本發(fā)明涉及煉鋁赤泥脫堿和資源化利用的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是電滲析和樹(shù)脂在赤泥脫堿和堿液回收中的工藝應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：赤泥是煉鋁過(guò)程中產(chǎn)生的高堿性固體顆粒物，依據(jù)其來(lái)源可分為燒結(jié)法、拜耳法和聯(lián)合法赤泥。我國(guó)現(xiàn)階段主要為拜耳法工藝煉鋁產(chǎn)生的赤泥。赤泥從高壓溶出爐中分離出來(lái)后再進(jìn)行洗滌，其洗滌液回流到濕磨爐懸濁液中，洗滌后的殘?jiān)鳛閺U棄赤泥進(jìn)入堆場(chǎng)或進(jìn)行資源回收。我國(guó)赤泥產(chǎn)量達(dá)7000萬(wàn)噸/年，占全球產(chǎn)量的30%，赤泥的最終處置顯得尤為重要。在上世紀(jì)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(jìn)行覆土掩埋。然而，這類(lèi)處置方式不僅需要大量的土地面積，也極易導(dǎo)致赤泥中的堿性和有害物質(zhì)進(jìn)入土壤和地下水中，而帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)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（64.09~186.9m2/g），其比重可達(dá)2.1~3.1g/cm3，赤泥含水量86%～90%，90%左右的粒徑為0.075～0.005mm，pH通常高達(dá)12.5~14.0左右。赤泥中的堿主要以游離態(tài)堿和結(jié)合態(tài)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(tài)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(tài)，不均勻地分布在赤泥中?，F(xiàn)有的脫堿技術(shù)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(guó)立、李紹純、張馨元和王志開(kāi)，青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33，59-62]。但是該法需要長(zhǎng)時(shí)間的浸出和水洗，廢液產(chǎn)生多，后續(xù)無(wú)濃縮淡化處理。石灰脫堿是在水熱條件下將其轉(zhuǎn)變?yōu)殁}硅渣將鈉置換出來(lái)進(jìn)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(jié)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(huì)對(duì)有價(jià)金屬的提取造成不利影響。亞熔鹽脫堿法。亞熔鹽法是通過(guò)NaOH亞熔鹽在低溫低壓條件下可使氧化鋁的總?cè)艹雎蔬_(dá)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0.9MPa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(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2008，18，70-73]。亞熔鹽脫堿法雖能達(dá)到較好的脫堿和回收效率，但其操作復(fù)雜，需要額外加入NaOH再回收，對(duì)設(shè)備性能要求高，工作環(huán)境差，難以在工程上進(jìn)行有效的應(yīng)用。濕法碳化脫堿法。CO2是酸性氣體，以一定流速通入赤泥漿中可以與堿液進(jìn)行中和。濕法碳化脫堿技術(shù)能夠有效地對(duì)赤泥進(jìn)行脫堿，減輕對(duì)堆場(chǎng)環(huán)境及地下水體的污染，同時(shí)也能夠有效的減少溫室氣體的排放，有助于減輕全球溫室氣體排放的壓力。但CO2的加壓浸出對(duì)浸出設(shè)備的要求較高，需要具有良好的抗壓性和防震性。