專利名稱：脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法
技術領域：
本發明涉及脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法，特別涉及利用強酸銨鹽(氯化銨)代替強酸(鹽酸)脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法。
背景技術：
赤泥是氧化鋁冶煉過程中排出的含鐵固體廢渣，隨著氧化鋁鋁工業的發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、燒結法還是聯合法，赤泥中堿含量偏高(一般高于2. 5% )，因其鈉含量超標，而使其利用率較低、赤泥脫鈉，變廢為寶化成為現實的社會問題。大量的赤泥被堆放于露天堆場，不僅占用寶貴的土地資源，造成環境污染，更是一種資源浪費。如何有效地利用赤泥，使之變廢為寶成為一個現實的社會問題，也成為眾多科研工作者感興趣的研究課題。二十世紀七十年代以來，為降低赤泥含堿量，國內外進行了多方面研究，先后出現了濕法脫鈉、火法脫鈉、細菌浸出、膜技術和選擇性絮凝等方法。火法費用高，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，目的都是使赤泥經脫堿后，所得濾餅成為低堿赤泥(Nii2O < )，可用作水泥生產的原料。石灰脫堿法是目前堿溶出法中應用較多的一種方法，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現其綜合利用，浸出劑為硫酸、鹽酸、硝酸、 磷酸、氫氟酸和二氧化硫等，該方法的關鍵是如何合理利用浸出液和浸出后的殘渣。酸浸法存在操作環境差、廢液量大且難以再處理的缺點。鹽浸出法主要是指采用某些無機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。

發明內容
本發明的目的是提供一種脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法，特別是利用強酸銨鹽(氯化銨)代替強酸(鹽酸)脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法。本發明的脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法是指以氧化鋁工業產出的高堿赤泥為處理對象，利用赤泥的強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，氯化鈉轉化成低溶解度碳酸氫鈉與氯化銨分離后經苛化返回氧化鋁生產過程循環利用，既固定了二氧化碳，又使氯化銨得以循環再生。本發明的脫除氧化鋁工業產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等操作步驟a.首先將破碎磨細后的氧化鋁工業產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%，氯化銨溶液的質量濃度優選為20 40%)；在溫度為130 170°C、密閉、攪拌條件下優選反應3 5小時左右；在反應過程中， 當溫度高于100°C時，由于氯化銨分解釋放出氨氣及體系達到氣液平衡時水蒸氣的產生，反應器內將產生壓力，故而隨溫度升高，壓力隨之增加，因此稱加壓浸出；由于反應過程中間斷排放氨氣(其中夾帶水蒸氣)將使反應器內的壓力產生波動，隨著氨氣的排出，反應不斷正向進行，放出氨氣，直到體系內氯化銨不再分解為止；在上述反應溫度下產生的壓力為 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，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體系中PH在 4. 0左右，生成的氯化鐵和氯化鋁會發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冷凝后得到氨水；b.將步驟a經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(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，將碳酸氫鈉與氯化銨溶液分離；所述的氧化鋁工業產出的赤泥是指氧化鋁生產過程中產生的含鐵固體廢渣，無論是采用拜耳法、燒結法還是聯合法，因其鈉含量超標，而使其利用率較低。本發明的赤泥脫鈉方法，可變廢為寶。本發明以強酸銨鹽氯化銨為轉化介質，實現赤泥中鈉的脫除，鈣和鎂可以固定二氧化碳，赤泥終渣中鈉和鎂指標滿足水泥添加劑要求。本發明因沒有強酸的加入，對設備材質的要求大為降低，工藝流程較為簡單，鈉脫除率高，赤泥經脫鈉后終渣可制水泥，消除環境污染。本發明利用氯化銨代替鹽酸加壓浸出脫除氧化鋁工業產出的赤泥中的鈉。在 130°C以上，利用赤泥的強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，氯化鈉轉化成碳酸氫鈉與氯化銨分離后經苛化返回氧化鋁生產過程循環利用，既可起到二氧化碳固定，又可使氯化銨循環再生。實驗證明利用氯化銨脫除氧化鋁工業產出的赤泥中的鈉切實可行，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；因沒有強酸的加入，設備材質要求降低，工藝流程較為簡單；終渣制水泥實現了赤泥資源化，消除了環境污染。本發明為氧化鋁工業產出的大量赤泥的資源化提供了新方法。為一項新的脫除氧化鋁工業產出赤泥中鈉的方法。以下結合附圖及實施例對本發明作進一步的說明。


