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水浸法生產(chǎn)明礬廢物綜合治理及利用的工藝探討

文檔作者：胡揚五曾余瑤周藝影文檔來源：溫州市工業(yè)科學研究院溫州礬礦		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月31日
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胡揚五等水浸法生產(chǎn)明礬廢物綜合治理及利用的工藝探討 l7
水浸法生產(chǎn)明礬廢物綜合治理及利用的工藝探討
胡揚五 曾余瑤溫州市工業(yè)科學研究院溫州325000
周藝影溫州礬礦蒼南325800
摘要 為治理和綜合利用水浸法生產(chǎn)明礬過程中所產(chǎn)生的礬煙、礬漿等污染物，實驗探討采用氫氧化鉀
溶液處理的新工藝。
關鍵詞 明礬石水浸法污染綜合治理
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
一立窯焙燒一潑水風化一礬砂一加溫溶出一明礬
原液一靜置結晶一明礬?。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K O 3．0％
～ 3．5％ ，含A1203 48％ ～52％? ，如果這些資源
不能有效利用會造成大量浪費且污染環(huán)境；另外，
鉀明礬生產(chǎn)的立窯焙燒工序會產(chǎn)生大量含SO
SO 的礬煙，造成周圍大氣嚴重污染。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：
上世紀有關單位就用礬漿做聚合氯化鋁鐵 J、超
早強水泥_3 J、自應力水泥等 ；某些企業(yè)也用礬
漿做棕剛玉、硫酸鋁等¨J。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、
結晶，需耗大量熱能，若不處理排放則會造成二
次污染。
本項研究從提取礬漿中的鉀和鋁人手，同時
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，再將礬煙引人噴淋塔，利用一級
浸出液來噴淋吸收礬煙中的SO 、SO，。當浸出液
吸收一定量的礬煙后，pH值達到一定數(shù)值時將其
過濾引出，通過pH值精細調整，使Al(OH) 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)鉀肥直接服務于當?shù)氐母涕?、果樹和茶葉、蔬
菜等種植，既解決了礬漿的出路，又可獲得實惠
的鉀肥和氫氧化鋁材料，同時治理了礬煙，節(jié)能
且無二次污染。
1 實驗方法
1．1 浸出實驗
分別用5 mol／L和10 mol／L濃度的氫氧化鉀溶
液對干燥礬漿進行堿浸，氫氧化鉀用量為按礬漿
化學成份完全反應的理論用量的2倍加人。加入氫
氧化鉀后將溫度升至8O℃，保溫攪拌30rain，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，計量并送化驗檢測。結果
見表1。
表1 用氫氧化鉀浸礬漿所得鋁和鉀的提取量
氫氧化鉀濃度
(mol／L)
元素提取量(g)
Al K
注： 以上為每50g礬漿提取元素的量，浸取條件
8O ，30raino
從實驗結果可以看出，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
率達到85％左右，鋁的浸出率在75％ 左右；用
胡揚五：高級工程師，總工程師。1983年畢業(yè)于浙江工學院工業(yè)設備防腐蝕專業(yè)。主要從事化工機械和電化學及電鍍技術研究，曾
獲發(fā)明專利3項，實用新型專利9項。聯(lián)系電話：(0577)88528901，E—mail：hyw@cichuandong．corn。
l8 CHEMICAL ENGINEE剮 G DESIGN 化工設計2012，22(6)
10mol／L的氫氧化鉀濃度能夠使鉀的浸出率達到
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驗
取浸出液500ml于燒杯中，用硫酸進行中和，
將pH值精調至使氫氧化鋁充分沉淀，過濾分離后
取上清液進行鋁離子濃度分析，結果顯示鋁含量
為0．61mg／L，實驗表明，氫氧化鋁的沉淀基本不
受溶液中硫酸鉀的影響。
1．3 含鉀浸出液濃縮實驗
由于在工程實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。本實驗選取極
端情況，即在堿浸后對其進行徹底清洗，該過程
中加入了大量清洗水，使溶液鉀離子濃度降至
103mg／L，此時用電滲析器對其進行濃縮實驗。
10L試驗液循環(huán)運行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
果再進一步用四極四段分離濃縮，將能達到150g／
L的濃度，所以鉀離子濃度高低可視鉀肥使用和運
輸要求而定。
1．4 效果
從以上實驗效果可知，應用氫氧化鉀溶液能
夠有效地把礬漿中的鉀、鋁元素溶出；浸出液在
吸收礬煙時只要控制好pH值，不要過量吸收SO：、
SO ，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
用硫酸調整pH，氫氧化鋁也能沉淀完全。因此用
氫氧化鉀能達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 工程實施方案