此外，濕法碳化脫堿法不利于對(duì)赤泥漿中的堿液回收，輸送至生產(chǎn)鋁工藝中重復(fù)利用。酸浸出法。酸浸出法可以有效地中和赤泥中的堿性物質(zhì)并增大其比表面積，浸出赤泥中稀有金屬等。據(jù)報(bào)道，鹽酸對(duì)赤泥的浸出可以將pH降至8，進(jìn)一步的水洗能夠很好地將鈉洗掉[張國(guó)立、李紹純、張馨元和王志開(kāi)，無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2012，44，40-42]。但不可忽略的是，酸的加入對(duì)堿結(jié)構(gòu)的破壞和鹽化以及所引進(jìn)的陰離子會(huì)對(duì)堿的回收利用造成影響。但其操作環(huán)境差、酸浸出廢液量大并可能帶來(lái)的重金屬浸出風(fēng)險(xiǎn)而造成二次污染的問(wèn)題不可忽略[ZL201380010871.5；ZL201310312592.6]。電滲析膜脫堿法。電滲析脫堿法能夠穩(wěn)定、低成本地處理赤泥附液，但在對(duì)赤泥漿脫堿處理時(shí)，容易導(dǎo)致電滲析膜的損壞，壽命較短，進(jìn)而影響使用效率。因此，必須考慮赤泥漿對(duì)膜組件的影響并對(duì)膜組件進(jìn)行改良。僅僅依靠電滲析技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)高效低成本的脫堿處理，必須與其他處理工藝相結(jié)合[ZL201511026861.8；ZL201410487005.1]。赤泥的脫堿離不開(kāi)兩種主要手段：中和、轉(zhuǎn)移。由以上
背景技術(shù)：
分析可知，加酸中和存在著諸如二次污染、堿液難重復(fù)利用等多種問(wèn)題，而堿液又無(wú)法與赤泥固液完全分離。因此，在水洗轉(zhuǎn)移赤泥附著堿液進(jìn)入液相的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種耦合電滲析和離子交換樹(shù)脂的赤泥脫堿和回收工藝。說(shuō)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、能有效脫除赤泥中堿度并實(shí)現(xiàn)資源化利用的一種耦合電滲析和離子交換樹(shù)脂的赤泥脫堿工藝。本發(fā)明主要是采用曝氣水洗法將赤泥附著堿洗脫至液相中，使得赤泥與堿液分離，將赤泥pH降低至10.5以下；再采用電滲析方法進(jìn)行堿液處理和回收，返回至煉鋁工藝中。淡化堿液與水洗后期的低堿度堿液混合，進(jìn)入樹(shù)脂處理系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，處理后的淡化出水直接返回至曝氣水洗塔循環(huán)利用（pH=10.0~10.5，TDS=0.5~1g/L）。樹(shù)脂失效后，在本專(zhuān)利中的樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)中直接接入電源，即可再生樹(shù)脂并回收堿液。本發(fā)明提出的一種耦合電滲析和離子交換樹(shù)脂的赤泥脫堿工藝，所述赤泥脫堿工藝由赤泥脫堿裝置實(shí)現(xiàn)，所述裝置包括水洗塔、電滲析系統(tǒng)和樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)，水洗塔由曝氣水洗赤泥塔和儲(chǔ)水塔組成，儲(chǔ)水塔分為室１和室２；所述電滲析系統(tǒng)分為上下兩層，上層為電滲析單元，下層為電極液混合調(diào)節(jié)室和儲(chǔ)水室單元，利用上下層的重力流和蠕動(dòng)泵，進(jìn)行電導(dǎo)液混合循環(huán)；包括以下步驟：（１）赤泥預(yù)處理：將煉鋁廠(chǎng)赤泥沉降槽的底泥進(jìn)行轉(zhuǎn)移和攪拌，得到均一分散的赤泥漿，所述赤泥漿的含水率為55~65%；（２）將步驟（１）得到的赤泥漿，用泵輸入至曝氣水洗赤泥塔；（３）在步驟（２）的曝氣水洗赤泥塔中，加水并曝氣水洗，將以附著形式存在于赤泥中的堿經(jīng)過(guò)多次洗脫，進(jìn)入儲(chǔ)水塔中；控制泥水比1：3~1：9；