專利名稱：使泥漿脫水的方法和如此脫水的泥漿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使泥漿(boues)脫水的方法，包括-將堿性試劑加入至pH等于或小于8的泥漿中，-向泥漿中加入至少一種絮凝有機(jī)成分，-通過(guò)加入上述堿性試劑，泥漿的pH提高至小于所述至少一種有機(jī)成分開(kāi)始發(fā)生降解時(shí)的pH的數(shù)值，-泥漿絮凝，和-絮凝的泥漿分離為脫水泥漿和液相，并涉及如此脫水的泥漿。
在本發(fā)明的含義中，泥漿是指初始pH值小于或等于8的任何泥漿，例如城市和食品工業(yè)廢水凈化站的泥漿。還可以考慮挖泥得到的泥漿，以及其它可能更加的酸性泥漿。在這種情況下，該泥漿有利地預(yù)先通過(guò)中和作用使pH值在至少為6并且至多為8的范圍內(nèi)。
通常，該泥漿在其處理期間，在變稠之前首先進(jìn)行沉降。然后進(jìn)行絮凝，隨后進(jìn)行脫水，在大多數(shù)情況下是利用帶式過(guò)濾機(jī)、壓濾機(jī)或離心機(jī)，在加熱或者不加熱的情況下進(jìn)行的。除了體積減小之外，該處理的目的是便于泥漿的處理、儲(chǔ)存和運(yùn)輸。
利用絮凝劑使泥漿脫水是已知的。已經(jīng)提出，例如對(duì)于漁業(yè)泥漿的處理來(lái)說(shuō)，將絮凝劑與輔助絮凝的試劑結(jié)合使用，該輔助絮凝的試劑是水溶性的鈣化合物(例如參見(jiàn)JP-A-4-40286)。作為鈣化合物的實(shí)例，可使用石灰類型的強(qiáng)堿性化合物，或者鈣鹽例如鹵化物、硝酸鹽或乙酸鹽。所尋求的目標(biāo)是由處理泥漿得到的凈化水。
一種使泥漿脫水的方法也是已知的，其中在用聚合物絮凝劑處理泥漿后，通過(guò)加入鈣或鎂氧化物或氫氧化物來(lái)將pH值調(diào)節(jié)至9至12(參見(jiàn)US-A-4.675.114)。該方法還要求向泥漿中加入甲醛，甲醛被認(rèn)為是一種有毒物質(zhì)，其會(huì)帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題，因此應(yīng)該避免使用。
優(yōu)先使用用于輔助絮凝的石灰的所有這些在前方法要求充分控制pH值提高，以便防止絮凝劑的任何過(guò)快降解，該絮凝劑在非常堿性的pH值下變?yōu)槎栊浴Ｄ承┓椒ㄉ踔撂岢鲈谠摲椒ㄆ陂g進(jìn)行中和，這對(duì)成本和過(guò)濾期間要除去的水量產(chǎn)生影響。
為了實(shí)現(xiàn)這種控制，已經(jīng)提出了一種在開(kāi)始時(shí)指出的方法，在該方法中使用強(qiáng)堿性含鈣化合物作為堿性試劑，對(duì)其進(jìn)行處理以用于延緩從添加該化合物開(kāi)始直到絮凝結(jié)束為止的介質(zhì)pH值的提高，隨后在泥漿中pH值能夠繼續(xù)這種提高，優(yōu)選甚至在處理的泥漿脫水之后(參見(jiàn)WO-00/4527)。
然而，為了延緩pH值提高，含鈣化合物必須進(jìn)行預(yù)先處理，例如-提高含鈣添加劑顆粒的平均尺寸，特別是為了避免小于50μm顆粒的存在，這需要除去填料或者附聚的操作，-加入有機(jī)化合物，以延緩含鈣化合物的溶解，-過(guò)燒含鈣化合物，其因此變得活性較小。
這些預(yù)先操作是昂貴的，并且在某些情況下將外來(lái)添加劑引入到泥漿中。此外，除了非常短時(shí)間內(nèi)(幾分鐘)，pH值不管怎樣都沒(méi)有保持在與使用絮凝劑相容的范圍內(nèi)，這使得在該期限結(jié)束前的過(guò)濾操作難以進(jìn)行。
此外，一種使泥漿類型的材料中的有害物質(zhì)惰性和/或固定的方法也是已知的，該方法包括向這些材料中加入至少一種水硬粘結(jié)劑，這種混合物中加入了包含鎂化合物的無(wú)機(jī)材料和/或包含鋁化合物的無(wú)機(jī)材料(參見(jiàn)EP-B-0408545)。
