[发明专利]钙化-碳化法处理拜耳法赤泥过程中碱与铝的回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境保护领域，具体涉及一种处理拜耳法赤泥过程中碱与铝的回收方法。

技术背景

铝是我国有色金属冶金行业中的支柱产业，截止2013年，我国原铝产能达到1800万吨，氧化铝产能接近4000万吨，列世界首位。目前我国氧化铝80％以上是采用拜耳法生产的，铝土矿中的含硅相在拜耳法生产氧化铝过程中会转化为水合硅铝酸钠(Na₂O·Al₂O₃·1.7SiO₂·nH₂O)，即矿物中1公斤的氧化硅会导致赤泥中带走1公斤的氧化铝，并造成0.608公斤的碱损失。赤泥中含碱和铝造成了两个问题：第一，碱含量过高，导致赤泥无法用于水泥等大宗工业之中；第二，在处理低品位铝土矿时，氧化铝损失过大，总体收率较低。

为实现赤泥的高效利用以及有价元素提取，我国铝工业者进行了大量的研发工作，现有的赤泥利用技术一般可分为两种：一种是作为一般性工业原料整体利用，如张开元等人发明的“大掺量粉煤灰水泥及其制备方法，申请号：200910303512”是以煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加剂为原料，赤泥烘干后和水泥熟料混磨；将石灰和石膏破碎；将外加剂配制成溶液；取粉煤灰、赤泥、石灰、水泥熟料、石膏和外加剂混合均匀后，细磨即可得到大掺量粉煤灰水泥；以及王文举等人发明的“一种铝工业工艺废渣全部转型为生态建筑材料的工艺与方法，申请号：200710105971”利用铝工业在生产过程中所产出的固体废物赤泥(烧结法、拜耳法)、锅炉炉渣、选矿尾矿、化灰渣、煤气发生炉渣、污泥六种废渣自身的物质属性，通过干燥、粉碎、合理配比、加工成型(碾压、挤压)固结或烧结工艺，转化为新型的路用材料和建筑墙体材料。

另一种是分别提取其中的有价金属元素，其中最典型的是采用烧结法处理拜耳法赤泥，或采用酸浸的方式分别提取其中的有价金属元素。如董亚飞等发明的“一种赤泥分离铁、铝硅渣和碱金属去除的工艺方法及设备，申请号：201010561605”是将赤泥、煤粉、石灰、粘结剂按比例均匀混合，并压制成球，经烘干、转底炉熔融还原、粉碎后、磁选分离出铁和铝硅渣，分离出的铁用于电炉炼钢或铸钢等，铝硅渣用于生产高标号优质水泥或用于耐火材料的原料。

在现有的赤泥利用技术中直接利用的方式一般存在产品价格低、收益差等问题；分别提取有价元素的方法又大多存在处理过程能耗高、设备要求高等问题。因此目前工业化的赤泥仍多采用直接堆存的方式处理。虽然也有部分氧化铝生产企业对赤泥进行脱碱后用于水泥等工业的应用，但直接脱碱过程仍存在两个问题：第一，使用石灰对赤泥进行脱碱处理，仅能回收其中的氧化钠，虽然赤泥中的碱含量可以降至水泥工业的要求，但由于产品单一，总体收益较小；第二，在低浓度碱溶液或者清水中脱碱，赤泥脱碱后产生的低浓度碱溶液无法直接利用，需采用蒸发的方式浓缩，能耗较高。

发明内容

为了更好的实现赤泥中有价元素的综合利用，并降低处理过程的能耗及成本。本发明提供一种钙化-碳化法处理拜耳法赤泥过程中碱与铝的回收方法，即以拜耳法赤泥为原料，经高碱浓度下钙化脱碱转型、碳化转型、低温溶铝及沉铝等工序实现赤泥中的碱和铝的回收以及拜耳法赤泥的无害化处理。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种钙化-碳化法处理拜耳法赤泥过程中碱与铝的回收方法，按以下步骤进行：

(1)钙化脱碱转型

将拜耳法赤泥与铝酸钙或石灰和铝酸钙混合，于高浓度苛性碱溶液母液中进行钙化脱碱转型反应，反应温度为80～180℃，反应时间为10～60min，得到矿浆；矿浆经固液分离后，固相为钙化渣，赤泥中的含硅相全部转化成水化石榴石成为固相钙化渣的主要成分，液相为高浓度苛性碱溶液；钙化脱碱转型的主反应如下：

Na₂O·Al₂O₃·1.7SiO₂·nH₂O+CaO→3CaO·Al₂O₃·xSiO₂·(6-2x)H₂O+NaOH    (1)

其中，所述的铝酸钙或石灰和铝酸钙中氧化钙与赤泥的质量比为(0.2～1.0)：1；

所述的高浓度苛性碱溶液母液为氧化钠浓度100～300g/L的氢氧化钠溶液或氧化钠浓度100～300g/L的铝酸钠溶液；