曝氣強(qiáng)度為1L/min~5L/min，每次曝氣時(shí)間為1~3min；（４）在步驟（３）的過(guò)程中，每次水洗結(jié)束后，將曝氣水洗的泥漿進(jìn)行靜置，經(jīng)泥水分離，得到水洗堿液，所得水洗堿液根據(jù)含堿量的不同分別進(jìn)入儲(chǔ)水塔的室１或室２，即初期高堿度的水洗堿液（pH>12.0~12.5，TDS>10g/L）進(jìn)入室1，后期低堿度的水洗堿液（pH<11.0~12.0，TDS<5g/L）進(jìn)入室2；底部脫堿赤泥直接排出，進(jìn)一步壓縮處理并回收利用；（５）將步驟（４）中所產(chǎn)生的高堿度的水洗堿液收集，輸送到電滲析系統(tǒng)中，進(jìn)行濃縮和淡化，回收濃縮堿液并淡化出水；（６）將步驟（４）中所產(chǎn)生的低堿度的水洗堿液和步驟（５）所產(chǎn)生的淡化出水，輸送到樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)中，進(jìn)行深度凈化處理，得到深度處理凈化水；（７）步驟（６）中的樹(shù)脂失效后，采用電滲析-電再生法，再生樹(shù)脂并回收水洗堿液；（８）將步驟（６）產(chǎn)生的深度處理凈化水，輸送至水洗塔中曝氣水洗，多次循環(huán)利用，不產(chǎn)生任何二次污染。本發(fā)明中，從曝氣水洗赤泥塔出來(lái)的水洗堿液，根據(jù)泥水比1：3~1：9，從曝氣水洗赤泥塔的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6處通過(guò)重力流進(jìn)入儲(chǔ)水塔中。本發(fā)明中，高濃度的水洗堿液進(jìn)入電滲析系統(tǒng)，進(jìn)行淡化和濃縮處理，當(dāng)濃縮液的TDS達(dá)到50~100g/L時(shí)，則回收至煉鋁工藝。本發(fā)明中，考慮到隨著pH的下降而產(chǎn)生的氫氧化鋁會(huì)對(duì)膜性能造成影響，電滲析系統(tǒng)淡化出水需要滿(mǎn)足pH為11.6~11.8，TDS為3.50~5.50g/L。本發(fā)明中，樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)中的樹(shù)脂與水洗堿液體積比比為5:1~1:5；此外，在樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)中加入曝氣裝置，以增大樹(shù)脂與堿液的接觸面積以及離子傳質(zhì)的速率。本發(fā)明中，樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)的耦合，達(dá)到了深度處理、再生樹(shù)脂和回收資源的目的。樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)置于兩室電滲析結(jié)構(gòu)裝置中的一側(cè)，進(jìn)行低濃度堿液的深度處理。兩室電滲析結(jié)構(gòu)裝置的另一側(cè)為陰極室，兩室中間采用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)，在樹(shù)脂再生時(shí)接通兩側(cè)的極板通入直流電源，即可再生并回收金屬鹽離子。本發(fā)明中，樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)的再生室，采用曝氣裝置增大樹(shù)脂和處理堿液的接觸面。同時(shí)，在再生階段增大了氫離子和樹(shù)脂的再生接觸面并有利于樹(shù)脂的均勻再生。本發(fā)明中，為避免電滲析淡化出水的堿性偏高對(duì)樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)的影響，低濃度的水洗堿液和電滲析淡化出水混合后（pH=11.0~11.8，TDS=3~6g/L），一起進(jìn)入樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)，出水滿(mǎn)足pH為10.0~10.5，TDS為0.5~1g/L。