本工藝工程實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只搪玻璃反應釜
交替操作，由于礬漿沉淀速度較快，固液分離在
反應釜內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浸反應釜內。
堿II浸采用2只搪玻璃反應釜交替操作，在實
圖1 堿浸工藝流程圖
際操作中由于氫氧化鉀入水放熱量大，溫度上升
快，若操作時機得當則加熱蒸汽用量較少。堿II
浸和洗滌操作均在反應釜內進行，采取攪拌洗滌
一沉淀一抽上清液一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浸反應釜。經(jīng)堿II浸充分堿浸洗
滌的礬漿已成為主要含SiO 的礦渣，開啟堿II浸
反應釜底閥將其排放。
由于礬煙溫度較高，腐蝕性強，噴淋塔采用
花崗巖砌成，內置陶瓷環(huán)填料，噴頭采用316L不
銹鋼制造。
噴淋后，吸收液pH值由pH計實時監(jiān)測，當
達到一定pH值時將其用過濾機泵出，過濾介質采
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，且呈膠體
狀，故分離采用專用精密過濾分離機過濾——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)的需求進行供給，短距離可以直接采用
初步濃縮后進行管道輸送，稍遠距離則通過二次
電滲析濃縮達到較高含量的含鉀溶液再進行罐車
運送。
3 結語
(1)通過熱氫氧化鉀浸泡礬漿、浸出液用于
吸收礬煙中SO：、SO，，再調節(jié)pH分離氫氧化鋁、
含鉀溶液電滲析濃縮等實驗，可以看出本工藝能
夠達到綜合回收礬漿中鉀、鋁元素，同時降低環(huán)
境污染物排放的目的。 (下轉第6頁)
6 CHE ⅡCAL ENGINEERⅡ G DESIGN
原因1056份。為進一步提升工程設計質量，針對
這些問題，組織各專業(yè)的技術專家進行認真分析
和總結：
(1)設計院在規(guī)劃項目的總加工流程時，除
關注項目的產(chǎn)品質量和經(jīng)濟效益外，還要研究總
加工流程對總體開車的可實施性和項目運行的可
靠度；同時，要根據(jù)開車過程中，裝置與裝置之
間、裝置與罐區(qū)之間的邏輯關系，設置完善的開
車流程、事故退守流程等，這是多數(shù)設計者易忽
略的問題。
(2)應進一步提高設、校、審人員的責任心，
減少因工作不細致造成的錯、漏、碰等低級錯誤。
(3)裝置大型化以后，設備的體積和管徑都
相應增大，與小裝置的設計理念有很多不同，需
要積累更多經(jīng)驗，以避免大型設備和管線與基礎、
框架之間的碰撞問題。
(4)對于引進工藝包進行工程設計的裝置或
系統(tǒng)，要全面了解和消化工藝包，并嚴格遵循工
藝包進行設計，若有疑問及時溝通交流，不能隨
意改變工藝包的要求進行設計，避免引起責任
糾紛。
(5)由于相關專業(yè)之間的分工不明確或協(xié)調、
溝通不夠引起的問題，只靠委托資料不能很好的
解決問題，需要相關專業(yè)反復溝通與協(xié)調，才能
達到較為理想的效果。
(6)在利用供貨商中間資料進行設計的情況
下，待供貨商最終資料交付后，務必對資料進行
仔細審查，避免供貨商資料更改引起的設計錯誤。
(7)在進行訂貨技術談判時，要將工作界面、
界面條件、性能要求和技術參數(shù)談清楚，如果發(fā)
現(xiàn)有漏項，及時補充談判或書面溝通。防止因技
術談判不全、不深，造成設備不能安裝或不能滿
足設計要求。
(8)安排合理的工期，有些業(yè)主可能把設計
工期壓得很緊，作為設計院應該以事實為根據(jù)，
與業(yè)主進行溝通和協(xié)調，盡可能爭取到合理的設
計工期。事實證明，過分短的設計工期，必然以
犧牲設計質量為代價。
(9)在設計過程中，設計人員必然面對很多
的規(guī)范和標準，如有國際和地方法規(guī)、行業(yè)規(guī)范
和標準、技術專利商的標準以及業(yè)主的要求。在
遵循規(guī)范和標準方面，也容易出現(xiàn)問題。因此，
首先要分清這些標準和規(guī)范高低先后，如果遇到
兩個規(guī)范沖突的地方，必須聯(lián)系權威部門進行澄
清，其次也可以參照行業(yè)內已經(jīng)成功運行的范例。
7 結語
項目2010年10月份進入試生產(chǎn)期，通過三個
月的穩(wěn)定運行，于2010年l2月份完成了除聚丙烯
外其它所有裝置的標定，各項指標均達到設計要
求。項目成功運行的經(jīng)驗值得類似企業(yè)參考借鑒。
(收稿日期2012一o9—20)
(上接第18頁)
(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，在二級浸出工序中進一步用高濃度氫
氧化鉀對剩余難溶部分進行溶出反應，使鉀、鋁
元素得到充分浸出；同時對高濃度堿浸的二級浸
出工序殘渣采取充分洗滌，達到礦物有效成分徹
底回收的目的，避免了二次污染。
(3)本工藝利用浸出液的余堿對礬漿進行噴
淋吸收，利用SO 、sO 等氣體中和浸出液，在處
理廢氣的同時節(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?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。
參考文獻
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2012—05—28．
(收稿日期2012一o7—02)

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