一種電滲析耦合離子交換樹脂的赤泥脫堿和回收工藝制造技術

本發明專利技術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。本發明專利技術優勢在于：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。

Red mud de alkali and recovery process of electrodialysis coupled ion exchange resin

The invention discloses a coupled electric dialysis and ion exchange resin of the red mud dealkalization and recovery process, the washing device attached to the surface of the red mud alkali elution, low alkaline red mud and water alkaline solution. The initial washing water solution is recycled into the electrodialysis system, and the desalted water is obtained. The electrodialysis desalination water and the later washing lye go into the ionic resin to carry on the advanced treatment, and then return to the washing tower. The advantages of the invention are that the whole process of alkali removal does not produce any harmful substances and two pollution, does not need chemical reagents, and solves the problem of the pollution and the difficult utilization of red mud, and the alkali liquor is recovered from red mud.

【技術實現步驟摘要】
一種電滲析耦合離子交換樹脂的赤泥脫堿和回收工藝
本專利技術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。
技術介紹
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（64.09~186.9m2/g），其比重可達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0.9MPa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。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行中和。濕法碳化脫堿技術能夠有效地對赤泥進行脫堿，減輕對堆場環境及地下水體的污染，同時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的加壓浸出對浸出設備的要求較高，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赤泥漿中的堿液回收，輸送至生產鋁工藝中重復利用。酸浸出法。酸浸出法可以有效地中和赤泥中的堿性物質并增大其比表面積，浸出赤泥中稀有金屬等。據報道，鹽酸對赤泥的浸出可以將pH降至8，進一步的水洗能夠很好地將鈉洗掉[張國立、李紹純、張馨元和王志開，無機鹽工業，2012，44，40-42]。但不可忽略的是，酸的加入對堿結構的破壞和鹽化以及所引進的陰離子會對堿的回收利用造成影響。但其操作環境差、酸浸出廢液量大并可能帶來的重金屬浸出風險而造成二次污染的問題不可忽略[ZL201380010871.5；ZL201310312592.6]。電滲析膜脫堿法。電滲析脫堿法能夠穩定、低成本地處理赤泥附液，但在對赤泥漿脫堿處理時，容易導致電滲析膜的損壞，壽命較短，進而影響使用效率。因此，必須考慮赤泥漿對膜組件的影響并對膜組件進行改良。僅僅依靠電滲析技術難以實現高效低成本的脫堿處理，必須與其他處理工藝相結合[ZL201511026861.8；ZL201410487005.1]。赤泥的脫堿離不開兩種主要手段：中和、轉移。由以上
技術介紹
分析可知，加酸中和存在著諸如二次污染、堿液難重復利用等多種問題，而堿液又無法與赤泥固液完全分離。因此，在水洗轉移赤泥附著堿液進入液相的基礎上，本專利技術提出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。說明內容本專利技術目的在于提供一種工藝簡單、能有效脫除赤泥中堿度并實現資源化利用的一種耦合電滲析和離子交換樹脂的赤泥脫堿工藝。本專利技術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，進入樹脂處理系統進行深度處理，處理后的淡化出水直接返回至曝氣水洗塔循環利用（pH=10.0~10.5，TDS=0.5~1g/L）。樹脂失效后，在本專利中的樹脂深度處理系統中直接接入電源，即可再生樹脂并回收堿液。本專利技術提出的一種耦合電滲析和離子交換樹脂的赤泥脫堿工藝，所述赤泥脫堿工藝由赤泥脫堿裝置實現，所述裝置包括水洗塔、電滲析系統和樹脂處理及再生系統，水洗塔由曝氣水洗赤泥塔和儲水塔組成，儲水塔分為室１和室２；所述電滲析系統分為上下兩層，上層為電滲析單元，下層為電極液混合調節室和儲水室單元，利用上下層的重力流和蠕動泵，進行電導液混合循環；包括以下步驟：（１）赤泥預處理：將煉鋁廠赤泥沉降槽的底泥進行轉移和攪拌，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過多次洗脫，進入儲水塔中；控制泥水比1：3~1：9；曝氣強度為1L/min~5L/min，每次曝氣時間為1~3min；（４）在步驟（３）的過程中，每次水洗結束后，將曝氣水洗的泥漿進行靜置，經泥水分離，得到水洗堿液，所得水洗堿液根據含堿量的不同分別進入儲水塔的室１或室２，即初期高堿度的水洗堿液（pH>12.0~12.5，TDS>10g/L）進入室1，后期低堿度的水洗堿液（pH<11.0~12.0，TDS<5g/L）進入室2；底部脫堿赤泥直接排出，進一步壓縮處理并回收利用；（５）將步驟（４）中所產生的高堿度的水洗堿液收集，輸送到電滲析系統中，進行濃縮和淡化，回收濃縮堿液并淡化出水；（６）將步驟（４）中所產生的低堿度的水洗堿液和步驟（５）所產生的淡化出水，輸送到樹脂處理及再生系統中，進行深度凈化處理，得到深度處理凈化水；（７）步驟（６）中的樹脂失效后，采用電滲析-電再生法，再生樹脂并回收水洗堿液；（８）將步驟（６）產生的深度處理凈化水，輸送至水洗塔中曝氣水本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種耦合電滲析和離子交換樹脂的赤泥脫堿工藝，其特征在于：所述赤泥脫堿工藝由赤泥脫堿裝置實現，所述裝置包括水洗塔、電滲析系統和樹脂處理及再生系統，水洗塔由曝氣水洗赤泥塔和儲水塔組成，儲水塔分為室１和室２；所述電滲析系統分為上下兩層，上層為電滲析單元，下層為電極液混合調節室和儲水室單元，利用上下層的重力流和蠕動泵，進行電導液混合循環；包括以下步驟：（１）赤泥預處理：將煉鋁廠赤泥沉降槽的底泥進行轉移和攪拌，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過多次洗脫，進入儲水塔中；控制泥水比1：3?~?1：9；曝氣強度為1?L/min?~?5?L/min，每次曝氣時間為1~3?min；（４）在步驟（３）的過程中，每次水洗結束后，將曝氣水洗的泥漿進行靜置，經泥水分離，得到水洗堿液，所得水洗堿液根據含堿量的不同分別進入儲水塔的室１或室２，即初期高堿度的水洗堿液（pH>12.0~12.5，TDS>10?g/L）進入室1，后期低堿度的水洗堿液（pH<?11.0~12.0，TDS<5?g/L）進入室2；底部脫堿赤泥直接排出，進一步壓縮處理并回收利用；（５）將步驟（４）中所產生的高堿度的水洗堿液收集，輸送到電滲析系統中，進行濃縮和淡化，回收濃縮堿液并淡化出水；（６）將步驟（４）中所產生的低堿度的水洗堿液和步驟（５）所產生的淡化出水，輸送到樹脂處理及再生系統中，進行深度凈化處理，得到深度處理凈化水；（７）步驟（６）中的樹脂失效后，采用電滲析?電再生法，再生樹脂并回收水洗堿液；（８）將步驟（６）產生的深度處理凈化水，輸送至水洗塔中曝氣水洗，多次循環利用，不產生任何二次污染。...