本發(fā)明中，樹(shù)脂失效后，在樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上接通直流電源，切換到電滲析再生樹(shù)脂模式。本發(fā)明的有益效果如下：1）整個(gè)赤泥脫堿過(guò)程不采用任何藥劑、處理成本低；2）堿回收煉鋁工藝、淡化出水返回水洗塔，進(jìn)行循環(huán)利用；3）無(wú)二次污染，零排放。電滲析裝置全循環(huán)零排放處理、無(wú)工業(yè)廢渣、廢液、廢氣的排放；4）工藝流程適應(yīng)性強(qiáng)。本工藝流程可適于不同規(guī)模、不同工藝煉鋁廠(chǎng)的赤泥處理需求；5）資源回收利用價(jià)值高。較赤泥堆存而言，可大大降低赤泥的處理成本，并帶來(lái)資源回收利用的效益，脫堿后的赤泥堿性下降，可資源化利用；6）操作簡(jiǎn)便，占地面積少。反沖洗設(shè)備和傳送系統(tǒng)具備自動(dòng)化條件，且操作簡(jiǎn)單。在工廠(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，幾乎不需人員操作。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明中水洗塔裝置示意圖。圖3為本發(fā)明中電滲析系統(tǒng)裝置示意圖。圖4為本發(fā)明中樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)裝置示意圖。圖中標(biāo)號(hào)：1.原赤泥漿；2.曝氣水洗赤泥塔；3.儲(chǔ)水塔；4.電滲析系統(tǒng)；5.樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)；6.水洗泥漿；7.低堿性赤泥；8.曝氣裝置；9.電極板；10.陽(yáng)離子交換膜；11.陰離子交換膜。具體實(shí)施方式下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。針對(duì)不同類(lèi)型赤泥，本發(fā)明將結(jié)合實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1赤泥組分：SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOK2ONa2OCO320.76%20.40%6.44%0.37%17.56%0.88%17.33%12.87%該赤泥泥漿pH為13.78~13.89，堿液堿度為20.52~21.73CaCO3g/L，TDS為30.0~35.0g/L。如圖1所示，本實(shí)施例的工藝過(guò)程如下：1）赤泥預(yù)處理：將煉鋁廠(chǎng)赤泥沉降槽的底泥進(jìn)行轉(zhuǎn)移和攪拌，得到均一分散赤泥漿，含水率55~65%，為原赤泥漿；2）將步驟1）得到的赤泥漿，用泵輸入至水洗塔；3）在步驟2）的水洗塔中，加水形成泥水比為1:3~1:9并曝氣水洗1~3min，將以附著形式存在于赤泥中的堿進(jìn)行多次洗脫，轉(zhuǎn)移至液相；4）在步驟3）的過(guò)程中，每次水洗結(jié)束后靜置曝氣水洗泥漿20~60min，泥水分離，得到水洗堿液。底部脫堿赤泥直接排出，進(jìn)一步壓縮處理并回收利用；5）將步驟4）中赤泥水洗的前2至4次所產(chǎn)生的高含堿量的水洗堿液收集，輸送到電滲析系統(tǒng)中，進(jìn)行濃縮和淡化，回收濃縮堿液并淡化出水；6）將步驟4）中赤泥水洗的后2至3次所產(chǎn)生的低含堿量的水洗堿液和步驟5）所產(chǎn)生的淡化出水，輸送到樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)中，進(jìn)行深度處理凈化；7）步驟6）中的樹(shù)脂失效后，采用電滲析法再生樹(shù)脂并回收堿液；8）將步驟6）產(chǎn)生的深度處理凈化水，輸送至水洗塔中曝氣水洗，以此多次循環(huán)利用，不產(chǎn)生任何二次污染。最終赤泥pH降至10.5以下，堿液堿度僅為1.0~2.0CaCO3g/L，TDS<0.5g/L。