专利名称：一种碱渣脱水的方法
技术领域：
本发明属于氯碱化工技术领域，涉及氨碱法生产纯碱过程排放的废渣的一种碱渣脱水 的方法。
背景技术：
氨碱法生产纯碱的最大缺点是蒸氨工艺流程中会产生大量废弃物。据统计，每生产lt 纯碱要排出9 llni3的废弃物，其中含固体废渣约0.3 0.6t。我国现有大连、天津、青岛 三大氨碱厂均地处沿海，生产多年来主要是靠筑坝堆存、空地堆存，废清液排海及混合排 海的办法来处理废液废渣。近年来随着生产的不断发展，排废量逐年增长，原有的排废设 施已寧不能满足生产需要。如天津碱厂将废液废渣利用盐滩空地堆存，经自然沉清后的清 液流入渤海，经多年积累的废渣已堆积如山，形成两座"白灰埝"，占地面积已达350多 公顷，不仅占去大片盐田，同时有塌方的危险，成为公害。大连化工公司原有海坝渣场巳 经填满，大量悬浮废液越坝外溢，造成废液排放超标，废渣沉积淤塞航道的严重后果。随 着环境问题逐渐成为全球共同面临的问题， 一些发达国家已陆续关闭了氨碱法制碱厂，我 国是一个发展中的国家，关闭这样的碱厂是不现实的。可持续发展战略是我国的基本策略， 所以三废的有效治理和利用是保护环境的重要措施之一。
从碱渣的生成过程可以看出碱渣是石灰石和粗盐在特定流程之后的副产品。主要水 不溶性成分为CaC03、 Mg(0H)2、 CaS04,还含少量的八1203、 FeA、 SiO"含量在60% 80%; 而易溶性的盐主要成分是CaCl2、 NaCl等，含量在12% 22%;此外，还含有6% 10%的 酸不溶物。易溶盐化学分析表明，碱渣呈碱性，碱渣的pH值一般为10 12。
碱渣中可溶性氯化物(CaQ2、 NaCl)盐类含量较高，即氯离子含量较高。通过对碱渣的 静溶和淋溶试验，分析淋滤液中氯离子的析出过程，发现碱渣堆放场对地下水氯离子浓度 的升高具有很大的影响。焦作市以深层岩溶水为源水的二、七供水厂的水质逐年变差，二 水厂的氯离子浓度由1996年的58. 7mg/L升高到2003年的119mg/L;而矿务局水文队的饮水 井的氯离子更是由1998年的86mg/L增高至2003年的1490mg/L，由于氯离子浓度升高，还导 致了水中阳离子含量的增加，从而造成地下水总硬度的升高。
闰澍旺等的《碱渣土的工程性能研究》中指出，碱渣的颗粒非常细小，是碱渣的又一 个主要特征。其中，65%以上(体积分数)的碱渣粒径<10微米(相当于1250目)，95%以上 的碱渣〈25微米(相当于500目)，.碱渣的最大粒径为38微米(相当于320目)。由于碱渣的粒 度细，比表面积大，具有胶体性质，因此其粉体颗粒沉降速度慢，且含水率高，难以脱水， 这是碱渣治理的一个难点。
姚德和娄性义等分别在《碱渣(白泥)综合利用》和《碱渣(白泥)综合利用途径的 探讨》中指出碱渣用量最大的方面是围海造地、筑路等土方工程，其天然含水量高，大量的晾晒十分困难，在填筑过程中也很难把含水量控制得很好，可能存在于较大的范围内。 目前，天津碱厂引进的芬兰LAROX公可PF全自动压滤机可以满足要求，国产设备难以胜任。 对这一问题不应仅仅从脱水设备上下功夫，要寻找新的方法来发展碱渣脱水技术。
乔希海《碱渣的干燥方法》发明了隔离干燥的方法将堆积碱渣或直接排放废渣液经 沉积、压滤后的碱渣放置在带有隔离层的自然地面上自然干燥至含水量为20 40%的碱渣 块状素灰。王鸿博等《碱渣表面憎水改性研究》通过机械化学改性法研究了碱渣表面憎水 处理，以硬脂酸钙为改性剂，用分散率和活化指数作为指标，进行了以活化碱渣为填料配 制的沥青混合料的易溶盐和氯离子溶出性试验。采用单一的物理或化学方法很难得到先进 合理的技术经济指标，要改变这种固体废弃物的堆放继而引起水体污染的问题，治理措施 必须能够消耗掉大量的碱渣、技术上要简便可行并且有一定的经济效益。
发明内容
在自然条件下，碱渣中总是含水的。存在于碱渣的晶格架内部或参与碱渣构造的水称 为结合水，它只有在比较高的温度下才能化为气态水而与碱渣分离。自由水是存在于碱渣 表面电场影响范围以外的水，具有溶解能力，能传递静水压力。
矿物颗粒表面一般带有负电荷。在最靠近碱渣的表面处，静电引力最强，它把水化离 子和极性分子牢固的吸附在碱渣表面上形成固定层。在固定层的外围，静电引力比较小， 因此水化离子和极性水分子的活动性比在固定层中大些，形成扩散层。结合水故而又可分 为强结合水和弱结合水两种，强结合水是固定层中的水，而弱结合水则相当于扩散层中的 水。强结合水是指紧靠碱渣表面的结合水，它没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力， 只有吸热变成蒸汽时才能移动。这种水极其牢固的结合在碱渣表面，其性质接近于固体， 具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。颗粒愈细，比表面积愈大，最大吸着度愈大。弱结 合水是紧靠于强结合水得到外围形成一层结合水膜。它仍然不能传递静水压力，但水膜较 厚的弱结合水能向邻近的较薄的水膜缓缓转移。弱结合水离颗粒愈远，其受到的电分子吸 引力愈小，并逐渐过渡到自由水。碱渣的比表面积(单位体积或质量的土颗粒总表面积)很 大，造成碱渣表面能很大，再加上碳酸盐的亲水能力比较强，因此碱渣对水有强烈的吸附 作用，造成碱渣有极大的孔隙体系和孔隙水，这是碱渣含水量非常高的原因。在自然堆积 状态下，天然状态的碱渣含水量高达260%，孔隙比大于2.97，孔隙率n大于75呢。
本发明的主要内容是通过高温、高压改变碱渣的结构、组成、粒径、表面特性、荷电 性等性质来降低其亲水性，提高疏水性，从而改变碱渣沉降和过滤性能。
本发明的技术方案如下-
一种废渣脱水的方法，其特征是步骤如下
1) 将碱渣进行粗粉碎，用质量比为1 1.5的溶剂混合后加入到不锈钢高压釜中，缓慢 充入空气加压至略高于实验压力，检査高压釜的密封性；
2) 待完全放空高压釜内气体，检査设备没有泄漏现象后；升温到150 24(TC、压力为 1 3MPa、时间2 4h、在100 180r/min转速下使碱渣脱水