本發(fā)明的目的是改善上述缺陷，并開(kāi)發(fā)一種容易的泥漿脫水方法，該方法使得可以獲得具有有利的使用性能的泥漿，這些性能例如是良好的堆積穩(wěn)定性、可鏟性等。得到的泥漿必須優(yōu)選具有高干物質(zhì)含量，同時(shí)使用常用于使泥漿絮凝的絮凝劑。
為了解決這些問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)提出一種在開(kāi)始時(shí)描述的方法，其中上述堿性試劑是符合以下化學(xué)式的含鈣鎂的化合物xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2+(1-y)MgO]，
其中x和y是摩爾分?jǐn)?shù)0.45≤x≤0.75，和0≤y≤1，并且經(jīng)處理的泥漿直至在所述分離之后仍具有小于所述至少一種有機(jī)成分開(kāi)始發(fā)生降解時(shí)的pH的所述數(shù)值。
這種方法特別的優(yōu)點(diǎn)是分離(即脫水)步驟沒(méi)有受到任何時(shí)間限制，因?yàn)楸匦璧膒H值的提高處于控制之下。
顯然這是因?yàn)?，出人意料地，通過(guò)加入本發(fā)明的含鈣鎂的化合物，既可以獲得脫水泥漿的極其高的干物質(zhì)含量，同時(shí)又可獲得平緩且有規(guī)律地pH值的提高，直到最大pH值，該最大pH值保持低于泥漿絮凝用的常規(guī)絮凝劑失去其活性的pH值，特別是小于或等于10的pH值。沉降、過(guò)濾、擠壓和/或離心操作可以不必在匆忙的情況下進(jìn)行，并且不存在達(dá)到過(guò)高pH的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明方法的脫水泥漿可以達(dá)到高于75重量％，優(yōu)選80重量％，甚至達(dá)到90重量％及更高的干物質(zhì)含量。還應(yīng)當(dāng)指出，泥漿繼續(xù)具有在分離時(shí)存在的pH值。
此外，在測(cè)定根據(jù)本發(fā)明方法獲得的脫水泥漿的干度時(shí)，出人意料地發(fā)現(xiàn)與在處理的泥漿脫水之后加入相同量的本發(fā)明含鈣鎂的化合物所獲得的干度相比的明顯提高的干度。這種處理后的干度通過(guò)下面的公式計(jì)算S2cal=S1×(100+t)100+(S1×(t/100))]]>其中S1是沒(méi)有本發(fā)明含鈣鎂的化合物的泥漿餅的干物質(zhì)含量，以重量百分?jǐn)?shù)表示，t是本發(fā)明含鈣鎂的化合物的添加比率，以相對(duì)于增稠泥漿中所含干物質(zhì)的重量百分?jǐn)?shù)表示，并且S2cal表示在假定含鈣鎂的化合物對(duì)泥漿餅干度沒(méi)有附加作用時(shí)，使用本發(fā)明含鈣鎂的化合物的泥漿餅的計(jì)算的干物質(zhì)含量，以重量百分?jǐn)?shù)表示，優(yōu)選地，本發(fā)明含鈣鎂的化合物是化學(xué)式CaCO3.MgO的所謂的半煅燒白云石，其中MgO組分可以部分或完全是Mg(OH)2形式?？稍谑沟肅aO的剩余重量含量小于5％且MgCO3小于10％的條件下，通過(guò)受控煅燒復(fù)合碳酸鈣鎂來(lái)獲得這種半煅燒白云石。使用的半煅燒白云石的尺寸優(yōu)選小于或等于5mm。這種化合物在絮凝劑之前、同時(shí)或之后與泥漿混合。當(dāng)然，這種化合物根據(jù)其礦物來(lái)源可含有一些雜質(zhì)，例如二氧化硅或氧化鋁。
當(dāng)上面給出的化學(xué)式中的x值小于0.45時(shí)，得到不能從天然來(lái)源的復(fù)合碳酸鈣鎂獲得的產(chǎn)物。當(dāng)x值高于0.75時(shí)，含鈣鎂的化合物的石灰成分變得太大，其不再允許pH值充分提高，并且特別是妨礙了任何令人滿意的脫水泥漿干度的提高。
