸铁、硫酸铝、硫酸钙废液、及硫酸混合硫酸铵浸出等。盐法脱钠率较高，但赤泥浆过滤性能差。
发明内容
本发明的目的是提供一种脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法，特别是利用强酸铵盐(氯化铵)代替强酸(盐酸)脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法。本发明的脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法是指以氧化铝工业产出的高碱赤泥为处理对象，利用赤泥的强碱性使氯化铵分解并释放出氨气，同时使赤泥中的钠元素、 钙元素和镁等元素形成可溶性氯化物而与赤泥终渣分离；终渣中的钠元素与镁元素含量满足水泥添加剂要求，使赤泥得以利用，消除环境污染；利用氯化铵分解释放出的氨气及添加的二氧化碳，使镁和钙氯化物形成氢氧化镁沉淀和碳酸钙沉淀，氯化钠转化成低溶解度碳酸氢钠与氯化铵分离后经苛化返回氧化铝生产过程循环利用，既固定了二氧化碳，又使氯化铵得以循环再生。本发明的脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法主要包括氯化铵加压浸出、过滤 (固液分离)、洗涤、沉淀和氯化铵再生循环等操作步骤a.首先将破碎磨细后的氧化铝工业产出的赤泥与氯化铵溶液混合(其中二者比例依不同赤泥组成而定，使氯化铵相对赤泥中镁元素、钙元素、钠元素、铁元素和铝元素的金属氧化物的总摩尔量的理论过量20% 50%，氯化铵溶液的质量浓度优选为20 40%)；在温度为130 170°C、密闭、搅拌条件下优选反应3 5小时左右；在反应过程中， 当温度高于100°C时，由于氯化铵分解释放出氨气及体系达到气液平衡时水蒸气的产生，反应器内将产生压力，故而随温度升高，压力随之增加，因此称加压浸出；由于反应过程中间断排放氨气(其中夹带水蒸气)将使反应器内的压力产生波动，随着氨气的排出，反应不断正向进行，放出氨气，直到体系内氯化铵不再分解为止；在上述反应温度下产生的压力为 0. 3 0. SMPa ；通过使赤泥中的镁元素、钙元素和钠元素的金属氧化物(赤泥中的钠元素主要以氢氧化钠及碳酸钠形式存在)与氯化铵反应，得到含有氯化铵的氯化镁、氯化钙和氯化钠的金属氯化物混合溶液(因赤泥中氧化铁和氧化铝均为两性氧化物(既有酸性，又有碱性)，因此也会作为碱性金属氧化物而消耗氯化铵，只是由于在最终反应体系中PH在 4. 0左右，生成的氯化铁和氯化铝会发生水解变成氢氧化铁和氢氧化铝留在渣相中)、氯化铵分解并释放出的含有水蒸气的氨气及赤泥终渣(赤泥终渣中含有的元素主要是铁、铝和硅等)；将得到的含有水蒸气的氨气经冷凝后得到氨水；b.将步骤a经过滤后得到的含有氯化铵的氯化镁、氯化钙和氯化钠的金属氯化物混合溶液与步骤a得到的氨水及二氧化碳(烟道气中提取或其它途径获得)反应(氨水和二氧化碳都相对所述的含有氯化铵的氯化镁、氯化钙和氯化钠的金属氯化物的总摩尔量的理论过量20 30%左右)，得到氢氧化镁和碳酸钙沉淀，同时氯化钠转变成碳酸氢钠，且利用碳酸氢钠在氯化铵溶液中的溶解度较低的特点，将碳酸氢钠与氯化铵溶液分离；所述的氧化铝工业产出的赤泥是指氧化铝生产过程中产生的含铁固体废渣，无论是采用拜耳法、烧结法还是联合法，因其钠含量超标，而使其利用率较低。本发明的赤泥脱钠方法，可变废为宝。本发明以强酸铵盐氯化铵为转化介质，实现赤泥中钠的脱除，钙和镁可以固定二氧化碳，赤泥终渣中钠和镁指标满足水泥添加剂要求。本发明因没有强酸的加入，对设备材质的要求大为降低，工艺流程较为简单，钠脱除率高，赤泥经脱钠后终渣可制水泥，消除环境污染。本发明利用氯化铵代替盐酸加压浸出脱除氧化铝工业产出的赤泥中的钠。在 130°C以上，利用赤泥的强碱性使氯化铵分解并释放出氨气，同时使赤泥中的钠、钙和镁等元素形成可溶性氯化物而与赤泥终渣分离；终渣中的钠与镁元素得含量满足水泥添加剂要求，使赤泥得以利用，消除环境污染；利用氯化铵分解释放出的氨气及添加的二氧化碳，使钙、镁和钠等元素的氯化物形成氢氧化镁和碳酸钙沉淀，氯化钠转化成碳酸氢钠与氯化铵分离后经苛化返回氧化铝生产过程循环利用，既可起到二氧化碳固定，又可使氯化铵循环再生。实验证明利用氯化铵脱除氧化铝工业产出的赤泥中的钠切实可行，终渣中钠脱除率高，氧化钠含量< 0. 7%，氧化镁含量< 0. 5%，因此可用作水泥原料而得以资源化；因没有强酸的加入，设备材质要求降低，工艺流程较为简单；终渣制水泥实现了赤泥资源化，消除了环境污染。本发明为氧化铝工业产出的大量赤泥的资源化提供了新方法。为一项新的脱除氧化铝工业产出赤泥中钠的方法。以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
图1.本发明氧化铝工业产出赤泥脱钠的工艺流程示意图。图2.本发明方法氯化铵加压浸出脱除氧化铝工业产出的赤泥中的钠所用装置的示意图。附图标记1.收集器 2.冷凝器3.气体钢瓶4.进气阀门5.进料阀门6.出料阀7.电加热压力反应釜8.搅拌浆9.压力表 10.磁力搅拌机11.热电偶12.程序温度控制仪