43)反应结束后，将加热套卸下，降低温度为室温，继续通冷却水以加快降温速度， 待高压釜冷却至压力归零后，收集釜内残液并进行反复抽滤，回收碱渣。 所述的溶剂为乙醇、水、氯仿、丙酮或乙醚等。
上述步骤l)浸水后碱渣中的部分结合水变成了自由水，某些易溶盐(如CaCl2和NaCl 等)遇水溶解，对原来的骨架造成一定程度的破坏。
上述步骤2)经过一定时间后，在溶剂和孔隙水的作用下，各种物质结晶或沉淀到颗 粒的表面和粒间接触处，体积有一定程度的增大，这可减小碱渣的孔隙比，颗粒的间距减 小，增加密实度。
蒸汽在高压釜的每一处都处于过热状态，从而能够将热量供给碱渣中的水分，同时 带走蒸汽。过热水蒸气在系统中连续循环，同时连续排出过剩的水蒸气以便维持系统中的 压力。过热蒸汽表面温度极高，脱水时间减少，降低了碱渣的堆积密度，减少了极大的堆 存费用，同时也避免了碱渣堆放引起岩溶地下水氯离子污染。由于蒸汽轻微过热，避免了 加热大量空气的要求，加之溶剂易得，从而导致节能。碱渣的排放量大，需要除去大量的 水分，湿分的量愈大，效率提高愈大，这就赋予了其规模经济性。本发明能在较短的时间 内达到脱水目的，技术操作过程简单、易实施，且符合固体废弃物资源化利用的原则，经 处理脱水后的碱渣可做他用。相对于在空气环境中脱水，此方法具有全部积极作用。碱渣 脱水率50%以上。
具体实施例方式
例1:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、无水乙醇150g，加入到高压釜 内。投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高庄釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称 地上螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调 到零，再开控制台电流开关。设定压力3.0MPa，温度210。C，转速100r/min，加热2h。 反应毕停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得 76. 84g，自然干燥3d后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得39. 76g。碱渣脱水率为60. 24%。
例2:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、无水乙醇150g，加入到高压釜 内。投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称 地上螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调 到零，再开控制台电流开关。设定压力l.OMPa，温度150°C，转速100r/min，加热2h。 反应毕停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得 80. 18g，自然干燥3d后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得49. 24g。碱渣脱水率为50. 76°/。。
例3:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、自来水150g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力3.0MPa，温度24(TC，转速100r/min，加热2h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得69.05g， 自然干燥3d后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得30. 97g。碱渣脱水率为69. 03%。
例4:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、自来水150g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力3.0MPa，温度240°C，转速150r/min，加热2h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得57.50g， 自然干燥3d后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得24. 08g。碱渣脱水率为75. 92%。
例5:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、自来水150g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力1.5MPa，温度210'C，转速150r/rain，加热2h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得71.25g， 自然干燥3d后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得39.53g。碱渣脱水率为60.47%。
例6:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、自来水150g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力1.5MPa，温度210°C，转速150r/min，加热3h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得69.54g， 放入烘箱内IOO'C干燥12h后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得28.13g。碱渣脱水率为 71.87%。
