一种钙化‑碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法技术

本发明专利技术涉及一种钙化‑碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法，属于环境保护领域。该方法首先将拜耳法赤泥、石灰以及转型液相混合，其中转型液相为清水或Na2O质量浓度≤40g/L的溶液，将混合后的矿浆进行钙化；转型后矿浆不经固液分离直接向反应体系中加入增压后、含CO2组分的气体，进行碳化转型反应；碳化转型后的矿浆经液固分离，得到尾渣与液相，尾渣经溶铝母液进行氢氧化铝提取后作为水泥工业原料或土壤化，液相返回拜耳法系统。本技术可通过钙化‑碳化一步转型处理实现赤泥无碱化及氧化铝的回收，是一种节能、环保的拜耳法赤泥短流程处理方法。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及环境保护
，具体涉及一种钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法。
技术介绍
：2007年以来，中国的铝工业进入高速发展阶段，2014年我国氧化铝产能达到5000万吨左右，是2007年的2倍(2004年的7倍左右)，赤泥的排放量也达到了5000万吨以上，产能和排放量均占全球的50％左右。高碱赤泥是铝工业排放量最大的固体废弃物，每生产1吨氧化铝会产生1～1.4吨的赤泥，目前我国总堆存量达到4亿吨左右。拜耳法赤泥的pH值为11.0～12.0，对生物和金属材料腐蚀强烈。赤泥附液碱度高达26348mg/L(公共水源要求30～400mg/L)，使得周围水体pH值升高，造成严重水污染。高碱赤泥的堆存不仅占用了大量的土地资源，也存在严重的安全隐患，如遇到极端天气情况(如暴雨等)，赤泥堆场下游村庄也会出现大面积绝收及人员伤亡情况。因此，如何低成本大规模消纳赤泥已成为世界性难题。为实现赤泥的高效消纳，我国铝工业者进行了大量的研发工作，其中张开元等人专利技术的“大掺量粉煤灰水泥及其制备方法，申请号：200910303512”是以煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加剂，赤泥烘干后和水泥熟料混磨；将石灰和石膏破碎；将外加剂配制成溶液；取粉煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加剂混合均匀后，细磨即可得到大掺量粉煤灰水泥；夏举佩等人专利技术的“一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，申请号：201110209460”以赤泥和镁渣为原料，经原料预处理、混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖；董亚飞等专利技术的“一种赤泥分离铁、铝硅渣和碱金属去除的工艺方法及设备，申请号：201010561605”是将赤泥、煤粉、石灰、粘结剂按比例均匀混合，并压制成球，经烘干、转底炉熔融还原、粉碎后、磁选分离出铁和铝硅渣，分离出的铁用于电炉炼钢或铸钢等，铝硅渣用于生产高标号优质水泥或用于耐火材料的原料。上述专利技术均针对氧化铝生产过程的节能降耗以及赤泥无害化利用展开，但都没有达到彻底解决赤泥中含碱以及大幅度降低生产过程能耗的目的。
技术实现思路
：本专利技术在申请号：“201110275030.X，一种消纳拜耳法赤泥的方法”基础上，结合该过程存在的钙化及碳化过程工艺特点，采用钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥，即钙化后溶液不进行固液分离直接进行碳化处理，大幅度简化生产流程。同时，钙化反应后的体系能够促进碳
化过程，提高了碳化转型效率和速率，降低赤泥处理过程的能耗和成本，实现拜耳法赤泥的低成本无害化处理。本专利技术的一种钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法具体包括以下步骤：步骤1，钙化转型(1)将拜耳法赤泥、石灰和转型用液，混合形成混合矿浆；其中，按质量比，石灰中的CaO：拜耳法赤泥中的SiO2＝0.5～5；混合矿浆中液体体积与固体质量比为(2～6)：1；(2)将混合矿浆，进行钙化转型：钙化转型温度为80～160℃、反应时间为20～120min；所述步骤1中，钙化转型过程的主反应为：Na2O·Al2O3·1.7SiO2·nH2O+CaO→3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O+NaOH (1)步骤2，碳化转型(1)向钙化转型后形成的矿浆体系中，添加转型用液，调整矿浆体系中液体体积与固体质量比为(3～8)：1；(2)向调整后的矿浆体系中，通入含CO2组分的气体，进行碳化转型，碳化转型温度为60～150℃，反应时间为30～240min；其中，CO2气体分压为0.4～1.6MPa；所述步骤1和步骤2中，转型用液为清水、氢氧化钠或碳酸钠溶液中的一种，所述氢氧化钠或碳酸钠溶液中Na2O质量浓度≤40g/L；所述步骤2中，碳化转型过程的主反应为：3CaO·Al2O3·xSiO2·(6-2x)H2O+(3-2x)CO2→xCa2SiO4+(3-2x)CaCO3+2Al(OH)3+(3-2x)H2O；(2)钙化转型过程产生的NaOH在碳化过程中也会与CO2发生反应，生成Na2CO3，该过程反应如下：2NaOH(aq)+CO2(gas)→Na2CO3(aq)+H2O (3)步骤3，提取氢氧化铝(1)碳化转型后得到的矿浆体系，经固液分离，得到转型渣及液相；(2)溶铝母液与转型渣，按液体体积与固体质量比(2～10)：1混合，进行氢氧化铝提取，得到主要成分为硅酸钙和碳酸钙的尾渣；其中，溶铝母液成分包括NaOH和NaAl(OH)4，提取氢氧化铝的温度40～100℃，提取氢氧化铝的时间20～120min。