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CN104340995A - 一种赤泥综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铝土矿综合利用的方法，尤其涉及一种赤泥综合利用的方法，包括下述步骤：将赤泥与盐酸混合，并加入至耐盐酸反应釜中进行反应；反应降温后进行固液分离及洗涤；所得溶液加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣；所得氯化钠溶液经离子膜电解槽电解后得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回循环使用；得到的氢气和氯气返回循环使用。本发明环保效能显著，能使赤泥中的铝、铁、硅有效分离，回收铝、铁、钠等有用元素，实现综合利用。

Description

一种赤泥综合利用的方法
技术领域
 本发明涉及一种铝土矿综合利用的方法，尤其涉及一种赤泥综合利用的方法。
背景技术
氧化铝工业是我国的基础原材料工业之一。我国的氧化铝工业1953年从第一个设计年产3.5万吨的氧化铝厂（山东铝厂）起步，至今已走过59个年头，2010年氧化铝生产能力已达4000万吨，氧化铝产量达2895万吨，无论是生产能力还是产量都居世界第一位。
我国已探明的铝土矿资源量在世界上列于第六位，前五位分别是：几内亚、澳大利亚、印度、越南、巴西。我国的铝土矿以一水硬铝石型铝土矿（约占98%以上）为主，国外的铝土矿多为三水铝石型铝土矿，还有部分一水软铝石型铝土矿。我国的铝土矿大部分都是高铝高硅型铝土矿，目前氧化铝生产处理的铝土矿Al2O3含量多在53%～66%的范围内，SiO2含量多在5%～15%的范围内，氧化铝与氧化硅的质量比（A/S）在3.5～13的范围内，除广西自治区外，其余各省氧化铝企业使用的铝土矿A/S多在4～6.5的范围内。每生产一吨氧化铝要消耗铝土矿2～2.5吨，按今后五年平均年产3000万吨氧化铝（其中处理国内矿年产氧化铝2000万吨、处理进口矿年产氧化铝1000万吨）计算，每年将消耗国内铝土矿4500～5000万吨。每生产一吨氧化铝产出的废渣——赤泥量在0.95～1.3吨，按平均1.125吨计，每年将产出赤泥3375万吨。目前都是采用建设堆场将赤泥进行堆存而弃之不用，赤泥堆存的高度按40米计算，每年将新增占用土地面积超过70.3公顷（1055亩）。另外，排出的赤泥还带有一定量的碱，即便采取了有效的防渗措施，对环境仍然具有潜在的危害，况且有的氧化铝生产企业没有采取有效的防渗措施，势必污染环境。
因此，一定要大力推行氧化铝行业的清洁生产，搞好赤泥的综合利用，变废为宝，减轻氧化铝生产对环境的压力，保持氧化铝行业的可持续发展。为此，开展赤泥用量大、成本低、市场容量大、可实现大规模工业化生产和实际应用的工艺技术研究，不但十分必要，而且十分紧迫。
发明内容
为了解决赤泥以堆存为主的上述技术问题，本发明提供一种一种赤泥综合利用的方法，目的是提高环保效能，能使赤泥中的铝、铁、硅有效分离，综合回收赤泥中的铝、钠、铁和硅有用元素。
为达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种赤泥综合利用的方法，它包括下述步骤：
（1）将赤泥与盐酸混合，并加入至耐盐酸反应釜中进行反应，反应温度50~180℃，反应时间5~150min，盐酸浓度5%~36%，盐酸中的HCl与赤泥中氧化铝、氧化铁和氧化钠的摩尔比为4～9：1；
（2）反应降温后进行固液分离及洗涤，得到氯化铝、氯化铁和氯化钠溶液及高硅渣，实现铝铁与硅分离；
（3）将步骤（2）所得溶液加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；
（4）将步骤（3）得到的氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣，简易拜耳法工艺包括原料调配、低温溶出、氢氧化铁分离洗涤、铝酸钠溶液精滤、精液降温、种子分解、氢氧化铝过滤洗涤、氢氧化铝焙烧和母液蒸发工序；
（5）将步骤（3）所得氯化钠溶液经离子膜电解槽电解后得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；
（6）将步骤（5）从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回至步骤（3）循环使用；
（7）将步骤（5）得到的氢气和氯气经净化后在合成炉内合成氯化氢气体，冷却后用水吸收得到盐酸，返回步骤（1）循环使用。
所述步骤（5）中，膜电解槽的阳极为镀镍钢网或镀β- PbO2 钛网；阴极采用网状活性镍；离子膜为全氟磺酸膜、全氟羧酸膜或磺酸与羧酸的复合膜。
所述步骤（5）中，膜电解槽单槽的运行电流密度为800～5000A/m2；电解温度为60℃～80℃。