具体实施例方式实施例1.请参见图2，该装置为氯化铵加压浸出脱除氧化铝工业产出的赤泥中的钠的主反应装置示意图，主要部件为电加热压力反应釜7 (不锈钢制成，有效容积2L，釜盖可拆卸，由螺栓紧固，密闭可最高耐压IOMPa)。在所述的电加热压力反应釜7的釜盖外部上安装有压力表9以显示釜内压力；一控制所述电加热压力反应釜内温度的插入所述电加热压力反应釜底的热电偶11，与所述电加热压力反应釜外连通电源的程序温度控制仪12相连接；在所述电加热压力反应釜的内底部中央设置有搅拌浆8，所述搅拌浆与所述电加热压力反应釜盖外部上方的磁力搅拌机 10相连接，并由磁力搅拌机控制搅拌浆的转速；一气体钢瓶3与插入所述电加热压力反应釜内部的带有进气阀门4的管路相连接，在带有进气阀门4的管路上连接有带有进料阀门5 的管路，一插入所述电加热压力反应釜内部的带有出料阀6的管路的另一端与冷凝器2相连接，冷凝器2通过管路与收集器1相连接。物料由所述电加热压力反应釜7的可拆卸釜盖加入，并用螺栓紧固，密闭；接通电源，打开所述电加热压力反应釜外连同电源的所述程序温度控制仪12开关，设定程序，加热；打开所述电加热压力反应釜盖外部上方的所述磁力搅拌机10开关，调整所述电加热压力反应釜的内底部中央设置的所述搅拌浆8的转速，搅动所述电加热压力反应釜内物料； 所述电加热压力反应釜盖外安装的所述压力表9显示釜内压力，所述程序温度控制仪12显示釜内温度，并通过所述热电偶11控制温度；所述气体钢瓶3 (实验为氮气钢瓶)提供压力 (大于釜内压力)，经所述进气阀4将来自所述进料阀5的水压入釜内，气体经由所述出料阀6从釜内排出，经所述冷凝器2冷却后，由所述收集器1收集。上述所用装置只是一种选择，不具有唯一性和排他性，也可以采用其它类似设备实现本发明。以河南巩义氧化铝厂提供的赤泥作为原料，其化学组成如表1所示。表1、实验采用氧化铝工业产出赤泥的化学组成
权利要求
1.一种脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法，其特征是，该方法包括以下步骤a.首先将破碎磨细后的氧化铝工业产出的赤泥与氯化铵溶液混合，并使氯化铵相对赤泥中镁元素、钙元素、钠元素、铁元素和铝元素的金属氧化物的总摩尔量的理论过量20% 50% ；在温度为130 170°C、密闭、搅拌条件下反应，并使在上述反应温度下产生的压力为 0. 3 0. SMPa ；通过使赤泥中的镁元素、钙元素和钠元素的金属氧化物与氯化铵反应，得到含有氯化铵的氯化镁、氯化钙和氯化钠的金属氯化物混合溶液、含有水蒸气的氨气及赤泥终渣；将得到的含有水蒸气的氨气经冷凝后得到氨水；b.将步骤a经过滤后得到的含有氯化铵的氯化镁、氯化钙和氯化钠的金属氯化物混合溶液与步骤a得到的氨水及二氧化碳反应，得到氢氧化镁和碳酸钙沉淀，同时氯化钠转变成碳酸氢钠，且利用碳酸氢钠在氯化铵溶液中的溶解度较低的特点，将碳酸氢钠与氯化铵溶液分离；其中，氨水和二氧化碳都相对所述的含有氯化铵的氯化镁、氯化钙和氯化钠的金属氯化物的总摩尔量的理论过量20 30% ；c.将步骤b得到的氯化铵溶液返回步骤a，循环使用。
2.根据权利要求1所述的脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法，其特征是将步骤a 经过滤后得到的赤泥终渣用水洗涤后送水泥厂作原料使用。
3.根据权利要求1所述的脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法，其特征是步骤a 所述的氯化铵溶液的质量浓度为20 40%。
4.根据权利要求1所述的脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法，其特征是步骤a 所述的密闭条件下反应的时间为3 5小时。
全文摘要
本发明涉及脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法，特别涉及利用强酸铵盐(氯化铵)代替强酸(盐酸)脱除氧化铝工业产出的赤泥中钠的方法。本发明以氧化铝工业产出的高碱赤泥为处理对象，利用赤泥的强碱性使氯化铵分解并释放出氨气，同时使赤泥中的钠元素、钙元素和镁等元素形成可溶性氯化物而与赤泥终渣分离；终渣中的钠元素与镁元素含量满足水泥添加剂要求，使赤泥得以利用，消除环境污染；利用氯化铵分解释放出的氨气及添加的二氧化碳，使镁和钙氯化物形成氢氧化镁沉淀和碳酸钙沉淀，氯化钠转化成低溶解度碳酸氢钠与氯化铵分离后经苛化返回氧化铝生产过程循环利用，既固定了二氧化碳，又使氯化铵得以循环再生。
文档编号C04B18/12GK102190322SQ20101012175
公开日2011年9月21日 申请日期2010年3月10日 优先权日2010年3月10日
发明者张金平, 杨刚, 王云山 申请人:中国科学院过程工程研究所