專利名稱：用于水處理的方法和組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被溶解的無機物質(zhì)，例如酸和/或金屬離子污染的水的處理方法和組合物，以及中和的鋁土礦精煉廠殘渣的制備方法，所述殘渣適用于處理被溶解的無機物質(zhì)，例如酸和/或金屬離子污染的水的方法和組合物。
水污染導(dǎo)致的其它環(huán)境問題也存在。例如，水系或水體中高含量磷酸鹽導(dǎo)致的藻類大量增殖是全世界范圍內(nèi)日益關(guān)注的問題。因此，需要簡單的、相對便宜的和有效的除去無機污染物的方法和組合物，用于恢復(fù)被污染的水。
被海水中和的鋁土礦精煉廠殘渣，通常被稱為“紅泥”，在適當條件下顯示能夠結(jié)合痕量金屬，例如銅、鎘、鋅、鉻、鎳和鉛。
紅泥的中和是必須的，因為紅泥通常具有高腐蝕性，反應(yīng)pH值為約13.0。因此，其運輸或儲存是危險的，并且儲存設(shè)備需要執(zhí)照、長期監(jiān)測和管理以及最后場地的恢復(fù)。腐蝕性的紅泥不適用于大多數(shù)的再利用領(lǐng)域，特別是那些與環(huán)境改善相關(guān)的應(yīng)用，因為其運輸和應(yīng)用是不安全的，這是因為它是潛在的大量鈉源，并且因為如果將其用于處理酸性水，強堿(特別是氫氧化鈉)的出現(xiàn)將導(dǎo)致超出處理指標并代之以另一方面的環(huán)境問題(例如，由堿的問題代替了酸的問題，并且釋放出在升高的pH條件下溶解的在先結(jié)合的金屬)。
安全地長期儲存和管理腐蝕性紅泥，以及儲存設(shè)備的最終修復(fù)也是全世界鋁土礦精煉廠的主要問題。
可以通過加入強酸(例如硫酸)中和的紅泥，但這是一種昂貴的經(jīng)營選擇，除非有過剩的廢酸。而且得到的固體物質(zhì)作為酸中和試劑不具有價值，因為大多數(shù)氫氧化物和碳酸鹽已經(jīng)與加入的氫離子反應(yīng)，并且該物質(zhì)作為結(jié)合試劑用于痕量金屬和其它一些無機離子的價值大部分已經(jīng)喪失。腐蝕性紅泥可以懸浮于水中并用于凈化從工業(yè)煙囪中散發(fā)出的潛在的成酸氣體(特別是二氧化硫和氮氧化物)。在紅泥儲存裝置的修復(fù)過程中，通過分解植物(例如覆蓋料的堆肥)產(chǎn)生的弱有機酸也可以用于中和腐蝕性紅泥，但得到的中和效果是表面的，并且在處理層下面的紅泥可以保留腐蝕性(和潛在的危險性)數(shù)百年。
用海水中和的紅泥需要用相對于紅泥體積相當大體積的海水處理紅泥。因此需要一種中和的紅泥的方法，能夠以經(jīng)濟并且更可控的方式進行。另外，并非所有的鋁土礦精煉廠與海洋足夠接近，以至于可以用海水中和的紅泥。因此需要一種可以在不靠近海洋的地點使用的中和的紅泥的方法。
本發(fā)明的一個方面是基于發(fā)明人關(guān)于海水如何導(dǎo)致紅泥中和的發(fā)現(xiàn)。因此這一認知可以應(yīng)用于用其它方法中和的鋁土礦精煉廠殘渣。
雖然用紅泥中和污染水，例如酸礦石排水的處理基本上能夠改善水質(zhì)，但需要相對大量的中和的紅泥。因此，仍然需要一種更為經(jīng)濟的方法，使用中和的紅泥處理污染水。
本發(fā)明人令人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過分階段處理水，使得諸如固定(包括平衡再分配的最小化)、保留堿度、淤渣體積減少和延長活性的特性得以增強，并且處理污染水，例如酸礦石排水的成本大幅降低，其中至少一個階段包括使用中和的鋁土礦精煉廠殘渣。所述處理還導(dǎo)致了凝絮和水中所含總懸浮固體的隨之減少。
如果步驟(i)后任何水不溶性物質(zhì)懸浮于水中，第一實施方案的方法優(yōu)選還包括在步驟(ii)之前分離或沉淀至少部分水不溶性物質(zhì)的步驟。
本發(fā)明的第二實施方案提供了一種含溶解的無機物的水處理方法，包括以下步驟(i)向所述水中第一次加入足量中和的鋁土礦精煉廠殘渣，以降低所述水中的至少一種無機物的濃度；和(ii)向所述水中第二次加入足量中和的鋁土礦精煉廠殘渣，以將所述水中的至少一種所述無機物的濃度降低至預(yù)定水平以下；其中，在所述步驟(i)和(ii)的至少一個步驟中，所述的中和的鋁土礦精煉廠殘渣與一種或多種水處理添加劑一起加入所述水中。中和的鋁土礦精煉廠殘渣與或不與水處理添加劑一起第三次并隨后加入，用于將其它無機物的濃度降低至預(yù)定值以下。
第二實施方案的方法優(yōu)選在步驟(i)之后和步驟(ii)之前還包括分離或沉淀懸浮于水中的至少一部分不溶性物質(zhì)。
在本發(fā)明的第三實施方案中，提供了一種含有中和的鋁土礦精煉廠殘渣和水處理添加劑的混合物的組合物。組合物通常是中和的鋁土礦精煉廠殘渣和一種或多種選自堿金屬氫氧化物(例如氫氧化鈉)、堿金屬碳酸鹽(例如碳酸鈉)、堿土金屬氫氧化物(例如氫氧化鈣)、堿土金屬碳酸鹽(例如碳酸鈣)、堿土金屬氧化物(例如氧化鎂)、次氯酸鈣、鈉明礬、硫酸亞鐵、硫酸鋁、可溶性磷酸鹽(例如磷酸銨)、磷酸、水滑石、沸石、橄欖石和輝石(包括那些存在于堿性或超堿性火成巖中的)、氯化鋇、硅酸(silicic acid)及其鹽、偏硅酸(meta silicic acid)及其鹽，以及麥羥硅鈉石(magadiite)的物質(zhì)的混合物。
本發(fā)明的第四實施方案，提供了一種中和的紅泥的方法，包括將紅泥與含基本量和處理量的鈣離子以及基本量和處理量的鎂離子的處理水溶液混合足夠長的時間，以產(chǎn)生至少部分中和的紅泥和失效的水溶液，其中當一重量份所述至少部分中和的紅泥與五重量份蒸餾水或去離子水混合時，其反應(yīng)pH小于10.5；在每升所述處理溶液和所述紅泥的總體積中，所述鈣和鎂離子的基本量分別是8毫摩爾和12毫摩爾；所述鈣離子的處理量是至少25毫摩爾/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥總堿度；和所述鎂離子的處理量是至少400毫摩爾/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥總堿度；前提是所述處理水溶液不是海水。
