[发明专利]一种电渗析耦合离子交换树脂的赤泥脱碱和回收工艺

说明书

本发明公开了一种耦合电渗析和离子交换树脂的赤泥脱碱和回收工艺，采用水洗装置洗脱赤泥表面的附着碱，得到低碱性赤泥和水洗碱液。初期水洗碱液进入电渗析系统回收，并得到淡化出水，电渗析淡化出水和后期水洗碱液一起进入离子树脂，进行深度处理，然后回流至水洗塔。本发明优势在于：整个脱碱过程不产生任何有害物质和二次污染，并不需要化学试剂，解决赤泥的污染和难利用问题的同时，从赤泥中回收碱液。

技术领域

本发明涉及炼铝赤泥脱碱和资源化利用的应用领域，尤其是电渗析和树脂在赤泥脱碱和碱液回收中的工艺应用。

背景技术

赤泥是炼铝过程中产生的高碱性固体颗粒物，依据其来源可分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥。我国现阶段主要为拜耳法工艺炼铝产生的赤泥。赤泥从高压溶出炉中分离出来后再进行洗涤，其洗涤液回流到湿磨炉悬浊液中，洗涤后的残渣作为废弃赤泥进入堆场或进行资源回收。

我国赤泥产量达7000万吨/年，占全球产量的30%，赤泥的最终处置显得尤为重要。在上世纪初期，赤泥主要以海洋排放方式为主。七十年代后期至今，赤泥的处置主要以湿法和干法堆存为主，最后进行覆土掩埋。然而，这类处置方式不仅需要大量的土地面积，也极易导致赤泥中的碱性和有害物质进入土壤和地下水中，而带来严重的环境污染。

赤泥呈灰色或暗红色，其色度随着含铁量的不同而不同，具有较大比表面积（64.09~186.9 m²/g），其比重可达2.1~3.1 g/cm³，赤泥含水量86%～90%，90%左右的粒径为0.075～0.005 mm，pH通常高达12.5~14.0左右。赤泥中的碱主要以游离态碱和结合态碱（即硅铝酸钠）2种形式存在，而赤泥中的钠元素则主要以4种形态存在，即苛性钠、铝酸钠、硅酸钠和硅铝酸钠。赤泥矿物组成主要为方钠石(Na₂O·Al₂O₃·1.68SiO₂·1.73H₂O)、一水硬铝石（AlO(OH)）、方解石(CaCO₃)、钙霞石(3NaAlSiO₄·NaOH)、赤铁矿(Fe₂O₃)、金红石(TiO₂)、水化石榴石(3CaO·Al₂O₃·mSiO₂·nH₂O)等矿物，赤泥中的稀土和稀有金属则主要呈分散状态，不均匀地分布在赤泥中。

现有的脱碱技术主要有：水洗脱碱、石灰脱碱、亚熔盐脱碱、湿法碳化脱碱、酸浸出、电渗析膜脱碱等。

水洗赤泥法能够有效地去除泥浆中的自由碱和附着碱，液固比5：1，洗涤5次以上，即可去除赤泥中95%以上的Na[张国立、李绍纯、张馨元和王志开，青岛理工大学学报，2012，33，59-62]。但是该法需要长时间的浸出和水洗，废液产生多，后续无浓缩淡化处理。

石灰脱碱是在水热条件下将其转变为钙硅渣将钠置换出来进入溶液中而脱碱和回收。石灰脱碱法能够显著地去除赤泥中的游离碱和结合碱[ZL200410049747.2]。但活性石灰所加量较大，且难以有效地降低赤泥浆的pH，并增加赤泥量。此外，处理后的高钙含量赤泥会对有价金属的提取造成不利影响。

亚熔盐脱碱法。亚熔盐法是通过NaOH亚熔盐在低温低压条件下可使氧化铝的总溶出率达到95%以上，溶出后赤泥中Na₂O含量13%左右。往该泥浆中加入一定量CaO，在170 ℃和0.9 MPa压力下可使Na₂O含量降至0.90%，钠硅比降到0.04，符合排放要求，并可作为建筑材料利用[钟莉和张亦飞，中国有色金属学报，2008，18，70-73]。亚熔盐脱碱法虽能达到较好的脱碱和回收效率，但其操作复杂，需要额外加入NaOH再回收，对设备性能要求高，工作环境差，难以在工程上进行有效的应用。