所述步骤（2）所得高硅渣用于制备高硅填料、白炭黑、硅胶、水玻璃、活性硅酸钙、偏硅酸钠中的一种或两种以上的混合物。
所述步骤（4）所得高铁渣作为炼铁原料或铁红。
所述赤泥包括各种铝土矿生产氧化铝产生的赤泥。
本发明的优点效果：本发明不添加任何助剂，可使赤泥中氧化铝和铁有效浸出，氧化铝的回收率可达到95%以上，铁的回收率可达96%以上，氧化钠的回收率99%。环保效能显著，能使赤泥中的铝、铁、硅有效分离，综合回收赤泥中的铝、钠、铁和硅有用元素本发明工艺流程中实现了盐酸和氢氧化钠的循环，得到冶金级氧化铝产品、优质炼铁原料高铁渣、氧化硅富集程度高的高硅渣，实现资源综合利用，整个过程没有废气、废液、废渣的排出。
具体实施方式
实施例1
原料赤泥组成为：Al2O3:34.5%、SiO2:23.8%、Fe2O3:6.9%、Na2O:12.5%。原料赤泥的组成也可以采用其它组成成分及具体用量，这不能用于限定本发明的保护范围。
取1000g上述赤泥，将赤泥干法磨矿，将36%的盐酸加入到耐盐酸反应釜中与赤泥混合，赤泥中氧化铝、氧化铁和氧化钠的总和与盐酸中HCl的摩尔比为1：9，加热至50℃，反应时间150分钟，反应降温后固液分离洗涤，得到氯化铝、氯化铁和氯化钠溶液和高硅渣，实现铝铁与硅分离；在所得溶液中加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；得到的氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣，简易拜耳法工艺包括原料调配、低温溶出、氢氧化铁分离洗涤、铝酸钠溶液精滤、精液降温、种子分解、氢氧化铝过滤洗涤、氢氧化铝焙烧和母液蒸发工序；将得到的氯化钠溶液经净化后引入离子膜电解槽进行电解，电解槽的阳极为镀β- PbO2 钛网，阴极采用网状活性镍，离子膜为全氟羧酸膜，运行电流密度为5000A/m2，电解温度为60℃，得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回用于沉淀氢氧化铝和氢氧化铁工序循环使用；氢气和氯气经净化后在合成炉内合成氯化氢气体，冷却后用水吸收得到盐酸，返回赤泥盐酸溶出工序循环使用。
实施例2
取1000g实施例1中采用的赤泥，将赤泥干法磨矿，将5%的盐酸加入到耐盐酸反应釜中与赤泥混合，赤泥中氧化铝、氧化铁和氧化钠的总和与盐酸中HCl的摩尔比为1：7，加热至180℃，反应时间150分钟，反应降温后固液分离洗涤，得到氯化铝、氯化铁和氯化钠溶液和高硅渣，实现铝铁与硅分离；在所得溶液中加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；得到的氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣，简易拜耳法工艺包括原料调配、低温溶出、氢氧化铁分离洗涤、铝酸钠溶液精滤、精液降温、种子分解、氢氧化铝过滤洗涤、氢氧化铝焙烧和母液蒸发工序；将得到的氯化钠溶液经净化后引入离子膜电解槽进行电解，电解槽的阳极为镀镍钢网，阴极采用网状活性镍，离子膜为全氟磺酸膜，运行电流密度为800A/m2，电解温度为80℃，得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回用于沉淀氢氧化铝和氢氧化铁工序循环使用；氢气和氯气经净化后在合成炉内合成氯化氢气体，冷却后用水吸收得到盐酸，返回赤泥盐酸溶出工序循环使用。
 
实施例3
取1000g实施例1中采用的赤泥，将赤泥干法磨矿，将25%的盐酸加入到耐盐酸反应釜中与赤泥混合，赤泥中氧化铝、氧化铁和氧化钠的总和与盐酸中HCl的摩尔比为1：4，加热至110℃，反应时间60分钟，反应降温后固液分离洗涤，得到氯化铝、氯化铁和氯化钠溶液和高硅渣，实现铝铁与硅分离；在所得溶液中加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；得到的氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣，简易拜耳法工艺包括原料调配、低温溶出、氢氧化铁分离洗涤、铝酸钠溶液精滤、精液降温、种子分解、氢氧化铝过滤洗涤、氢氧化铝焙烧和母液蒸发工序；将得到的氯化钠溶液经净化后引入离子膜电解槽进行电解，电解槽的阳极为镀β- PbO2 钛网，阴极采用网状活性镍，离子膜为磺酸与羧酸的复合膜，运行电流密度为1400A/m2，电解温度为70℃，得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回用于沉淀氢氧化铝和氢氧化铁工序循环使用；氢气和氯气经净化后在合成炉内合成氯化氢气体，冷却后用水吸收得到盐酸，返回赤泥盐酸溶出工序循环使用。
 
实施例4