所述的步骤3(2)中，溶铝母液中，Na2O浓度为40～120g/L，Al2O3浓度为0～100g/L；所述的步骤3(1)中，液相主要为碳酸钠，碳酸钠质量浓度≤50g/L；可应用于拜耳法工艺蒸发工序段，后经排盐处理抵消碳酸盐对拜耳法过程的影响；所述的步骤3(2)中，尾渣中硅酸钙和碳酸钙质量分数之和超过40％；本专利技术在钙化转型后，矿浆不经固液分离直接进行碳化转型处理，钙化转型所产生的氢氧化钠，在碳化转型时，吸收CO2，极大的提高了碳化转型溶液体系中的离子浓度，因而促进了碳化转型过程，提高碳化转型效率和速率。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)本专利技术中的生产方法得到的尾渣主要成分为硅酸钙及碳酸钙，可直接用于水泥工业，或进行土壤化处理，实现氧化铝生产过程赤泥的无害化利用；(2)本专利技术的生产方法全流程以湿法过程为主，生产能耗较低；(3)本专利技术的生产方法中钙化及碳化过程连续进行，不需经过固液分离处理，进一步降低了生产过程的能耗及运行成本。(4)通过本专利技术所述的生产方法处理赤泥，矿物中氧化铝的总体收率可达85％～100％，尾渣的铝硅比(Al2O3与SiO2质量比，氧化铝工业常用作表示矿物品位的指标)可降至0.7以下，且Na2O含量百分比(衡量赤泥碱度的指标)也可降至1％以下，矿物的氧化铝提取率可较拜耳法提高15％以上，生产一吨氧化铝的矿耗可降低15％左右。附图说明：图1为本专利技术的工艺流程图。具体实施方式：下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术所举实施例采用拜耳法赤泥为原料(以下简称赤泥)，但本专利技术所述的生产方法并不限制于该原料，该方法还可以用于铝土矿、霞石、长石、高岭石、粉煤灰、明矾石、铁铝共生矿等含铝原料的氧化铝生产过程中；本专利技术所举实施例中所采用的赤泥成分按质量百分比为：Al2O3：18.15％，SiO2：17.17％，Na2O：6.73％，Fe2O3：25.14％，余量为酌减水、TiO2及其他杂质；本专利技术所举实施例中添加的石灰按氧化钙含量占总质量的75％计；本专利技术所举实施例中所采用的CO2气体碳化过程是以石灰烧制产生的CO2尾气，本专利技术所述的生产方法不限于采用该尾气，任何采用含有CO2气体的气源均可采用该方法生产。本专利技术所举实施例中：m1：石灰中的CaO的质量，m2：拜耳法赤泥中的SiO2的质量，液体体积与固体质量比单位为L/kg；本专利技术所举实施例的一种钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法的工艺流程图，如图1所示。实施例1钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法，具体包括以下步骤：步骤1，钙化转型(1)将拜耳法赤泥、石灰和清水，混合形成液体体积与固体质量比为2：1的混合矿浆；其中，按照m1：m2＝0.5；(2)将混合矿浆在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙化‑碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，钙化转型(1)将拜耳法赤泥、石灰和转型用液，混合形成混合矿浆；其中，按质量比，石灰中的CaO：拜耳法赤泥中的SiO2＝0.5～5；混合矿浆中液体体积与固体质量比为(2～6)：1；(2)将混合矿浆，进行钙化转型：钙化转型温度为80～160℃、反应时间为20～120min；步骤2，碳化转型(1)向钙化转型后形成的矿浆体系中，添加转型用液，调整矿浆体系中液体体积与固体质量比为(3～8)：1；(2)向调整后的矿浆体系中，通入含CO2组分的气体，进行碳化转型，碳化转型温度为60～150℃，反应时间为30～240min；其中，CO2气体分压为0.4～1.6MPa；步骤3，提取氢氧化铝(1)碳化转型后得到的矿浆体系，经固液分离，得到转型渣及液相；(2)溶铝母液与转型渣，按液体体积与固体质量比(2～10)：1混合，进行氢氧化铝提取，得到成分含有硅酸钙和碳酸钙的尾渣；其中，溶铝母液成分包括NaOH和NaAl(OH)4，提取氢氧化铝的温度40～100℃，提取氢氧化铝的时间20～120min。

【技术特征摘要】
1.一种钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，钙化转型(1)将拜耳法赤泥、石灰和转型用液，混合形成混合矿浆；其中，按质量比，石灰中的CaO：拜耳法赤泥中的SiO2＝0.5～5；混合矿浆中液体体积与固体质量比为(2～6)：1；(2)将混合矿浆，进行钙化转型：钙化转型温度为80～160℃、反应时间为20～120min；步骤2，碳化转型(1)向钙化转型后形成的矿浆体系中，添加转型用液，调整矿浆体系中液体体积与固体质量比为(3～8)：1；(2)向调整后的矿浆体系中，通入含CO2组分的气体，进行碳化转型，碳化转型温度为60～150℃，反应时间为30～240min；其中，CO2气体分压为0.4～1.6MPa；步骤3，提取氢氧化铝(1)碳化转型后得到的矿浆体系，经固液分离，得到转型渣及液相；(2)溶铝母液与转型渣，按液体体积与固体质量比(2～10)：1混合，进行氢氧化铝提取，得到成分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张廷安，吕国志，刘燕，豆志河，解立群，王艳秀，张子木，赵秋月，张伟光，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21