[發明專利]一種電滲析耦合離子交換樹脂的赤泥脫堿和回收工藝

有效

• 申請號: 201710077431.1
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN106865923B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 王洪濤;李風亭;羅穆喜;亓雪嬌;張亞仙
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F11/00
• 分類號: C02F11/00;C02F9/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明公開了一種耦合電滲析和離子交換樹脂的赤泥脫堿和回收工藝，采用水洗裝置洗脫赤泥表面的附著堿，得到低堿性赤泥和水洗堿液。初期水洗堿液進入電滲析系統回收，并得到淡化出水，電滲析淡化出水和后期水洗堿液一起進入離子樹脂，進行深度處理，然后回流至水洗塔。本發明優勢在于：整個脫堿過程不產生任何有害物質和二次污染，并不需要化學試劑，解決赤泥的污染和難利用問題的同時，從赤泥中回收堿液。

技術領域

本發明涉及煉鋁赤泥脫堿和資源化利用的應用領域，尤其是電滲析和樹脂在赤泥脫堿和堿液回收中的工藝應用。

背景技術

赤泥是煉鋁過程中產生的高堿性固體顆粒物，依據其來源可分為燒結法、拜耳法和聯合法赤泥。我國現階段主要為拜耳法工藝煉鋁產生的赤泥。赤泥從高壓溶出爐中分離出來后再進行洗滌，其洗滌液回流到濕磨爐懸濁液中，洗滌后的殘渣作為廢棄赤泥進入堆場或進行資源回收。

我國赤泥產量達7000萬噸/年，占全球產量的30%，赤泥的最終處置顯得尤為重要。在上世紀初期，赤泥主要以海洋排放方式為主。七十年代后期至今，赤泥的處置主要以濕法和干法堆存為主，最后進行覆土掩埋。然而，這類處置方式不僅需要大量的土地面積，也極易導致赤泥中的堿性和有害物質進入土壤和地下水中，而帶來嚴重的環境污染。

赤泥呈灰色或暗紅色，其色度隨著含鐵量的不同而不同，具有較大比表面積（64.09~186.9 m²/g），其比重可達2.1~3.1 g/cm³，赤泥含水量86%～90%，90%左右的粒徑為0.075～0.005 mm，pH通常高達12.5~14.0左右。赤泥中的堿主要以游離態堿和結合態堿（即硅鋁酸鈉）2種形式存在，而赤泥中的鈉元素則主要以4種形態存在，即苛性鈉、鋁酸鈉、硅酸鈉和硅鋁酸鈉。赤泥礦物組成主要為方鈉石(Na₂O·Al₂O₃·1.68SiO₂·1.73H₂O)、一水硬鋁石（AlO(OH)）、方解石(CaCO₃)、鈣霞石(3NaAlSiO₄·NaOH)、赤鐵礦(Fe₂O₃)、金紅石(TiO₂)、水化石榴石(3CaO·Al₂O₃·mSiO₂·nH₂O)等礦物，赤泥中的稀土和稀有金屬則主要呈分散狀態，不均勻地分布在赤泥中。

現有的脫堿技術主要有：水洗脫堿、石灰脫堿、亞熔鹽脫堿、濕法碳化脫堿、酸浸出、電滲析膜脫堿等。

水洗赤泥法能夠有效地去除泥漿中的自由堿和附著堿，液固比5：1，洗滌5次以上，即可去除赤泥中95%以上的Na[張國立、李紹純、張馨元和王志開，青島理工大學學報，2012，33，59-62]。但是該法需要長時間的浸出和水洗，廢液產生多，后續無濃縮淡化處理。

石灰脫堿是在水熱條件下將其轉變為鈣硅渣將鈉置換出來進入溶液中而脫堿和回收。石灰脫堿法能夠顯著地去除赤泥中的游離堿和結合堿[ZL200410049747.2]。但活性石灰所加量較大，且難以有效地降低赤泥漿的pH，并增加赤泥量。此外，處理后的高鈣含量赤泥會對有價金屬的提取造成不利影響。

亞熔鹽脫堿法。亞熔鹽法是通過NaOH亞熔鹽在低溫低壓條件下可使氧化鋁的總溶出率達到95%以上，溶出后赤泥中Na₂O含量13%左右。往該泥漿中加入一定量CaO，在170 ℃和0.9 MPa壓力下可使Na₂O含量降至0.90%，鈉硅比降到0.04，符合排放要求，并可作為建筑材料利用[鐘莉和張亦飛，中國有色金屬學報，2008，18，70-73]。亞熔鹽脫堿法雖能達到較好的脫堿和回收效率，但其操作復雜，需要額外加入NaOH再回收，對設備性能要求高，工作環境差，難以在工程上進行有效的應用。