[发明专利]一种钙化‑碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法。

背景技术：

2007年以来，中国的铝工业进入高速发展阶段，2014年我国氧化铝产能达到5000万吨左右，是2007年的2倍(2004年的7倍左右)，赤泥的排放量也达到了5000万吨以上，产能和排放量均占全球的50％左右。高碱赤泥是铝工业排放量最大的固体废弃物，每生产1吨氧化铝会产生1～1.4吨的赤泥，目前我国总堆存量达到4亿吨左右。拜耳法赤泥的pH值为11.0～12.0，对生物和金属材料腐蚀强烈。赤泥附液碱度高达26348mg/L(公共水源要求30～400mg/L)，使得周围水体pH值升高，造成严重水污染。高碱赤泥的堆存不仅占用了大量的土地资源，也存在严重的安全隐患，如遇到极端天气情况(如暴雨等)，赤泥堆场下游村庄也会出现大面积绝收及人员伤亡情况。因此，如何低成本大规模消纳赤泥已成为世界性难题。

为实现赤泥的高效消纳，我国铝工业者进行了大量的研发工作，其中张开元等人发明的“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，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；夏举佩等人发明的“一种以赤泥和镁渣为主材的免烧砖，申请号：201110209460”以赤泥和镁渣为原料，经原料预处理、混合、静压成型、码坯、蒸汽养护等制砖工序，得到免烧砖；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。

上述专利技术均针对氧化铝生产过程的节能降耗以及赤泥无害化利用展开，但都没有达到彻底解决赤泥中含碱以及大幅度降低生产过程能耗的目的。

发明内容：

本发明在申请号：“201110275030.X，一种消纳拜耳法赤泥的方法”基础上，结合该过程存在的钙化及碳化过程工艺特点，采用钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥，即钙化后溶液不进行固液分离直接进行碳化处理，大幅度简化生产流程。同时，钙化反应后的体系能够促进碳化过程，提高了碳化转型效率和速率，降低赤泥处理过程的能耗和成本，实现拜耳法赤泥的低成本无害化处理。

本发明的一种钙化-碳化一步法处理拜耳法赤泥的方法具体包括以下步骤：

步骤1，钙化转型

(1)将拜耳法赤泥、石灰和转型用液，混合形成混合矿浆；其中，按质量比，石灰中的CaO：拜耳法赤泥中的SiO₂＝0.5～5；混合矿浆中液体体积与固体质量比为(2～6)：1；

(2)将混合矿浆，进行钙化转型：钙化转型温度为80～160℃、反应时间为20～120min；

所述步骤1中，钙化转型过程的主反应为：

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

步骤2，碳化转型

(1)向钙化转型后形成的矿浆体系中，添加转型用液，调整矿浆体系中液体体积与固体质量比为(3～8)：1；

(2)向调整后的矿浆体系中，通入含CO₂组分的气体，进行碳化转型，碳化转型温度为60～150℃，反应时间为30～240min；其中，CO₂气体分压为0.4～1.6MPa；

所述步骤1和步骤2中，转型用液为清水、氢氧化钠或碳酸钠溶液中的一种，所述氢氧化钠或碳酸钠溶液中Na₂O质量浓度≤40g/L；

所述步骤2中，碳化转型过程的主反应为：