本發(fā)明的第五實施方案提供了使用第四實施方案的方法制備的至少部分中和的紅泥。
應(yīng)當認為，此處使用的表達方式“表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥總堿度”是指通過酸滴定至約pH4.2的終點而測量的紅泥堿度，表示這樣測量的總堿度是由于碳酸鈣的存在。
在本發(fā)明的第一到第三實施方案的方法和組合物中，中和的鋁土礦精煉廠殘渣是鋁土礦精煉的副產(chǎn)物，通常稱為“紅泥”，已經(jīng)被海水、含鹽地下水或其它含足量鈣和鎂離子的水處理過，以與存在于紅泥中的基本上所有氫氧化物、碳酸鹽、氟化物和草酸鹽離子反應(yīng)，并且處理足夠的時間，使得在標準土壤測試中，當一重量份中和的紅泥與5重量份蒸餾水或去離子水混合時，其顯示小于10.5，通常是8.2-9.0，更通常是8.4-8.8的反應(yīng)pH。在此，按照這種方式由紅泥得到的鋁土礦精煉廠殘渣為方便起見稱為“中和的紅泥”。通常在第一到第三實施方案中使用的中和的紅泥是在第五實施方案中的中和的紅泥，盡管也可以使用用海水中和的紅泥。
中和的紅泥通常是礦物質(zhì)的不均勻混合物，其中主要的成分是赤鐵礦、勃姆石、三水鋁石、方鈉石、石英和鈣霞石，但是其它礦物質(zhì)一般也以很小量存在，例如無水石膏、文石、燒石膏、水鎂石、方解石、水鋁石、水鐵礦(ferrihydrite)、石膏、水鋁鈣石(hydrocalumite)、水滑石、鈦鐵礦、釬鐵礦、磁赤鐵礦、p-鋁水鈣石(p-aluminohydrocalcite)、氫氧鈣石和草酸鈣石。中和的紅泥通常是紅色的物質(zhì)，每Kg中和的紅泥能夠中和最多7.5摩爾酸，以及每Kg中和的紅泥能夠固定至少1000meq痕量金屬。通常其還可以結(jié)合一些陰離子，包括磷酸根、硫酸根、金屬氧陰離子和氰化物。
在第一實施方案的方法中，pH升高添加劑通常是氫氧化鈣或碳酸鈉，但它可以是任何其它的堿性物質(zhì)，例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、碳酸鈣或氧化鎂。優(yōu)選使用的添加劑不具有強堿性，因為可能隨后很難控制被處理的水的pH，使其不會變得堿性過強。更合適的pH-升高添加劑是在鋁土礦精煉過程中用海水處理從紅泥中分離的堿性溶液所得到的固體沉淀。在鋁土礦精煉過程中，從采用已知方法，例如堆積排水、沉降和傾析、過濾、離心等方法分離的水溶液中得到的固體廢物稱為紅泥。向該溶液中加入海水產(chǎn)生了固體沉淀，可以用作pH-升高添加劑。使用這種材料優(yōu)于使用氫氧化鈣或碳酸鈉，因為它不會在被處理的水中產(chǎn)生高濃度的鈣或鈉離子。
與中和的紅泥一起使用的水處理添加劑通常是在添加劑加入后，能夠改變水的pH值的物質(zhì)，或能夠與水中的一種或多種離子反應(yīng)生成不溶產(chǎn)物的物質(zhì)，或能夠吸附水中的一種或多種離子的物質(zhì)，或可以與水中一種或多種離子反應(yīng)使之變成環(huán)境惰性的物質(zhì)。水處理添加劑通常選自堿金屬氫氧化物(例如氫氧化鈉)、堿金屬碳酸鹽(例如碳酸鈉)、堿土金屬氫氧化物(例如氫氧化鈣)、堿土金屬碳酸鹽(例如碳酸鈣)、堿土金屬氧化物(例如氧化鎂)、次氯酸鈣、次氯酸鈉、鈉明礬、硫酸亞鐵、硫酸鋁、可溶性磷酸鹽(例如磷酸銨)、磷酸、水滑石、沸石、橄欖石和輝石(包括那些存在于堿性或超堿性火成巖中的)、氯化鋇、硅酸及其鹽、偏硅酸及其鹽和麥羥硅鈉石。水處理添加劑也可以是如上所述，用海水處理從紅泥中分離的水溶液所得到的固體。
在本發(fā)明的第一和第二實施方案的方法中，當與一種或多種水處理添加劑一起使用時，中和的紅泥可以作為與水處理添加劑的混合物(以后稱為“中和的紅泥摻合物”)使用，或中和的紅泥可以與水處理添加劑分別加入水中。在后一情況中，中和的紅泥和水處理添加劑可以同時加入或以任何順序一個接一個加入。當中和的紅泥與一種或多種水處理添加劑一起使用時，中和的紅泥通常作為與水處理添加劑的混合物使用。水處理添加劑的量通常是混合物總重量的0.1％到90重量％，更通常地是混合物總重量的0.5％到30重量％，更為通常地是混合物總重量的1％到20％，例如混合物總重量的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、15、16、18或20重量％。這樣，第三實施方案的組合物通常由組合物總重量的0.1％到90％的選自堿金屬氫氧化物(例如氫氧化鈉)、堿金屬碳酸鹽(例如碳酸鈉)、堿土金屬氫氧化物(例如氫氧化鈣)、堿土金屬碳酸鹽(例如碳酸鈣)、堿土金屬氧化物(例如氧化鎂)、次氯酸鈣、次氯酸鈉、鈉明礬、硫酸亞鐵、硫酸鋁、可溶性磷酸鹽(例如磷酸銨)、磷酸、水滑石、沸石、橄欖石和輝石(包括那些存在于堿性或超堿性火成巖中的)、氯化鋇、硅酸及其鹽、偏硅酸及其鹽和麥羥硅鈉石的水處理添加劑和余量的中和的紅泥組成。
在第二實施方案的方法中，水通常是酸性水。更通常地，水是酸礦石排水或酸巖石排水。第二實施方案的方法還可以包括在第一次加入中和的紅泥的步驟之前調(diào)節(jié)水的pH的步驟。
第二實施方案的方法還可以包括在第一次加入中和的紅泥步驟和第二次加入中和的紅泥步驟之間加入一種或多種其它添加劑的一個或多個其它步驟。所述其它添加劑可以是任何合適的水處理添加劑，但是通常是中和的紅泥或中和的紅泥以及一種或多種如上列舉的水處理添加劑。通常地，該方法包括在加入添加劑的步驟之后，以及在加入不同的添加劑的下一步驟之前，將至少部分懸浮于水中的不溶性物質(zhì)分離或沉淀的步驟。
這樣，第二實施方案的方式的一種形式是提供了含溶解的無機物的水的處理方法，包括步驟(i)向所述水中第一次加入足量的中和的紅泥，以降低所述水中的至少一種所述無機物的濃度；(ii)向所述水中第二次加入足量的中和的紅泥，以降低所述水中的至少一種所述無機物的濃度；以及(iii)向所述水中第三次加入足量的中和的紅泥，將所述水中的至少一種所述無機物的濃度降低至預(yù)定水平以下；其中在步驟(i)、(ii)和(iii)的至少一個步驟中，所述中和的紅泥與一種或多種水處理添加劑一起加入所述水中。