【技術特征摘要】
1.一種耦合電滲析和離子交換樹脂的赤泥脫堿工藝，其特征在于：所述赤泥脫堿工藝由赤泥脫堿裝置實現，所述裝置包括水洗塔、電滲析系統和樹脂處理及再生系統，水洗塔由曝氣水洗赤泥塔和儲水塔組成，儲水塔分為室１和室２；所述電滲析系統分為上下兩層，上層為電滲析單元，下層為電極液混合調節室和儲水室單元，利用上下層的重力流和蠕動泵，進行電導液混合循環；包括以下步驟：（１）赤泥預處理：將煉鋁廠赤泥沉降槽的底泥進行轉移和攪拌，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過多次洗脫，進入儲水塔中；控制泥水比1：3~1：9；曝氣強度為1L/min~5L/min，每次曝氣時間為1~3min；（４）在步驟（３）的過程中，每次水洗結束后，將曝氣水洗的泥漿進行靜置，經泥水分離，得到水洗堿液，所得水洗堿液根據含堿量的不同分別進入儲水塔的室１或室２，即初期高堿度的水洗堿液（pH>12.0~12.5，TDS>10g/L）進入室1，后期低堿度的水洗堿液（pH<11.0~12.0，TDS<5g/L）進入室2；底部脫堿赤泥直接排出，進一步壓縮處理并回收利用；（５）將步驟（４）中所產生的高堿度的水洗堿液收集，輸送到電滲析系統中，進行濃縮和淡化，回收濃縮堿液并淡化出水；（６）將步驟（４）中所產生的低堿度的水洗堿液和步驟（５）所產生的淡化出水，輸送到樹脂處理及再生系統中，進行深度凈化處理，得到深度處理凈化水；（７）步驟（６）中的樹脂失效后，采用電滲析-電再生法，再生樹脂并回收水洗堿液；（８）將步驟（６）產生的深度處理凈化水，輸送至水洗塔中曝氣水洗，多次循環利用，不產生任何二次污染。2.根據權利要求1所述的耦合電滲析和離子交換樹脂工藝，其特征在于：從曝氣水洗赤泥塔出來的水洗堿液，根據泥水比1：3~1：9，從...

【專利技術屬性】
技術研發人員：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，
類型：發明
國別省市：上海,31