烧结法赤泥脱碱及碱回收工艺研究

摘要

赤泥是氧化铝工业尾矿中产出的污染性废渣。目前国内的赤泥大多采用露天筑坝湿法堆存,其自然堆存不仅占用大量土地、需要耗费较多的堆场建设和维护费用,而且带来一系列的环境问题。赤泥中含有大量的生产水泥所必须的组分,但其碱含量过高和放射性核素超标是制约其综合利用的关键因素。因此开展赤泥脱碱和碱回收研究,不仅能提高赤泥的综合利用率,降低环境危害,而且回收的碱用于氧化铝生产,还能降低氧化铝生产成本,对氧化铝工业和水泥行业的发展都有着十分积极的作用。
　　 本论文主要采用中国长城铝业郑州分公司产出的烧结法赤泥作为研究对象,通过参照相关标准,同时采用XRD、SEM等分析测试手段系统地研究了烧结法赤泥的资源特性,研究表明烧结法赤泥有一定的活性,适用于建材行业,尤其是作为水泥原料,但其碱含量(R2O为4.2％)过高大大的限制了其综合利用效率。
　　 本研究首先采用SEM-EDS和XRD分析了赤泥中碱的赋存状态,研究表明烧结法赤泥中的碱主要分为两部分,即附着碱和化学结合碱,其中附着碱约占35%。通过不同的脱碱剂对赤泥进行脱碱试验研究,发现许多不同脱碱剂通过离子交换均可达到一定的脱碱效果,且CaO是一种性价比较高的脱碱剂。
　　 其次通过对石灰法脱碱的影响因素和工艺参数进行全面的研究,发现赤泥颗粒粒径减小、温度升高、反应时间延长、石灰掺量增加以及液固比增大均能够提高赤泥脱碱效果,其中尤以反应时间和CaO掺量的影响效果更明显。其中温度90℃、时间6 h、CaO掺量12%、液固比4/1为石灰法脱碱的最佳工艺参数。添加石灰处理烧结法赤泥的脱碱机理是部分方钠石(NasAl6Si6O24CO3)中的2个Na+被1个Ca2+置换出,生成了更难溶的钙霞石[Na6CaAl6Si6(CO3)024·2H2O]。
　　 最后碱液浓缩和碱回收的试验表明用石灰法脱碱后的碱液重复洗涤赤泥使碱液浓缩的方法是可行的,5次洗涤后,溶液中的Na元素浓度达到26 mg/ml。同时采用正丁醇对饱和溶液进行萃取结晶,回收碳酸氢钠的方法也是可行的。其中碳酸氢钠的回收率随着正丁醇与饱和碳酸氢钠溶液体积比的增大而明显增大,溶剂比为5:1时,碳酸氢钠的回收率达到84.9%;随着温度的升高,碳酸氢钠的回收率先升高后降低,在35℃时达到最大值91.2%,但整体变化不大。
　　 经脱碱处理后的赤泥更适合用于生产水泥,且回收的碱若用于氧化铝行业,无疑会降低成本,促进氧化铝行业的进一步发展。