碱渣(白泥)处理利用途径探索
从国内外大量的研究结果及白泥自身的组成和特性来看,白泥的利用范围应当很广,特别是在建材方面的应用,但各种技术方案几乎遇到同一问题——氯的危害.
白泥中的氯主要以在水中溶解度很高的氯化物的形式存在,从理论上讲,可用水脱除,最简单的方法是洗涤过滤.国内外都研究过用淡水或海水进行洗涤脱氯,用3～5倍的水洗涤3～4次,脱氯效果可达90%以上,但由于白泥的粒度太细,沉降速度太慢,保水性很好,所以过滤速度很慢.最终产物含水量不仅关系其含氯量,而且影响下一步的贮存、运输和使用.目前,一般机械过滤设备如离心机、带式过滤机及板框压滤机等一般只能将水分脱到40%～50%,要达到30%是极其困难的.即使要达到,设备也十分昂贵,动力消耗也很大[4].
德国和前苏联用添加絮凝剂、利用一般稠厚剂和板框压滤机的办法解决白泥过滤脱水的问题.先将废液加入少量絮凝剂,在第一稠厚器中进行浓稠,然后用5倍体积的水加以搅拌后,再加入一定量的絮凝剂,放入第二稠厚器中,停留一段时间后将厚清浆导入板框压滤机进行压滤脱水,这种方法能有效地提高脱水率,将Cl-的含量降低到1.5%,但由于废液处理量很大,絮凝剂的用量也很大,因此处理费用较高.
因此,采用单一的物理或化学方法很难得到先进合理的技术经济指标,必须打破常规,不能仅把着眼点放在寻找高效的分离装置和洗涤方法上,要合理利用综合手段,从微观上进行研究,通过改变物料的结构、组成、粒径、表面特性、荷电性等来降低亲水性,提高疏水性,从而改变沉降和过滤性能,这应作为突破口.
用电化学的手段对白泥进行改性,将白泥调浆后置于一个2V左右的弱直流电场或电场加磁场的联合电磁场下,使溶液中的Ca2+和Cl-电场作用下有序分离,然后在Ca2+聚集(阴极)区加入废硫酸(如炼钢厂的废酸,其中含有FeSO4又是良好的絮凝剂,如在磁场下还可产生磁凝聚)使Ca2+和SO42-局限在一个小区间内,浓度高又具有良好的传质条件,发生反应生成CaSO4沉淀,由于CaSO4在水中的溶度积只有6.1×10-5,反应速度很快,而且不发生可逆反应.
经过处理后的白泥,其成分和物化性质都发生重大变化,预测其组分变化为:
Cl-从8%～13%降至0.5%～2%,去除率达95%以上;其中CaCl2从10%～14%降至1%,去除率达96%以上,NaCl从3%～8%降至<1%,其去除率达90%以上,CaSO4由2%～5%升至20%～30%,且Ca(OH)2也会变成CaSO4.经粗略计算,1t干白泥经处理后仍可获得1t改性白泥,其沉降速率可提高到>3möh,便于沉降分离,粒度增大,粒级分配合理,疏水性增强,过滤性能改善,用厢式或带式压滤机即可获得较高的脱水率.经过处理,由于将氯脱除,处理后的白泥其应用范围将大大拓宽,既可作为商品出售,也可进行深加工,生产市场急需产品.
在建材方面,处理后的白泥中CaCO3和CaSO4将达60%以上,尤其是CaSO4的含量达20%～30%,是很好的水泥激发剂,可用来生产矿渣水泥、粉煤灰水泥,生产中不会再遇到HCl的腐蚀问题,也可用作彩色水泥的原料,生产装饰板材或其它建筑材料;在化工和轻工上可做塑料填料,造纸填充剂等;在农牧业上可做化肥,畜禽饲料添加剂等[5].
在上述反应体系中,Ca2+生成CaSO4沉淀进入固相,Cl-以盐酸的形态留在液相中,分离出的溶液用作下一批白泥调浆,与白泥中的Ca(OH)2反应生成CaCl2,这样CaCl2可以获得逐步富集,当CaCl2含量大于100göL时,即可用来生成漂白液,同时也为提取CaCl2创造了条件,实现了钙和氯的综合利用.
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