例7:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、乙醚150g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力1.5MPa，温度210'C，转速150r/rain，加热4h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得67.78g， 放入烘箱内IO(TC干燥12h后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得22.73g。碱渣脱水率为 77. 27%。
例8:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，'在电子天平上准确称取碱渣100g、自来水150g，加入到高压釜内。投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力1.5MPa，温度210'C，转速180r/min，加热4h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得63.84g, 放入烘箱内IO(TC干燥12h后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得21.63g。碱渣脱水率为 78.37%。
例9:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、氯仿100g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力1.5MPa，温度21(TC，转速150r/min，加热4h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得66.04g， 放入烘箱内IOCTC干燥12h后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得42.80g。碱渣脱水率为 57. 20%。
例10:用蒸镏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL千净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、自来水130g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内.空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力2MPa，温度210°C，转速150r/min，加热4h。反应毕停 止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得65.28g，放 入烘箱内IO(TC干燥12h后碱渣颜色由灰变白，再称重一次得25.68g。碱渣脱水率为 74.32%。
例11:用蒸馏水反复冲洗高压釜内壁、搅拌及接合面，再用棉花或绸布蘸乙醇擦净。 取一 300mL干净烧杯，在电子天平上准确称取碱渣100g、丙酮150g，加入到高压釜内。 投料结束后，用镜头纸轻轻擦拭高压釜面密封处，盖上盖，用扭力扳手成十字形对称地上 螺丝，逐步加力对称上紧。试漏后将釜内空气排尽，先使搅拌开关、调速加热开关调到零， 再开控制台电流开关。设定压力1.5MPa，温度20(TC，转速150r/min，加热4h。反应毕 停止搅拌，将釜内残余气体放尽，拧开螺丝取样抽滤。然后在电子天平上称重得65.82g， 放入烘箱内IO(TC干燥12h后碱渣颜色申灰变白，再称重一次得45.32g。碱渣脱水率为 54.68%。
本发明提出的一种碱渣脱水的方法，已通过实施例进行了描述，相关技术人员明显能 在不脱离本发明的内容、精神和范围内对本文所述的制作方法进行改动或适当变更与组 合，来实现本发明的技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人 员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
权利要求
1.一种碱渣脱水的方法，其特征是步骤如下1)将碱渣进行粗粉碎，用质量比为1～1.5的溶剂混合后加入到不锈钢高压釜中，缓慢充入空气略高于试验压力，检查高压釜的密封性；2)待完全放空高压釜内气体，检查设备没有泄漏现象后；升温到150～240℃、压力为1～3.0MPa、时间2～4h、在100～180r/min转速下使碱渣脱水；3)反应结束后，将加热套卸下，降低温度为室温，继续通冷却水以加快降温速度，待高压釜冷却至压力归零后，收集釜内残液并进行反复抽滤，回收碱渣。
2. 如权利要求l所述的一种废渣脱水的方法，其特征是所述的溶剂为乙醇、水、氯仿、丙酮 或乙醚。
全文摘要
本发明涉及一种碱渣脱水的方法。步骤为1)将碱渣进行粗粉碎，用质量比为1～1.5的溶剂混合后加入到不锈钢高压釜中，缓慢充入空气加压5～10MPa，检查高压釜的密封性；2)待完全放空高压釜内气体后，检查设备没有泄漏现象后；升温到150～240℃、压力为1～3.0MPa、时间2～4h、在100～180r/min转速下使碱渣脱水；3)反应结束后，将加热套卸下，降低温度为室温，继续通冷却水以加快降温速度，待高压釜自然冷却至室温、压力为零后，收集釜内残液并进行反复抽滤，回收碱渣。本发明能在较短的时间内达到脱水目的，技术操作过程简单、易实施，且符合固体废弃物资源化利用的原则，经处理脱水后的碱渣可做他用，碱渣脱水率高达78.37％。
文档编号B09B3/00GK101524698SQ20091006836
公开日2009年9月9日 申请日期2009年4月3日 优先权日2009年4月3日
发明者何东荣, 吴婷婷, 张东辉, 胡智辉, 韦向攀 申请人:天津大学