在使用非水合半煅燒白云石的情況下，這種堿性試劑除了加入干物質(zhì)并有助于泥漿絮凝和過(guò)濾性之外，還具有通過(guò)MgO成分與水反應(yīng)導(dǎo)致泥漿部分干燥的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明向泥漿中加入含鈣鎂的化合物不僅明顯延長(zhǎng)堿性試劑與絮凝劑的接觸時(shí)間而不使絮凝劑變性，而且出人意料地使得可以實(shí)現(xiàn)比利用目前已知的溶液所得大得多的干度收率，此外化合物不需附聚或填料除去的操作。在本發(fā)明方法中，半煅燒白云石顆粒的尺寸并不是關(guān)鍵因素。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，該方法包括在所述分離之后的脫水泥漿的焚燒。
本發(fā)明方法的其它實(shí)施方案在所附的權(quán)利要求中指出。
本發(fā)明還涉及符合下式的含鈣鎂的化合物用于處理和脫水pH等于或小于8的泥漿的用途xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2+(1-y)MgO]，其中x和y是摩爾分?jǐn)?shù)
0.45≤x≤0.75，和0≤y≤1。
本發(fā)明還涉及脫水泥漿，其包含一定量的符合化學(xué)式xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2+(1-y)MgO]的含鈣鎂的化合物并且其中x和y是摩爾分?jǐn)?shù)，0.45≤x≤0.75和0≤y≤1，并且具有大于8且等于或小于10的pH。與脫水前泥漿的干物質(zhì)相比，這種泥漿有利地包含至少50重量％的含鈣鎂的化合物。
現(xiàn)在將借助于以下的非限定性實(shí)施例更加詳細(xì)地解釋本發(fā)明。
實(shí)施例1利用三種不同的試劑，即兩種含鈣化合物-通過(guò)在100μm篩濾除去填料的生石灰和過(guò)燒生石灰-以及本發(fā)明的半煅燒白云石(d50＝25-30μm)來(lái)處理干物質(zhì)含量約為3重量％的增稠泥漿的試樣。在這三種情況下遵循相同的操作方式。
將對(duì)應(yīng)于5g干物質(zhì)的增稠泥漿的量引入到一升容器中。
向該樣品中加入1.5g添加劑；然后利用磁棒攪拌混合物，并且每五秒記錄溶液的pH。附圖
中示出了在每種情況下pH值的變化。
該附圖示出了當(dāng)泥漿用下述物質(zhì)調(diào)理時(shí)，pH隨時(shí)間的變化-除去填料的生石灰(曲線A)-過(guò)燒的生石灰(曲線B)-本發(fā)明的半煅燒白云石(曲線C)。
可以看到，僅使用本發(fā)明的半煅燒白云石超過(guò)五分鐘都沒(méi)有將pH提高至高于9.5的數(shù)值。這個(gè)pH值保持恒定至少半小時(shí)，這樣就允許在加入試劑和脫水操作之間有明顯的延緩。
實(shí)施例2通過(guò)常規(guī)陽(yáng)離子有機(jī)絮凝劑和本發(fā)明的半煅燒白云石調(diào)理的泥漿的過(guò)濾。
在一升容器中引入具有3％干物質(zhì)的增稠泥漿，其用量對(duì)應(yīng)于5g干物質(zhì)。然后根據(jù)下面的操作步驟處理這種泥漿樣品。
調(diào)理根據(jù)本發(fā)明，向泥漿中相繼加入用量對(duì)應(yīng)于泥漿樣品中存在的干物質(zhì)的45％的半煅燒白云石，和10ml絮凝劑含水溶液(5g/l活性物質(zhì))。然后利用實(shí)驗(yàn)室絮凝器以200轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌混合物十秒鐘。
過(guò)濾然后在B üchner過(guò)濾器上過(guò)濾如此調(diào)理的泥漿，該過(guò)濾器的過(guò)濾部分覆蓋有聚酯過(guò)濾布(型號(hào)NORDIFA Lainyl M14/CH/5 Fi)。
