氯化钙废液在赤泥脱碱中的应用研究

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本文对磷矿资源,特别是中低品位磷矿的研究及开发利用现状及发展趋势进行了详细的调研,发现随着磷矿中富矿资源日益减少,中低品位磷矿将逐渐成为磷肥和磷化工生产中的主要原料。针对我国含稀土的中低品位磷矿利用时,需要同时利用其磷及稀土元素这一发展趋势,采用盐酸法处理含稀土的中低品位磷矿是目前研究的热点之一。该方法对磷矿石品位要求低、制备过程简单且生产成本低,但是目前存在的最主要问题之一是该方法会产生大量的氯化钙废液。针对该类废液,通常是简单处理后作业为废水排放,带来环境污染,且造成资源的浪费。缺乏高效的的综合利用技术。赤泥是氧化铝生产过程中产生的一种固体废弃物,排放量大,主要采用堆存的方式进行处置,不仅占用大量土地而且会对环境造成严重的污染;本课题组前期对赤泥的研究表明,在综合利用领域可以大量消耗赤泥最有希望的是建材行业,但是赤泥的高碱性制约了其在该领域的利用。本文通过对氯化钙废液综合利用及赤泥脱碱方法的研究现状进行了分析,研究了盐酸法处理含稀土中低品位磷矿中氯化钙废液的特征,及赤泥脱碱机理,提出了采用氯化钙废液对赤泥进行脱碱方法,并进行了相关的实验研究。取得了以下研究成果:  一、对采用水洗、磷石膏浸出液和无水氯化钙进行赤泥脱碱方法及机理进行的研究表明以上方法均对赤泥具有脱碱效果。水洗可以脱除赤泥中的一部分碱,脱碱效果为38.79%,磷石膏浸出液脱碱率可达48.7%,无水氯化钙对赤泥有较好的脱碱效果,脱碱效果可以达到64.66%。其脱碱机理主要如下,水洗通过使赤泥中可溶性的碱溶于水中而达到脱碱的效果;磷石膏浸出液和无水氯化钙对赤泥进行脱碱的机理为硫酸钙或氯化钙与赤泥中碱发生的离子交换反应来脱除赤泥中的碱。对无水氯化钙对赤泥脱碱的实验表明,其脱碱效果受无水氯化钙加入量、反应温度、反应时间的影响。当无水氯化钙与赤泥加入量的比值为3/5、反应温度为80℃、反应时间为4h时脱碱效果最高达到69.4%。  二、对盐酸法处理含稀土中低品位磷矿过程中产生的氯化钙废液的特征进行分析的结果表明:该氯化钙废液为无色透明液体,pH值为1左右,呈强酸性,其成分复杂,除了含氯化钙之外,还有一定量的MgCI2、AICI3、FeCl3等杂质;磷酸萃取前后的氯化钙废液成分中,其主要元素种类基本相同,只是含量不同,萃磷酸前的氯化钙废液中杂质要多一些;氯化钙废液还含有多种微量元素,其中Ba、Sr、Y和Pb的含量可达到100mg/L到300mg/L。  三、对盐酸法处理含稀土中低品位磷矿产生的氯化钙废液对赤泥脱碱进行的实验室试验,主要研究了氯化钙废液的加入量、反应温度和反应时间等条件对脱碱效果的影响。实验结果表明:氯化钙废液对赤泥进行脱碱的脱碱效果受到氯化钙废液的加入量、反应温度和反应时间的影响,选择较佳的实验条件为萃磷酸后氯化钙废液和赤泥的相对量为0.8mL/g、反应温度为80℃、应时间为4小时;在较佳的实验条件下脱碱效果可以达到75%左右,脱碱后赤泥中的碱含量低于0.8%;氯化钙废液的脱碱效果要高于无水氯化钙,且脱碱机理要比无水氯化钙复杂,氯化钙废液中可能还有其他成分也可以与赤泥进行离子交换作用从而达到脱碱的效果。  盐酸法处理磷矿中的氯化钙废液对赤泥进行良好的脱碱效果且脱碱后的废液的pH为7左右,该方法利用赤泥和氯化钙废液进行耦合处理,可同时解决赤泥的高碱性,和氯化钙废液的强酸性问题,是一种应用前景良好高效环境友好型处理方法。
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