取1000g实施例1中采用的赤泥，将赤泥干法磨矿，将36%的盐酸加入到耐盐酸反应釜中与赤泥混合，赤泥中氧化铝、氧化铁和氧化钠的总和与盐酸中HCl的摩尔比为1：8，加热至160℃，反应时间5分钟，反应降温后固液分离洗涤，得到氯化铝、氯化铁和氯化钠溶液和高硅渣，实现铝铁与硅分离；在所得溶液中加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；得到的氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣，简易拜耳法工艺包括原料调配、低温溶出、氢氧化铁分离洗涤、铝酸钠溶液精滤、精液降温、种子分解、氢氧化铝过滤洗涤、氢氧化铝焙烧和母液蒸发工序；将得到的氯化钠溶液经净化后引入离子膜电解槽进行电解，电解槽的阳极为镀β- PbO2 钛网，阴极采用网状活性镍，离子膜为磺酸与羧酸的复合膜，运行电流密度为1400A/m2，电解温度为70℃，得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回用于沉淀氢氧化铝和氢氧化铁工序循环使用；氢气和氯气经净化后在合成炉内合成氯化氢气体，冷却后用水吸收得到盐酸，返回赤泥盐酸溶出工序循环使用。
实施例5
取1000g实施例1中采用的赤泥，将赤泥干法磨矿，将20%的盐酸加入到耐盐酸反应釜中与赤泥混合，赤泥中氧化铝、氧化铁和氧化钠的总和与盐酸中HCl的摩尔比为1：7，加热至120℃，反应时间30分钟，反应降温后固液分离洗涤，得到氯化铝、氯化铁和氯化钠溶液和高硅渣，实现铝铁与硅分离；在所得溶液中加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；得到的氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣，简易拜耳法工艺包括原料调配、低温溶出、氢氧化铁分离洗涤、铝酸钠溶液精滤、精液降温、种子分解、氢氧化铝过滤洗涤、氢氧化铝焙烧和母液蒸发工序；将得到的氯化钠溶液经净化后引入离子膜电解槽进行电解，电解槽的阳极为镀β- PbO2 钛网，阴极采用网状活性镍，离子膜为磺酸与羧酸的复合膜，运行电流密度为1400A/m2，电解温度为70℃，得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回用于沉淀氢氧化铝和氢氧化铁工序循环使用；氢气和氯气经净化后在合成炉内合成氯化氢气体，冷却后用水吸收得到盐酸，返回赤泥盐酸溶出工序循环使用。
本发明所得的高硅渣用于制备高硅填料、白炭黑、硅胶、水玻璃、活性硅酸钙、偏硅酸钠中的一种或两种以上的混合物。高铁渣作为炼铁原料或铁红。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种赤泥综合利用的方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）将赤泥与盐酸混合，并加入至耐盐酸反应釜中进行反应，反应温度50~180℃，反应时间5~150min，盐酸浓度5%~36%，盐酸中的HCl与赤泥中氧化铝、氧化铁和氧化钠的摩尔比为4～9：1；
（2）反应降温后进行固液分离及洗涤，得到氯化铝、氯化铁和氯化钠溶液及高硅渣，实现铝铁与硅分离；
（3）将步骤（2）所得溶液加入氢氧化钠溶液，得到氢氧化铝和氢氧化铁沉淀及氯化钠溶液，然后进行固液分离洗涤；
（4）将步骤（3）得到的氢氧化铝和氢氧化铁固体经过简易拜耳法工艺可得到冶金级氧化铝和高铁渣，简易拜耳法工艺包括原料调配、低温溶出、氢氧化铁分离洗涤、铝酸钠溶液精滤、精液降温、种子分解、氢氧化铝过滤洗涤、氢氧化铝焙烧和母液蒸发工序；
（5）将步骤（3）所得氯化钠溶液经离子膜电解槽电解后得到氯气、氢气、氢氧化钠溶液；
（6）将步骤（5）从离子膜阴极区出来的氢氧化钠溶液返回至步骤（3）循环使用；
（7）将步骤（5）得到的氢气和氯气经净化后在合成炉内合成氯化氢气体，冷却后用水吸收得到盐酸，返回步骤（1）循环使用。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥综合利用的方法，其特征在于：所述步骤（5）中，膜电解槽的阳极为镀镍钢网或镀β- PbO2 钛网；阴极采用网状活性镍；离子膜为全氟磺酸膜、全氟羧酸膜或磺酸与羧酸的复合膜。
3.根据权利要求1所述的一种赤泥综合利用的方法，其特征在于：所述步骤（5）中，膜电解槽单槽的运行电流密度为800～5000A/m2；电解温度为60℃～80℃。
4.根据权利要求1所述的一种赤泥综合利用的方法，其特征在于：所述步骤（2）所得高硅渣用于制备高硅填料、白炭黑、硅胶、水玻璃、活性硅酸钙、偏硅酸钠中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种赤泥综合利用的方法，其特征在于：所述步骤（4）所得高铁渣作为炼铁原料或铁红。
6.根据权利要求1所述的一种赤泥综合利用的方法，其特征在于：所述赤泥包括各种铝土矿生产氧化铝产生的赤泥。
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