通常地，在第二實施方案方法的這種形式中，該方法還可以包括步驟(i)(a)，在步驟(i)之后將至少部分懸浮于水中的任何不溶物分離或沉淀，和/或還包括步驟(ii)(a)，在步驟(ii)之后將至少部分懸浮于水中的任何不溶物分離或沉淀。更通常地，第二實施方案方法的這種形式包括步驟(i)(a)和步驟(ii)(a)。發(fā)明的詳述在第一個和第二實施方案的方法中，中和的紅泥的用量，以及與中和的紅泥一起使用的水處理添加劑的種類和用量取決于存在于水中的污染物的類型、它們的含量、水的初始pH和欲達到的目標污染物的濃度和pH。
溶于水中的其濃度可以通過本發(fā)明的第一和第二實施方案的方法減少的無機物，包括但不限于，酸；金屬離子，例如鉛、鎘、鉻、汞、銅、砷、鋁、鐵、鋅、鈷、鎳、錳和其它對環(huán)境有害或有毒的金屬離子；陰離子，例如磷酸鹽、草酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、金屬氧陰離子絡(luò)合物和氰化物。
如果待處理的水的pH低，例如小于約4，通?？梢允褂玫谝粚嵤┓桨傅姆椒?。也就是說，在所述條件下，pH-升高添加劑，例如但不限于，氫氧化鈣或碳酸鈉可以作為第一步驟加入水中。也可以使用第二實施方案的方法，其中在第一步驟中，中和的紅泥與pH升高添加劑，例如氫氧化鈣或碳酸鈉一起使用。通常在這些方法中，第一步驟中將水的pH值升高至約4-5，更通常約4.5-4.6的范圍。
在本發(fā)明的第一和第二實施方案的方法中，在每一個步驟中，中和的紅泥，或其與水處理添加劑的混合物的用量通常是0.1-50g/L，更通常是1-10g/L中和的紅泥/每個步驟，更加通常是2-5g/L/每個步驟。但如上所述，該用量取決于存在于水中的污染物的類型和濃度。用量還取決于按照本發(fā)明的方法處理之后所需的水的質(zhì)量(例如，pH和無機污染物，特別是金屬離子的濃度)。
與中和的紅泥一起使用的水處理添加劑(如果需要)的選擇取決于待處理的水的質(zhì)量。一般如下選擇水處理添加劑的用量是適合的使其能夠，例如通過共沉淀、吸附或同晶置換，將一種或多種已知以不希望的高濃度存在于水中的無機離子沉淀，或轉(zhuǎn)移至固相。
例如，可以使用含硅酸鹽或磷酸鹽陰離子的水處理添加劑沉淀金屬離子，特別是在這種金屬離子以超過中和的紅泥結(jié)合能力的濃度，例如10g/L存在的情況下。同樣，可以使用明礬作為水處理添加劑，有助于除去砷，特別在接近中性pH的情況下。可以使用含鈣添加劑，有助于除去草酸鹽離子、硫酸鹽離子、氯化物離子和/或碳酸鹽。
當待處理水含有相對高濃度的鉻離子和/或有機物(例如鞣革廢物)時，通常優(yōu)選使用中和的紅泥和基于混合物總重量的20-30重量％氫氧化鈣的摻合物。當水含高濃度的銅和砷時，通常優(yōu)選使用中和的紅泥與2-10重量％硫酸亞鐵和2-10重量％硫酸鋁的摻合物。
當待處理水含有相對高濃度的氰化物時，通常使用次氯酸鹽，例如次氯酸鈣或次氯酸鈉作為水處理添加劑。當待處理水含有相對高濃度的氧陰離子時，通常使用降低水的pH值并提供鋁和/或鐵離子與氧陰離子結(jié)合的水處理添加劑，任選與稍微過量的鈣一起使用。因此，在這種情況下水處理添加劑通常是鐵明礬或硫酸亞鐵與硫酸鋁的混合物，任選與碳酸鈣一起使用。
當水具有與其痕量金屬含量(不考慮鋁和鐵對其儲存酸度的影響)類似的高酸度時，通常選擇例如碳酸鹽或氫氧化物的添加劑，以升高pH。另一方面，如果金屬含量(除鐵和鋁之外)相對于酸度較高，通常使用沒有任何添加劑的中和的紅泥。如果pH高于7.5，可以通過加入酸生成添加劑，例如硫酸亞鐵或硫酸鋁，使得中和的紅泥更為有效。酸也可以加入到水中，但這通常是不優(yōu)選的方法，因為如果直接加入酸，就很難控制水的pH。使用中和的紅泥與硫酸亞鐵和/或硫酸鋁的混合物，可以在中和的紅泥的緊鄰環(huán)境(Immediate ebviroment)中導(dǎo)致低pH，明顯增加其結(jié)合金屬離子的能力，而無需極大地影響水整體的pH。
對于任何給定的應(yīng)用，通常在整體處理污染水體之前，對待處理水的樣品進行實驗室規(guī)模的試驗，以獲得有效的并且與單獨使用中和的紅泥進行處理的成本相比，提供了一種基本上降低成本的處理規(guī)程。按照本文教導(dǎo)，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以不困難地獲得有效的處理規(guī)程。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的第一和第二實施方案中，包括添加中和的紅泥的處理步驟涉及中和的紅泥的梯度加入。
優(yōu)選將中和的紅泥和任何其它的水處理添加劑懸浮于待處理水中足夠長的時間，以確保在中和pH并除去痕量金屬中涉及的反應(yīng)可以進行完全(或接近完全)。通常將中和的紅泥和任何水處理添加劑懸浮于水中最少24小時。在較深的水體中，將中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)保持懸浮超過24小時并不困難，因為物質(zhì)沉降緩慢。因此，在處理較深水體時，中和的紅泥和任何水處理添加劑可以與部分待處理水迅速混合，并以懸浮液的形式加入主水體中。但是，在較淺水體中(其深度通常小于3m)，通常在懸浮液加入主水體之前，將待加入的固體與待處理水混合至少30分鐘。優(yōu)選將中和的紅泥中的全部大顆粒打碎(因為細碎的顆粒反應(yīng)更有效)并除去任何外來物質(zhì)(木棍、石頭等)。顆粒尺寸通常全部小于1mm，大部分小于0.1mm。大部分單獨的中和的紅泥晶體尺寸將小于0.01mm。