然后使泥漿瀝水一分鐘。接著利用活塞對(duì)瀝水的泥漿相繼施加1、2、3和4巴的壓力，每級(jí)壓力持續(xù)一分鐘。獲得厚度為3至5mm的濾餅。對(duì)其中心部分進(jìn)行取樣，以測(cè)定其干物質(zhì)含量，也就是說(shuō)是25.3％。
為了能夠評(píng)價(jià)根據(jù)本發(fā)明加入半煅燒白云石對(duì)濾餅的干物質(zhì)含量的影響，在第二個(gè)試驗(yàn)中，根據(jù)上述操作方案對(duì)同樣的增稠泥漿進(jìn)行絮凝，然后過(guò)濾，但是這次不加入半煅燒白云石。獲得干物質(zhì)含量為16.4％的泥漿濾餅。
如果煅燒白云石的作用限于將干物質(zhì)加入至泥漿中，對(duì)干度沒(méi)有附加的影響，那么在半煅燒白云石存在下的計(jì)算的泥漿濾餅的干物質(zhì)含量S2cal將按照前面給出的公式，由未加入白云石的泥漿濾餅的干物質(zhì)含量S1來(lái)計(jì)算。
該本實(shí)施例中，S2cal=16.4×(100+45)[100+(16.4×45/100)]]]>即22.1％。此外，具有半煅燒白云石的泥漿濾餅的實(shí)際含量S2eff是25.3％。S2eff和S2cal之間的差值，相對(duì)于S2cal，表明根據(jù)本發(fā)明加入半煅燒白云石使得可以獲得干度的相對(duì)提高為14.3％，這證明了半煅燒白云石對(duì)濾餅干度的出人意料的附加作用。
作為比較，在相同操作條件下使用石灰石代替本發(fā)明半煅燒白云石，并且所獲得的干物質(zhì)含量S2eff是22.7％。如果將這個(gè)數(shù)值與S2cal進(jìn)行比較，則差值在試驗(yàn)誤差的數(shù)量級(jí)內(nèi)，因此不能斷定當(dāng)使用石灰石時(shí)干度提高。
還可以補(bǔ)充說(shuō)明的是，石灰石不是堿性試劑，并且在將其加入時(shí)，泥漿的pH值不提高，并且在本實(shí)施例中保持為約7.35。
實(shí)施例3城市凈化站泥漿在初步沉降之后具有大約3重量％的干物質(zhì)含量。這種泥漿在用聚丙烯酰胺類型的陽(yáng)離子絮凝劑絮凝并在干燥壓濾機(jī)上脫水之后具有64重量％的干物質(zhì)含量或處理后干度。
同樣的泥漿在干燥壓濾機(jī)上脫水后在相同條件下加入25重量％半煅燒白云石(相對(duì)于泥漿的干物質(zhì))進(jìn)行處理后具有80重量％的干度。
最后，在脫水之前，泥漿在如上所述的相同條件下絮凝，但是存在25重量％半煅燒白云石。這種泥漿在干燥壓濾機(jī)上脫水之后獲得97重量％的干度。
因此出人意料地發(fā)現(xiàn)，與簡(jiǎn)單加入絮凝劑相比，加入本發(fā)明的含鈣鎂的化合物非?？捎^地提高了處理泥漿的干度收率。而且，與在脫水之后添加相比，在存在絮凝劑的情況下在脫水之前添加相同量的半煅燒白云石非常顯著地提高了干度水平。還必須指出的是，在目前的情況下，試劑混合/泥漿絮凝步驟可以達(dá)到一個(gè)半小時(shí)，當(dāng)使用石灰，甚至用于延緩pH提高的含鈣試劑(如以上使用的那些)時(shí)，情況卻并不是如此。
在泥漿脫水之前共同加入本發(fā)明的半煅燒白云石和絮凝有機(jī)化合物不僅具有與在脫水之后以相同量白云石添加的方法相比提高干度的優(yōu)點(diǎn)，而且還簡(jiǎn)化了該方法的實(shí)施。這是因?yàn)閮煞N添加劑(絮凝劑和試劑)的混合可以在單一步驟中進(jìn)行，而在脫水后的加入操作需要第二混合步驟，另外，考慮到脫水后水含量降低，這個(gè)第二混合步驟更加難以進(jìn)行。