水浸法生產(chǎn)明礬廢物綜合治理及利用的工藝探討

胡揚(yáng)五 曾余瑤 溫州市工業(yè)科學(xué)研究院 溫州 325000周藝影 溫州礬礦 蒼南 325800

明礬石是溫州地區(qū)的重要礦產(chǎn)資源之一。目前溫州礬礦生產(chǎn)鉀明礬以水浸法為主，即明礬石-立窯焙燒-潑水風(fēng)化-礬砂-加溫溶出-明礬原液-靜置結(jié)晶-明礬［1］。鉀明礬產(chǎn)能42 kt/a 左右，產(chǎn)生礬漿約34.4kt/a，而礬漿中含K2O 3.0%～3.5%，含Al2O348% ～52%［1］，如果這些資源不能有效利用會造成大量浪費(fèi)且污染環(huán)境;另外，鉀明礬生產(chǎn)的立窯焙燒工序會產(chǎn)生大量含SO2、SO3的礬煙，造成周圍大氣嚴(yán)重污染。因而，回收利用礬漿、解決礬煙的環(huán)境污染意義重大。

目前對礬漿的利用研究開展得較多，比如:上世紀(jì)有關(guān)單位就用礬漿做聚合氯化鋁鐵［2］、超早強(qiáng)水泥［3］、自應(yīng)力水泥等［4］;某些企業(yè)也用礬漿做棕剛玉、硫酸鋁等［1］。這些方法在一定程度上能解決礬漿堆積的困局，但產(chǎn)品附加值低，市場接受度有限，到目前為止還不能完全解決礬漿的出路問題。

現(xiàn)有對含硫礬煙進(jìn)行脫硫處理的基本上是石灰洗滌法［5］或氫氧化鈉溶液噴淋吸收。這兩種方法都有明顯的不足:石灰洗滌法吸收礬煙會產(chǎn)生大量的硫酸鈣粘附堵塞噴淋塔和管道，取出的硫酸鈣也難以處理;用氫氧化鈉溶液噴淋吸收礬煙將產(chǎn)生大量稀硫酸鈉溶液，要將其蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶，需耗大量熱能，若不處理排放則會造成二次污染。

本項(xiàng)研究從提取礬漿中的鉀和鋁入手，同時(shí)考慮礬煙的節(jié)能無二次污染的處理方法，即選擇采用氫氧化鉀兩級逆向浸取的方法使礬漿中的鉀和鋁充分浸出，再將礬煙引入噴淋塔，利用一級浸出液來噴淋吸收礬煙中的SO2、SO3。當(dāng)浸出液吸收一定量的礬煙后，pH 值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)將其過濾引出，通過pH 值精細(xì)調(diào)整，使Al (OH)3充分沉淀分離，可得到純度較高的氫氧化鋁;將余液過濾，用電滲析法將溶液鉀濃度提高;作為液態(tài)鉀肥直接服務(wù)于當(dāng)?shù)氐母涕佟⒐麡浜筒枞~、蔬菜等種植，既解決了礬漿的出路，又可獲得實(shí)惠的鉀肥和氫氧化鋁材料，同時(shí)治理了礬煙，節(jié)能且無二次污染。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 浸出實(shí)驗(yàn)

分別用5 mol/L 和10 mol/L 濃度的氫氧化鉀溶液對干燥礬漿進(jìn)行堿浸，氫氧化鉀用量為按礬漿化學(xué)成份完全反應(yīng)的理論用量的2 倍加入。加入氫氧化鉀后將溫度升至80℃，保溫?cái)嚢?0min，沉淀，取出上清液后用清水洗滌三次，將洗滌水與浸出上清液合為一體，計(jì)量并送化驗(yàn)檢測。結(jié)果見表1。

表1 用氫氧化鉀浸礬漿所得鋁和鉀的提取量

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，堿液的濃度越高浸出的效率也隨之增加，但高濃度的堿液對運(yùn)行成本不利。用5 mol/L 的氫氧化鉀濃度能夠使鉀的浸出率達(dá)到85% 左右，鋁的浸出率在75% 左右;用10mol/L 的氫氧化鉀濃度能夠使鉀的浸出率達(dá)到90%左右，鋁的浸出率在85%左右。所以提高氫氧化鉀濃度對浸出效率有所提高。

1.2 氫氧化鋁沉淀分離實(shí)驗(yàn)

取浸出液500ml 于燒杯中，用硫酸進(jìn)行中和，將pH 值精調(diào)至使氫氧化鋁充分沉淀，過濾分離后取上清液進(jìn)行鋁離子濃度分析，結(jié)果顯示鋁含量為0.61mg/L，實(shí)驗(yàn)表明，氫氧化鋁的沉淀基本不受溶液中硫酸鉀的影響。

1.3 含鉀浸出液濃縮實(shí)驗(yàn)

由于在工程實(shí)際操作中對堿體系的洗滌和噴淋吸收礬煙等工藝都會產(chǎn)生大量的清洗水，使后工序的含鉀浸出液濃度變得很低。本實(shí)驗(yàn)選取極端情況，即在堿浸后對其進(jìn)行徹底清洗，該過程中加入了大量清洗水，使溶液鉀離子濃度降至103mg/L，此時(shí)用電滲析器對其進(jìn)行濃縮實(shí)驗(yàn)。10L 試驗(yàn)液循環(huán)運(yùn)行40min，在濃縮液中將鉀離子濃度提高至2476mg/L，脫除大量水份;濃縮液如果再進(jìn)一步用四極四段分離濃縮，將能達(dá)到150g/L 的濃度，所以鉀離子濃度高低可視鉀肥使用和運(yùn)輸要求而定。