當還需要使用管道和泵將待處理水轉(zhuǎn)移到其它場所時(例如，從工業(yè)裝置轉(zhuǎn)移至尾礦池或儲存池)，第一處理步驟可以在水被泵送至通往儲存設(shè)備的管道之前，通過加入第一批中和的紅泥(有或沒有水處理添加劑)進行。該步驟加速了水處理反應(yīng)并保護管道和泵不被富含酸性金屬的水腐蝕。
可以使用任何適合的方法，確保中和的紅泥(和任何其它的水處理添加劑)保持懸浮于待處理水中足夠時間，并確保中和的紅泥中的所有大顆粒被打碎。這些目的可以通過在使用前將中和的紅泥磨碎而達到，但這種方式增加了處理成本。因此，優(yōu)選將中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)和一些待處理水加入大罐中，并使用循環(huán)泵或機械攪拌器將中和的紅泥(或中和摻合物)與水混合20-30分鐘。隨后將得到的中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)淤漿過篩，以除去任何大污染物質(zhì)并使用任何適合類型的噴霧(例如高壓水炮)或噴灑(例如從浮船上散射)系統(tǒng)噴灑到待處理的主水體中。或者，可以在泵送至儲存設(shè)備的管路中，通過湍流實現(xiàn)中和的紅泥和/或任何水處理添加劑在水中的解聚或分散?？梢岳斫?，不是必須將中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)以淤漿形式加入。在某些情況下，中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)以干粉形式加入是適合的。
因為在酸中和以及通過中和的紅泥除去金屬中涉及的許多反應(yīng)相對較慢，對于本發(fā)明方法的大多數(shù)成本有效的應(yīng)用而言，中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)加入到待處理水中的速度是重要的。如果中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)加入過快，反應(yīng)不完全，并且需要更多的中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)以達到所需的處理水平。所以，處理通常持續(xù)最少120小時，或者中和的紅泥或中和的紅泥和一種或多種水處理添加劑的施用速率是每升污染水每6-12小時不超過1g中和的紅泥(或中和的紅泥與一種或多種水處理添加劑)；計時通?；谶@兩種選擇中加入速度較慢的一種?？梢愿鼔K地加入中和的紅泥(或中和的紅泥和一種或多種水處理添加劑)，但施用速率較高導(dǎo)致成本有效性較低。在極端的情況下，如果中和的紅泥或中和的紅泥摻合物加入太快將不可能達到所需的水質(zhì)量目標。
所以，向水表面施用中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)在水中的懸浮液通常是分批進行的。即，待加入的全部中和的紅泥(或中和的紅泥摻合物)可以如上所述分批懸浮于水中并間或加入，使處理延長超過120小時，或使中和的紅泥以每2-12小時不超過1g/L待處理水的速率施加，直至待加入的全部中和的紅泥加入水中。
中和的紅泥和中和的紅泥與一種或多種水處理添加劑的混合物可以非常有效地結(jié)合金屬，并且某些水體中，在10,000∶1過量的固相(中和的紅泥)和污染水之間出現(xiàn)某些金屬的金屬濃度梯度。但是，固(中和的紅泥)相和污染水之間的平衡再分配使得將這些非常高的濃度梯度保持為反應(yīng)完成所需時間或直至所有水可以排出所需的時間變得困難。對于具有特別高濃度的某些金屬的污染水，平衡再分配過程中金屬從中和的紅泥中釋放的速率由于向水中加入新的中和的紅泥加入而能夠平衡或超過金屬除去的速度；即，水質(zhì)量并未因更多中和的紅泥的加入而進一步提高。
這個問題可以通過第二實施方案的方法克服，其中，從使用后的中和的紅泥固體中分離出部分處理過的水，然后繼續(xù)處理水；通常僅需要一次分離和進一步處理，但對于高金屬污染水可能需要兩次或更多次。通常當水的pH升至約4.5時進行第一次分離，并且當水的pH升至6.5時進行第二次分離(如果需要)；但是對于某些污染水，其它分離點可能更適合。
可以通過適合的方法，將使用過的中和的紅泥固體和/或其它無機不溶物從水相中分離。固體物質(zhì)可以簡單地在水中沉降并可以作為與水接觸的沉降層保留，但是更通常使用的是其它方法，例如傾析、過濾或離心。
在第二實施方案的方法中，使用的中和的紅泥或中和的紅泥摻合物的類型在處理過程中會部分改變。摻合物的任何改變與上述固相和液相的分離同時發(fā)生。當水的pH升至約4.5時，通常需要改變中和的紅泥摻合物，并且當pH升至6.5時需要再次改變。但也可以在對于特殊水體的實驗室實驗確定的其它點上作出改變。例如，當處理鋅含量較高的非常低pH值的水時，可以使用中和的紅泥與5重量％氫氧化鈣的摻合物，直至pH升至約4.5，然后分離固相和液相，并使用中和的紅泥與1重量％氫氧化鈣的摻合物繼續(xù)進行處理，直至pH升至約6.7。當pH升至超過約4.5時，如果繼續(xù)使用中和的紅泥與5重量％氫氧化鈣的摻合物，對適當?shù)膒H控制而言，pH可能趨向于升高太快，并將導(dǎo)致金屬除去的有效性的降低，或可能導(dǎo)致已經(jīng)被中和的紅泥在先結(jié)合的金屬釋放進溶液。在pH達到約6.7后，第二次分離液相和固相，并使用中和的紅泥與2重量％碳酸鈉的摻合物，或單獨使用中和的紅泥完成處理?？梢愿鶕?jù)水的組成和對污染水的實驗室測試結(jié)果使用其它摻合物結(jié)合以及摻合物的改變點。