圖1.本發明氧化鋁工業產出赤泥脫鈉的工藝流程示意圖。圖2.本發明方法氯化銨加壓浸出脫除氧化鋁工業產出的赤泥中的鈉所用裝置的示意圖。附圖標記1.收集器 2.冷凝器3.氣體鋼瓶4.進氣閥門5.進料閥門6.出料閥7.電加熱壓力反應釜8.攪拌漿9.壓力表 10.磁力攪拌機11.熱電偶12.程序溫度控制儀
具體實施例方式實施例1.請參見圖2，該裝置為氯化銨加壓浸出脫除氧化鋁工業產出的赤泥中的鈉的主反應裝置示意圖，主要部件為電加熱壓力反應釜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釜7的釜蓋外部上安裝有壓力表9以顯示釜內壓力；一控制所述電加熱壓力反應釜內溫度的插入所述電加熱壓力反應釜底的熱電偶11，與所述電加熱壓力反應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釜的內底部中央設置有攪拌漿8，所述攪拌漿與所述電加熱壓力反應釜蓋外部上方的磁力攪拌機 10相連接，并由磁力攪拌機控制攪拌漿的轉速；一氣體鋼瓶3與插入所述電加熱壓力反應釜內部的帶有進氣閥門4的管路相連接，在帶有進氣閥門4的管路上連接有帶有進料閥門5 的管路，一插入所述電加熱壓力反應釜內部的帶有出料閥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釜外連同電源的所述程序溫度控制儀12開關，設定程序，加熱；打開所述電加熱壓力反應釜蓋外部上方的所述磁力攪拌機10開關，調整所述電加熱壓力反應釜的內底部中央設置的所述攪拌漿8的轉速，攪動所述電加熱壓力反應釜內物料； 所述電加熱壓力反應釜蓋外安裝的所述壓力表9顯示釜內壓力，所述程序溫度控制儀12顯示釜內溫度，并通過所述熱電偶11控制溫度；所述氣體鋼瓶3 (實驗為氮氣鋼瓶)提供壓力 (大于釜內壓力)，經所述進氣閥4將來自所述進料閥5的水壓入釜內，氣體經由所述出料閥6從釜內排出，經所述冷凝器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備實現本發明。以河南鞏義氧化鋁廠提供的赤泥作為原料，其化學組成如表1所示。表1、實驗采用氧化鋁工業產出赤泥的化學組成
權利要求
1.一種脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法，其特征是，該方法包括以下步驟a.首先將破碎磨細后的氧化鋁工業產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，并使在上述反應溫度下產生的壓力為 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，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冷凝后得到氨水；b.將步驟a經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，得到氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，同時氯化鈉轉變成碳酸氫鈉，且利用碳酸氫鈉在氯化銨溶液中的溶解度較低的特點，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，循環使用。
2.根據權利要求1所述的脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法，其特征是將步驟a 經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.根據權利要求1所述的脫除氧化鋁工業產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量濃度為20 40%。
4.根據權利要求1所述的脫除氧化鋁工業產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的時間為3 5小時。
全文摘要
本發明涉及脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法，特別涉及利用強酸銨鹽(氯化銨)代替強酸(鹽酸)脫除氧化鋁工業產出的赤泥中鈉的方法。本發明以氧化鋁工業產出的高堿赤泥為處理對象，利用赤泥的強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，氯化鈉轉化成低溶解度碳酸氫鈉與氯化銨分離后經苛化返回氧化鋁生產過程循環利用，既固定了二氧化碳，又使氯化銨得以循環再生。
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 優先權日2010年3月10日
發明者張金平, 楊剛, 王云山 申請人:中國科學院過程工程研究所