1.4 效果

從以上實(shí)驗(yàn)效果可知，應(yīng)用氫氧化鉀溶液能夠有效地把礬漿中的鉀、鋁元素溶出;浸出液在吸收礬煙時(shí)只要控制好pH 值，不要過量吸收SO2、SO3，使氫氧化鋁在吸收過程中不發(fā)生沉淀，就能起到與氫氧化鉀溶液同樣的作用;吸收液除渣后用硫酸調(diào)整pH，氫氧化鋁也能沉淀完全。因此用氫氧化鉀能達(dá)到綜合治理浸出法生產(chǎn)鉀明礬工藝的礬煙和礬漿污染問題。

2 工程實(shí)施方案

本工藝工程實(shí)施堿浸工序分為兩段，每段分別由兩套搪瓷釜組成，流程見圖1。

本工藝中礬漿的堿I 浸采用2 只搪玻璃反應(yīng)釜交替操作，由于礬漿沉淀速度較快，固液分離在反應(yīng)釜內(nèi)以停止攪拌靜置方式讓剩余礬漿沉淀于釜底;用全聚丙烯塑料自吸泵將反應(yīng)釜上清液(浸出液)泵至噴淋塔配套儲槽，供噴淋塔噴淋用;沉于釜底的剩余礬漿用襯塑膠螺桿污泥泵送至堿II 浸反應(yīng)釜內(nèi)。

圖1 堿浸工藝流程圖

堿II 浸采用2 只搪玻璃反應(yīng)釜交替操作，在實(shí)際操作中由于氫氧化鉀入水放熱量大，溫度上升快，若操作時(shí)機(jī)得當(dāng)則加熱蒸汽用量較少。堿II浸和洗滌操作均在反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行，采取攪拌洗滌-沉淀-抽上清液-再加水洗滌等多次循環(huán)操作方式，上清液(洗滌、浸出液)也用全聚丙烯塑料自吸泵泵至堿I 浸反應(yīng)釜。經(jīng)堿II 浸充分堿浸洗滌的礬漿已成為主要含SiO2的礦渣，開啟堿II 浸反應(yīng)釜底閥將其排放。

由于礬煙溫度較高，腐蝕性強(qiáng)，噴淋塔采用花崗巖砌成，內(nèi)置陶瓷環(huán)填料，噴頭采用316L 不銹鋼制造。

噴淋后，吸收液pH 值由pH 計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)達(dá)到一定pH 值時(shí)將其用過濾機(jī)泵出，過濾介質(zhì)采用兩層式，即發(fā)泡塑料濾芯外套纖維布袋方式濾除灰渣。

氫氧化鋁沉淀工序由于顆粒較細(xì)，且呈膠體狀，故分離采用專用精密過濾分離機(jī)過濾——濾餅反吹分離法收獲氫氧化鋁。

分離氫氧化鋁后的含鉀溶液可按區(qū)域農(nóng)業(yè)對鉀肥形態(tài)的需求進(jìn)行供給，短距離可以直接采用初步濃縮后進(jìn)行管道輸送，稍遠(yuǎn)距離則通過二次電滲析濃縮達(dá)到較高含量的含鉀溶液再進(jìn)行罐車運(yùn)送。

3 結(jié)語

(1)通過熱氫氧化鉀浸泡礬漿、浸出液用于吸收礬煙中SO2、SO3，再調(diào)節(jié)pH 分離氫氧化鋁、含鉀溶液電滲析濃縮等實(shí)驗(yàn)，可以看出本工藝能夠達(dá)到綜合回收礬漿中鉀、鋁元素，同時(shí)降低環(huán)境污染物排放的目的。

(2)本工藝工程采取氫氧化鉀兩級浸出方式，一級礬漿浸出工序中保證氫氧化鉀與礬漿的充分浸潤反應(yīng)，在二級浸出工序中進(jìn)一步用高濃度氫氧化鉀對剩余難溶部分進(jìn)行溶出反應(yīng)，使鉀、鋁元素得到充分浸出;同時(shí)對高濃度堿浸的二級浸出工序殘?jiān)扇〕浞窒礈?，達(dá)到礦物有效成分徹底回收的目的，避免了二次污染。

(3)本工藝?yán)媒鲆旱挠鄩A對礬漿進(jìn)行噴淋吸收，利用SO2、SO3等氣體中和浸出液，在處理廢氣的同時(shí)節(jié)約了沉淀氫氧化鋁的硫酸用量，一舉兩得。

(4)本工藝分離氫氧化鋁后的含鉀溶液，能夠通過電滲析方法濃縮，直接用于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)施肥，鉀資源得到了充分利用，避免了傳統(tǒng)礬煙吸收方法所造成的二次污染。

1 傅培鑫. 明礬石利用物理化學(xué)原理［M］. 香港:香港出版社，2005.

2 潘萬成，夏瑞界. 利用礬漿制備聚合氯化鋁鐵［J］. 化學(xué)世界，1993 (11):563 -567.

3 魏日蘋，楊產(chǎn)炳. 礬漿制硫鋁酸鹽型超早強(qiáng)水泥［J］. 科技簡報(bào)，1981 (02):11.

4 溫州水泥制品廠，溫州地區(qū)工科所. 礬漿自應(yīng)力水泥試驗(yàn)初步小結(jié)［J］. 浙江化工，1975 (01):45 -50.

5 廖傳華，周 玲，朱廷風(fēng)，黃振仁. 煙氣脫硫工藝過程的比較與選擇［J］. 環(huán)境工程，2008 (06).

6 劉彩玲. 溫州礬礦博物館. 溫商網(wǎng)- 溫州都市報(bào)［N］.2012 -05 -28.