當需要改變水處理添加劑時，通常有以下的跡象(a)當pH改變速率變得過快時，通常應(yīng)當改變?yōu)楹賶A性添加劑的中和的紅泥摻合物，或不含任何添加劑的中和的紅泥摻合物；(b)當金屬除去的有效性開始降低時，通常優(yōu)選改變?yōu)楹妓徕c或其它可溶性碳酸鹽的中和的紅泥摻合物以增加金屬碳酸鹽的生成，或改變?yōu)楹弑壤闹泻偷募t泥(或不含添加劑)的中和的紅泥摻合物，以提供更多金屬結(jié)合位點；(c)如果任何淡綠色沉淀(還原的鐵)開始形成，通常優(yōu)選改變?yōu)楹倭繗溲趸}和更多的中和的紅泥的中和的紅泥摻合物，以及(d)如果pH的改變速率隨中和的紅泥或中和的紅泥摻合物的進一步加入而明顯降低，或pH保持穩(wěn)定，通常優(yōu)選改變?yōu)楹瑲溲趸}或碳酸鈣的中和的紅泥摻合物，或比以前使用的中和的紅泥含更多氫氧化鈣或碳酸鈣。
因為在處理完成后，避免將任何殘留在懸浮液中的任何非常細小的顆粒狀中和的紅泥排放至自然水系中是非常重要的，所以處理后的水通常通過過濾系統(tǒng)排放，即使本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的中和的紅泥是優(yōu)秀的凝絮劑。最簡單的過濾系統(tǒng)是砂濾器，但是其它材料，包括顆粒狀粘土礦(特別是海綠石)、風(fēng)化的火山爍凝灰?guī)r、或沸石可以成功地使用；其它粗糙的粉沙到細小的砂爍尺寸的過濾材料也可以單獨使用或與礦石結(jié)合使用?？梢詫^濾材料進行選擇，使其通過除去任何殘留的金屬并阻斷任何非常細小的懸浮中和的紅泥顆粒的通道而對處理的水進行最后的精加工；降解的海綠石或沸石特別適合于該目的。在過濾器中使用的材料需要充分微?；?，以阻斷任何非常細小的懸浮中和的紅泥顆粒透過，但不應(yīng)過小，以至于相反地減少了通過過濾器的水流。過濾器可以水平進料或它們可以垂直排列并從上面或下面任何一個方向給料；優(yōu)選過濾器垂直排列并且水從下面加入過濾。
用上面概括的方法處理的水通常具有接近中性的pH和非常低的金屬含量。但是，例如硫酸鹽的濃度或總鹽含量可能保持在可接受的排放水平之上。在這種情況下，可以在中和的紅泥處理后使用其它處理方法達到所需的水質(zhì)量目標?？赡艿难a充處理包括使用硫酸鹽減少細菌或反相滲透法；其它的補充處理也是可能的。當打算使用補充處理時，在接近達到最大處理以前終止中和的紅泥的加入并轉(zhuǎn)換成補充處理以完成操作是成本有效的。例如，當使用硫酸鹽減少細菌(SRBs)以除去硫酸鹽時，一旦pH升至約7.0并且大部分金屬被除去，改變?yōu)檫@種處理更為成本有效，勝于等待直至最終處理完成時pH達到約8.2；這種方法是可行的，因為SRBs可以非常有效地除去鋅和錳，并且這是在正常的中和的紅泥處理方法中最后欲除去的兩種金屬。當在處理方法中包括SRBs或反相滲透法時，需要通過加入中和的紅泥完成大部分的初始pH中和并除去金屬，因為補充處理在非常低pH水中或特別高金屬含量的水中效果不好。
本發(fā)明第一和第二實施方案的方法提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方法的很多優(yōu)點，例如(a)本發(fā)明提供了基于工業(yè)廢物的處理試劑的用途，并因此在許多地區(qū)能夠以低于其它選擇的成本提供；(b)與在一步處理中單獨使用中和的紅泥所達到的相比，本發(fā)明的方法提供了更為經(jīng)濟和有效的水處理方法；(c)現(xiàn)有技術(shù)的處理，例如加入石灰或其它試劑不能將痕量金屬濃度減少至使用本發(fā)明方法可達到的低水平；(d)使用本發(fā)明的方法不會產(chǎn)生大量的例如使用石灰產(chǎn)生的淤泥(其管理或處理費用昂貴)；(e)通過使用本發(fā)明方法產(chǎn)生的沉降物是穩(wěn)定的，并且不會在正常的瀝濾過程中釋放金屬，而使用石灰產(chǎn)生的沉降物是不穩(wěn)定的，并且安全管理和處理成本昂貴；以及(f)當現(xiàn)有技術(shù)方法中使用的試劑通過吸附吸收金屬時，如果地球化學(xué)條件改變時，那些金屬很容易釋放，而在本發(fā)明方法中吸附在金屬捕集中所起的作用很小，并且金屬的釋放大大減少。鋁土礦精煉廠殘渣(紅泥)的中和在鋁土礦精煉廠殘渣中，腐蝕性和堿度的主要來源是氫氧化鈉和碳酸鈉，并且按照本發(fā)明方法的第四實施方案，通過加入適量鎂和鈣可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)榈腿芙舛鹊奈镔|(zhì)。得到的物質(zhì)保持了它的酸中和能力，但當與其5倍重量的水混合時，具有低于10.5，通常是8.2到9.0，更通常8.4到8.8之間的反應(yīng)pH值。因為鈣和鎂必須以離子形式加入，處理必須使用含水懸浮液形式的鋁土礦精煉廠殘渣進行，并且鈣和鎂以溶液形式加入。
當加入鈣和鎂時，鎂與氫氧化鈉反應(yīng)，生成低溶解度的水鎂石和鎂鋁氫氧化物(水鋁鈣石、水滑石和p-鋁水鈣石)并且置換出的鈉保留在溶液中；一些氫氧化物也在額外的勃姆石和三水鋁石的沉淀中消耗。大多數(shù)的勃姆石、三水鋁石、水鋁鈣石、水滑石和p-鋁水鈣石在鎂和鈣加入之前存在于紅泥殘渣中，但晶體隨著混合物pH的降低和鋁變得不易溶解而繼續(xù)生長。同時，鈣與碳酸鈉的碳酸根反應(yīng)，生成低溶解度的方解石和文石，并且置換出的鈉保留在溶液中。一些鈣也在其它礦石(草酸鈣石、鈣霞石、螢石、氫氧鈣石、水鋁鈣石和p-鋁水鈣石)的生成中消耗，但這被鈣霞石、p-鋁水鈣石和水滑石的沉淀中碳酸根的消耗以及文石中鎂對鈣的同晶置換所抵消。
為了處理紅泥，需要使處理水溶液包含特定最少量的鈣和鎂離子。部分鈣和鎂離子與紅泥反應(yīng)，但本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，并非所有加入的鈣和鎂都反應(yīng)。已經(jīng)明確地發(fā)現(xiàn)，需要確保在處理水溶液中有足夠的鈣和鎂，以便在處理完成后，在每升處理溶液和紅泥的總體積中提供最少量的8毫摩爾鈣和12毫摩爾鎂(即，每升總體積中含有320mg鈣和290mg鎂)。該量在此處稱為兩種離子各自的“基本量”，并且是在紅泥被完全中和之后殘留在用完的溶液中的量?？梢约尤脒^量鈣和/或鎂，使超過基本量的離子保留在用完的溶液中，但這不是推薦方法，因為它增加了處理成本而并未提高處理效果。