其中，所涉及的水洗塔裝置、電滲析系統(tǒng)和樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)如以下說(shuō)明（主要構(gòu)造材料為聚氯乙烯，管道材料均采用有機(jī)玻璃）：圖2，水洗塔裝置，由曝氣水洗赤泥塔和儲(chǔ)水塔組成，并采用有機(jī)玻璃管靜態(tài)連接，儲(chǔ)水塔分為室１和室２。水洗塔出來(lái)的水洗堿液，根據(jù)泥水比1：3~1：9，從曝氣水洗赤泥塔的1/2、1/3、1/4、1/5、1/6處通過(guò)重力流進(jìn)入儲(chǔ)水塔中，根據(jù)水洗堿液的濃度，分別收集；圖3，電滲析系統(tǒng)，分為上下兩層，上層為電滲析單元，下層為電極液混合調(diào)節(jié)室和儲(chǔ)水室單元。其中，電滲析單元采用的是三膜四室結(jié)構(gòu)，極板為鍍釕鈦極板，兩張陽(yáng)離子交換膜，一張陰離子交換膜。利用上下層的重力流和蠕動(dòng)泵，進(jìn)行電導(dǎo)液混合循環(huán)，有效地控制系統(tǒng)溫度的升高，并保持離子平衡和偏中性環(huán)境。此外，本電滲析裝置中加入了曝氣裝置來(lái)加速離子的傳質(zhì)，有效地減少了濃差極化的產(chǎn)生。圖4，樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)，分為兩個(gè)部分：樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)、失效樹(shù)脂再生系統(tǒng)。樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)置于兩室電滲析結(jié)構(gòu)裝置中的一側(cè)，進(jìn)行低濃度堿液的深度處理。兩室電滲析結(jié)構(gòu)裝置的另一側(cè)為陰極室，兩室中間采用陽(yáng)離子交換膜隔開(kāi)，在樹(shù)脂再生時(shí)接通兩側(cè)的極板通入直流電源，即可再生并回收金屬鹽離子。在樹(shù)脂處理及再生系統(tǒng)中加入曝氣裝置，以增大樹(shù)脂與堿液的接觸面積以及離子傳質(zhì)的速率。實(shí)施例2赤泥組分：SiO2Al2O3Fe2O3MgOCaOK2ONa2OTiO316.0%33.1%5.43%2.58%27.2%0.29%10.08%3.47%該赤泥泥漿pH為12.80~13.00，堿液堿度為10.00~15.56CaCO3g/L，TDS為10.0~15.0g/L?；谙嗨频脑砗头椒?，針對(duì)不同性質(zhì)赤泥（赤泥堿度較低時(shí)），與實(shí)施例1相比，本工藝過(guò)程可以補(bǔ)充為：1）赤泥預(yù)處理：將煉鋁廠(chǎng)赤泥沉降槽的底泥進(jìn)行轉(zhuǎn)移和攪拌，得到均一分散赤泥漿，含水率55~65%；2）將步驟1）得到的赤泥漿，用泵輸入至水洗塔；3）在步驟2）的水洗塔中，加水形成泥水比為1:3~1:9并曝氣水洗1~3min，將以附著形式存在于赤泥中的堿進(jìn)行多次洗脫，進(jìn)入液相中；4）在步驟3）的過(guò)程中，每次水洗結(jié)束后靜置曝氣水洗泥漿20~60min，泥水分離，得到水洗堿液。底部脫堿赤泥直接排出，進(jìn)一步壓縮處理并回收利用；5）將步驟4）中赤泥水洗的前1至2次所產(chǎn)生的高含堿量的水洗堿液收集，輸送到電滲析裝置中，進(jìn)行濃縮和淡化，回收濃縮堿液并淡化出水；6）將步驟4）中赤泥水洗的后1至3次所產(chǎn)生的低含堿量的水洗堿液和步驟5）所產(chǎn)生的淡化出水，輸送到樹(shù)脂深度處理系統(tǒng)中，進(jìn)行深度處理凈化；7）步驟6）中的樹(shù)脂失效后，采用電滲析法再生樹(shù)脂并回收堿液；8）將步驟6）產(chǎn)生的深度處理凈化水，輸送至水洗塔中曝氣水洗，以此多次循環(huán)利用。本發(fā)明所公開(kāi)的工藝，以上雖然列出了較少的實(shí)施例，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，其對(duì)本發(fā)明所做的任何改動(dòng)、改型、改進(jìn)、替換、重新組合等都在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3