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方案，而是可以進(jìn)行許多變化而不脫離所附權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種使泥漿脫水的方法，包括-將堿性試劑加入至pH等于或小于8的泥漿中，-向泥漿中加入至少一種絮凝有機(jī)成分，-通過(guò)加入上述堿性試劑，泥漿的pH提高至小于所述至少一種有機(jī)成分開(kāi)始發(fā)生降解時(shí)的pH的數(shù)值，-泥漿絮凝，和-絮凝的泥漿分離為脫水泥漿和液相，其特征在于上述堿性試劑是符合以下化學(xué)式的含鈣鎂的化合物xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2+(1-y)MgO]，其中x和y是摩爾分?jǐn)?shù)，0.45≤x≤0.75，和0≤y≤1，并且經(jīng)處理的泥漿直至在所述分離之后仍具有小于所述至少一種有機(jī)成分開(kāi)始發(fā)生降解時(shí)的pH的所述數(shù)值。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于含鈣鎂的化合物是半煅燒白云石，其包含MgO成分，任選地部分或完全是Mg(OH)2的形式。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于它包括所述pH提高至最大等于10的數(shù)值。
4.權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于含鈣鎂的化合物的加入發(fā)生在加入所述至少一種絮凝有機(jī)化合物之前、同時(shí)和/或之后。
5.權(quán)利要求4的方法，其特征在于含鈣鎂的化合物的加入發(fā)生在上述分離步驟之前。
6.權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)的方法，其特征在于它包括在所述分離之后的對(duì)脫水泥漿的焚燒。
7.權(quán)利要求1至6任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在酸性泥漿的情況下，它還包括預(yù)先中和該酸性泥漿，以使泥漿具有至少為6的pH。
8.權(quán)利要求2至7任何一項(xiàng)的方法，其特征在于半煅燒白云石通過(guò)在使得其具有小于5重量％CaO含量和小于10重量％MgCO3含量的條件下，煅燒復(fù)合碳酸鈣鎂來(lái)獲得。
9.符合式xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2+(1-y)MgO]的含鈣鎂的化合物用于處理和脫水pH等于或小于8的泥漿的用途，其中x和y是摩爾分?jǐn)?shù)，0.45≤x≤0.75且0≤y≤1。
10.脫水泥漿，其包含一定量的符合式xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2+(1-y)MgO]的含鈣鎂的化合物并且其中x和y是摩爾分?jǐn)?shù)，0.45≤x≤0.75和0≤y≤1，并且具有大于8且等于或小于10的pH。
11.權(quán)利要求10的脫水泥漿，相對(duì)于脫水之前泥漿的干物質(zhì)，它包含至少15重量％的含鈣鎂的化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使泥漿脫水的方法，包括將堿性試劑加入至pH等于或小于8的泥漿中；向泥漿中加入至少一種絮凝有機(jī)成分；通過(guò)加入上述堿性試劑，泥漿的pH提高至小于所述至少一種有機(jī)成分開(kāi)始發(fā)生降解時(shí)的pH的數(shù)值；泥漿絮凝；絮凝的泥漿分離為脫水泥漿和液相，其特征在于上述堿性試劑是符合以下化學(xué)式的含鈣鎂的化合物xCaCO
文檔編號(hào)C02F1/52GK1823017SQ200480019918
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月11日
發(fā)明者M·勒米, E·朱德尼, M·羅曼 申請(qǐng)人:勒瓦研究開(kāi)發(fā)股份有限公司