除了基本量，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，為了將紅泥至少部分中和，需要向紅泥中加入至少25毫摩爾，通常在25到50毫摩爾之間的鈣和至少400毫摩爾，通常在400到600毫摩爾之間的鎂/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥總堿度。這些量在此處稱為“處理量并且相當于每Kg碳酸鈣當量堿度至少10g鈣，通常10g到20g鈣，和每Kg碳酸鎂當量堿度至少96g鎂，通常96g到144g鎂。優(yōu)選的處理量是25毫摩爾鈣和400毫摩爾鎂/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的總堿度(即，10mg鈣和96mg鎂/每g碳酸鈣當量堿度)。
為了達到低溶解度氫氧化物(主要是水鎂石)和碳酸鹽(主要是方解石和文石)的最佳沉淀和對紅泥中腐蝕性的有效中和，在處理水溶液中，鎂的處理量和鈣的處理量的比值優(yōu)選在12摩爾鎂/每摩爾鈣(即，7.2gMg∶1gCa)至20摩爾鎂/每摩爾鈣(即，12gMg∶1gCa)的范圍內(nèi)。優(yōu)選鎂的處理量和鈣的處理量的比值在14摩爾鎂/每摩爾鈣(即，8.4gMg∶1gCa)至18摩爾的鎂/每摩爾鈣(即，10.8gMg∶1gCa)范圍內(nèi)，以及更優(yōu)選的比值是16摩爾鎂/每摩爾鈣(即，9.6gMg∶1gCa)。
鈣和鎂可以從任何合適的來源中獲得，但當其加入紅泥中時必須是溶液形式。鈣和鎂的適合來源是硬的地下水鹽水、天然鹽水(例如，蒸發(fā)濃縮的海水、來自鹽礦的鹽鹵水或鹽湖鹽水)、含鹽廢水(例如來自脫鹽植物)、通過溶解氯化鈣和氯化鎂制備的溶液，或這些鈣和鎂來源的兩種或多種的結(jié)合。可以理解的是，使用的處理水溶液必須含有濃度至少為各自基本量的鈣和鎂。處理水溶液優(yōu)選含有濃度至少為各自基本量兩倍的鈣和鎂。當通過溶解鈣鹽和鎂鹽制備人工溶液時，可以理解的是，必須使用溶解度足夠的鹽；氯化物鹽是最簡單和最成本有效的選擇，但是也可以使用硝酸鹽。使用的鹽優(yōu)選不對處理混合物的堿度具有貢獻。因此最好避免鈣和鎂的氧化物和氫氧化物。選擇鎂鹽和鈣鹽，使存在于二者之一的陰離子在溶液中不與其它陽離子反應(yīng)生成低溶解度的產(chǎn)物。硫酸鎂因此是不合適的，因為它可以導(dǎo)致低溶解度的硫酸鈣(石膏)的生成，并且硫酸鈣本身因為其低溶解度而益處很少。
在第四實施方案的方法中，紅泥與處理水溶液混合并通常采用合適的方法與溶液一起攪拌。攪拌可以采用例如，攪拌、循環(huán)泵吸、通氣或其它任何適合的方法。紅泥和處理水溶液的反應(yīng)初始較快，但優(yōu)選處理溶液與紅泥接觸足夠的時間，以使得中和基本上進行完全。通常紅泥與處理水溶液接觸至少兩個小時，更通常最多24小時。通常在室溫下用處理水溶液處理紅泥，雖然也可以使用稍低或稍高的溫度。但是，就中和反應(yīng)的速度而言，使用升高的溫度沒有任何明顯的益處。使用低于室溫的溫度也沒有益處。
在通過上述方法處理后，至少部分中和的紅泥沉降，并且通過傾析或離心(或任何其它合適的方法或任何方法的結(jié)合)分離用過的水溶液并以合適的方式排出。作為處理的結(jié)果，處理水溶液變得鈣和鎂(和可能還有一些痕量金屬)枯竭并富含鈉；至少部分中和的紅泥富含鈣和鎂和基本上具有較低的鈉含量；至少部分中和的紅泥可以安全地儲存并具有小于10.5的反應(yīng)pH值(一重量份固體比五重量份水)。在固體部分內(nèi)的礦物質(zhì)保留了其酸中和能力，并且如果用于完成處理的溶液本身具有一些堿度，那么其酸中和能力可能會有輕微增加。用這種方式得到的中和固體保留一些主要含鈉離子的結(jié)合水。盡管儲存這些不確定的固體是安全的，但還可以進一步進行處理步驟。
例如，將固體部分過篩，以除去任何外來物質(zhì)(例如木棍和石頭)，并隨后使用一種或多種適合的方法干燥；例如過濾壓縮、空氣干燥、窯式干燥等。另外或或者，盡管對于大多數(shù)應(yīng)用而言，不需要除去孔隙水鈉，但如果需要鈉含量低的材料，可以通過使用低鈉水(新鮮水)清洗中和的紅泥以除去孔隙水鈉，并將固體任選干燥。在固體充分干燥后，可以將其破碎并過篩，以選擇所需尺寸部分。得到的干燥固體任選與一種或多種其它水處理添加劑混合，以提供本發(fā)明第三實施方案的組合物。當欲將中和的紅泥以淤漿形式施用時，中和固體不必完全干燥。平衡通常需要在額外干燥的成本和將額外水份轉(zhuǎn)移至使用中和的紅泥的位置的成本之間擺動。
干燥的固體通常具有細小的顆粒結(jié)構(gòu)，其總重量的約80％具有小于10微米的顆粒尺寸。具有接近中性的土壤反應(yīng)pH(例如在8.4和8.8之間)的固體保留了較高的酸中和能力和并具有足夠低的毒性特征濾去程序(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)值，使得它們可以轉(zhuǎn)移和使用而無需獲得轉(zhuǎn)移潛在危險物質(zhì)需要的許可證。
步驟1約1g實施例5的組合物/每升水在約2小時的間隔內(nèi)加入水中，直至pH達到約6.7。需要4-5g組合物/每升水。
步驟2將混合物進行沉降24小時，分離水相。
步驟3約1g實施例1的組合物/每升水每隔2小時加入步驟2的水相中，直至pH達到約8.2。這需要3-4g組合物/每升水。
步驟4將混合物沉降24小時，分離水相。
在上述處理過程中，水相的組成如下
(n.d.＝未檢出)實施例13(對照)使用不同量的Bauxsol處理與實施例12處理的相同水的其它樣品，在單獨步驟中進行每一次處理。水樣品在與Bauxsol接觸48小時后除去，水的組成如下
可以看到，為了得到與實施例12中得到的水質(zhì)量相當(特別與鋅濃度有關(guān)，目前澳大利亞的排出限制是50μg/L)的水，在該單步驟處理中，至少需要3倍量的Bauxsol，與實施例12中描述的兩階段處理相當。而且可以看到，當使用大量的Bauxsol時，鋁除去效果開始降低。實施例14用兩階段處理方法-其中涉及兩種不同的中和的紅泥摻合物-處理約3百萬升水。在該方法中使用的中和的紅泥是來自Virotec InternationalLtd.，Sanctuary Cove，Queensland的名稱為“Bauxsol”的中和的紅泥的樣品。名稱Bauxsol是Virotec International Ltd.的商標名。
步驟17g實施例7的組合物/每升水中在水被泵送至通往6公里外的儲存池的管道中時加入，到達儲存池所需的時間是約5小時。
步驟2混合物進行沉降，將固相分離至底部。
步驟3約0.75g的實施例5的組合物/每升水中以約24小時的間隔加入水中。這需要4.65g組合物/每升水。步驟4混合物沉降24小時，分離水相和固相。
(n.d.＝未檢出；TDS表示總的溶解固體)(注意當收集上述最后一個樣品時，Mn濃度在繼續(xù)降低)。實施例15通過加入其中已經(jīng)加入了氯化鈣和氯化鎂的海水中和來自鋁礦石精煉廠的腐蝕性紅泥樣品；在該精煉廠中不可能使用單純的海水，因為用附近河流中的新鮮水將海水稀釋，鈣和鎂的濃度都低于最小要求值(基本量)320mg/L鈣和290mg/L鎂。在精煉廠附近的海水中，鈣和鎂的濃度僅為10mg/L鈣和20mg/L鎂。
將起始總堿度為146,000mg/L(按照碳酸鈣當量堿度)和起始pH為13.19的兩升腐蝕性紅泥懸浮物置于一個大燒杯中，并用8.7升鹽鹵水處理。鹽鹵水是通過向10L模仿精煉廠附近海水的人工海水(即，初始鈣濃度10mg/L和初始鎂濃度20mg/L)中加入20g氯化鈣(即，2g/L)和150g氯化鎂(即，15g/L)而制備的。混合物攪拌1小時，靜置24小時并離心，以分離固體部分。固體部分具有8.54的反應(yīng)pH。液體部分的殘余鈣濃度為305mg/L和殘余鎂濃度為269mg/L；這些保留的濃度接近完成全部中和所需的最少(基本量)鎂和鈣濃度。
在該實施例中，以及在所有使用該方法的其它中和作用中，精確的所需加入體積取決于處理后混合物的目標pH。在接近終點時，處理溶液的所需量可以如實施例16中所述，0.2pH單位最多10％變化的改變。所以推薦所有處理的混合比例需要在施用于更大規(guī)模之前在實驗室內(nèi)進行小規(guī)模測試。實施例16(比較)通過加入與全球平均海水組分類似的海水，中和來自其它鋁礦石精煉廠的腐蝕性紅泥?；旌衔飻嚢?0分鐘然后在新加入每一批海水之前放置2小時。
最初紅泥的反應(yīng)pH是13.22，并且紅泥和海水的各種混合物的pH見表1所示表1
在表1中給出的pH值是與紅泥混合時水溶液的pH值。這些值不需要與中和的紅泥從處理水溶液分離并隨后與5重量份蒸餾水或去離子水混合后的反應(yīng)pH相同。事實上，后一pH通常較高，因為在此處描述的處理條件下，紅泥和處理水溶液通常達不到平衡。
如表1中所述，pH的變化不與更多海水的加入呈線性關(guān)系，反映在中和過程中發(fā)生的一系列的沉淀、溶解和稀釋反應(yīng)。在離心后萃取的固體具有的反應(yīng)pH為8.46(1重量份固體對5重量份水)。實施例17該實施例與實施例16類似，除了在該處理中海水被蒸發(fā)。具體地，在處理紅泥之前，海水由最初的30升被蒸發(fā)至20升。處理條件與實施例16類似。
對于紅泥和蒸發(fā)海水的各種混合物而言，與紅泥接觸的液體的pH見表2
表2
這些結(jié)果證明，與使用海水相比，達到給定的最終pH所需的處理水體積令人吃驚地減少。在該實施例中，達到約8.6的混合物pH，需要約6體積份蒸發(fā)海水-由體積9份原始海水得到。但是，使用未蒸發(fā)海水處理紅泥達到相同的pH則需要約12體積份海水。所需水體積的減少反映出，在蒸發(fā)濃縮海水中鈣和鎂濃度的增加和一旦水體積減少需要補充至基本量的鈣和鎂的量和比例的減少。
如本文所述，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，至少部分中和的紅泥所需的鈣和鎂的量分別包括基本量和處理量，由此推斷出本發(fā)明提供的通過基本上少于使用海水體積的水中和的紅泥的能力是非常有益的。
權(quán)利要求
1.一種含溶解的無機物的酸性水的處理方法，包括步驟(i)加入足量的pH值升高添加劑，將水的pH值升高至預(yù)定值；和(ii)向水中加入足量的中和的鋁土礦精煉廠殘渣，以將所述水中的至少一種所述無機物的濃度降低至預(yù)定水平以下。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(i)之后，所述水中含有懸浮的水不溶性物質(zhì)，進一步包括在步驟(ii)之前分離或沉降至少部分水不溶性物質(zhì)的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述pH升高添加劑選自氫氧化鈣、碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、碳酸鈣和氧化鎂。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述中和的鋁土礦精煉廠殘渣與一種或多種水處理添加劑一起加入。
5.一種含溶解的無機物的水的處理方法，包括步驟(i)向所述水中第一次加入足量中和的鋁土礦精煉廠殘渣，以降低所述水中的至少一種無機物的濃度；和(ii)向所述水中第二次加入足量中和的鋁土礦精煉廠殘渣，以將所述水中的至少一種所述無機物的濃度降低至預(yù)定水平以下；其中，在所述步驟(i)和(ii)的至少一個步驟中，所述的中和的鋁土礦精煉廠殘渣與一種或多種水處理添加劑一起加入所述水中。
6.權(quán)利要求5的方法，還包括在有或無水處理添加劑一起加入的情況下，至少一次隨后加入足量中和的鋁土礦精煉廠殘渣，以將至少一種其它無機物的濃度降低至預(yù)定值以下。
7.權(quán)利要求5的方法，還包括在步驟(i)之后和步驟(ii)之前，將至少部分懸浮于水中的任何不溶物分離或進行沉降。
8.權(quán)利要求5的方法，包括步驟(i)向所述水中第一次加入足量的中和的紅泥，以降低所述水中的至少一種所述無機物的濃度；(ii)向所述水中第二次加入足量的中和的紅泥，以降低所述水中的至少一種所述無機物的濃度；以及(iii)向所述水中第三次加入足量的中和的紅泥，將所述水中的至少一種所述無機物的濃度降低至預(yù)定水平以下；其中在步驟(i)、(ii)和(iii)的至少一個步驟中，所述中和的紅泥與一種或多種水處理添加劑一起加入所述水中。
9.權(quán)利要求8的方法，還包括步驟(i)(a)在步驟(i)之后，將至少部分懸浮于水中的任何不溶物分離或進行沉降。
10.權(quán)利要求8的方法，還包括步驟(ii)(a)在步驟(ii)之后，將至少部分懸浮于水中的任何不溶物分離或進行沉降。
11.權(quán)利要求8的方法，還包括步驟(i)(a)在步驟(i)之后，將至少部分懸浮于水中的任何不溶物分離或進行沉降，以及(ii)(a)在步驟(ii)之后，將至少部分懸浮于水中的任何不溶物分離或進行沉降。
12.權(quán)利要5-11之任一項的方法，其中所述水處理添加劑選自堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿土金屬氫氧化物、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬氧化物、次氯酸鈣、次氯酸鈉、鈉明礬、硫酸亞鐵、硫酸鋁、可溶性磷酸鹽、磷酸、水滑石、沸石、橄欖石、輝石、氯化鋇、硅酸及其鹽、偏硅酸及其鹽和麥羥硅鈉石。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述水處理添加劑選自氫氧化鈉、碳酸鈉、氫氧化鈣、碳酸鈣、氧化鎂、次氯酸鈣、次氯酸鈉、鈉明礬、硫酸亞鐵、硫酸鋁、磷酸銨、磷酸、水滑石、沸石、橄欖石、輝石、氯化鋇、硅酸及其鹽、偏硅酸及其鹽和麥羥硅鈉石。
14.一種組合物，包括中和的鋁土礦精煉廠殘渣和水處理添加劑的混合物。
15.權(quán)利要求14的組合物，是中和的鋁土礦精煉廠殘渣與一種或多種選自堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿土金屬氫氧化物、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬氧化物、次氯酸鈣、鈉明礬、硫酸亞鐵、硫酸鋁、可溶性磷酸鹽、磷酸、水滑石、沸石、橄欖石、輝石、氯化鋇、硅酸及其鹽、偏硅酸及其鹽和麥羥硅鈉石的物質(zhì)的混合物。
16.中和的紅泥的方法，包括將紅泥與包含基本量和處理量的鈣離子以及基本量和處理量的鎂離子的處理水溶液混合足夠長的時間，以產(chǎn)生至少部分中和的紅泥和用過的水溶液，其中當一重量份所述至少部分中和的紅泥與五重量份蒸餾水或去離子水混合時，其具有小于10.5的反應(yīng)pH；所述鈣和鎂離子的基本量分別是8毫摩爾和12毫摩爾/每升所述處理溶液和所述紅泥的總體積；所述鈣離子的處理量是至少25毫摩爾/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥總堿度；和所述鎂離子的處理量是至少400毫摩爾/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥總堿度；前提是所述處理水溶液不是海水。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述鈣離子處理量是25-50毫摩爾/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥的總堿度。
18.權(quán)利要求16或17的方法，其中所述鎂離子處理量是400-600毫摩爾/每摩爾表示為碳酸鈣當量堿度的紅泥的總堿度。
19.權(quán)利要求16的方法，其中所述鎂離子的處理量和所述鈣離子的處理量的摩爾比在12-20的范圍內(nèi)。
20.權(quán)利要求16的方法，其中所述反應(yīng)pH在8.4-8.8范圍內(nèi)。
21.權(quán)利要求16的方法，其中所述處理水溶液是鹽鹵水。
22.通過權(quán)利要求16到21之任一項的方法制備的中和的紅泥。
23.權(quán)利要求1的方法，其中所述中和的鋁土礦精煉廠殘渣是權(quán)利要求22的中和的紅泥。
24.權(quán)利要求5的方法，其中在步驟(i)和步驟(ii)中至少一個步驟中，所述中和的鋁土礦精煉廠殘渣是權(quán)利要求22的中和的紅泥。
25.權(quán)利要求14的組合物，其中所述中和的鋁土礦精煉廠殘渣是權(quán)利要求22的中和的紅泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種處理鋁土礦精煉廠殘渣的方法，通過使用含有足量鈣和鎂離子的水，以與基本上所有存在于紅泥中的氫氧化物、碳酸鹽、氟化物和草酸根離子反應(yīng)足夠的長時間，使其顯示出小于10.5的反應(yīng)pH。本發(fā)明還提供了一種處理被溶解的無機物，例如酸和/或金屬離子污染的水的方法和組合物，所述方法包括步驟至少一個向水中加入中和的鋁土礦精煉廠殘渣的步驟，其中所述中和的鋁土礦精煉廠殘渣已經(jīng)用含有足量鈣和鎂離子的水處理過，以與基本上所有存在于中和的鋁土礦精煉廠殘渣中的氫氧化物、碳酸鹽、氟化物和草酸根離子反應(yīng)，并且處理足夠長時間，使其顯示出小于10.5的反應(yīng)pH。
文檔編號C02F1/52GK1476415SQ01819393
公開日2004年2月18日 申請日期2001年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月27日
發(fā)明者D·麥康奇, D 麥康奇, M·W·克拉克, 克拉克, F·G·戴維斯－麥康奇, 戴維斯-麥康奇 申請人:諾沃技術(shù)投資有限公司