冶金

冶金工程师职称论文赤泥中固氟处理的研究

发布时间：2013-11-29 | 所属分类：冶金：论文发表 | 浏览： | 加入收藏

　　[摘要]本文结合烧结法赤泥成分与性质，对赤泥中可能含有的氟化物进行固氟处理的研究。通过在烧结中采用在生料中加入固氟催化剂，使其在缺氧高温下(700℃以上)在弱碱性环境下与CaO反应，生成不可溶性的CaF2，以解决氟化物的二次污染问题。

　　[关键词] 赤泥,固氟,处理

　　赤泥亦称红泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。一般含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，因而得名。赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，根据工艺不同分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥。一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生 1.0～2.0吨赤泥。

　　据统计，全世界每年产生的赤泥约6000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上，累积赤泥堆存量高达5000万吨，而其利用率仅为15%左右。由于赤泥化学结合碱难以脱除且含量大，又含有氟、铝及其他多种杂质等原因，赤泥废渣的处置和综合利用成为一个世界性的大难题。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，不但对土壤、生态造成污染破坏，而且淋溶水下渗也严重威胁地下水安全，因此对环境造成了严重的污染。

　　赤泥中主要成分以SiO2、CaO为主，占50%以上，但是其含有微量的氟化物，在其综合利用消耗赤泥时，容易造成含有发氟化物外逸，造成氟化物二次污染。本文结合烧结法赤泥成分与性质，对赤泥中可能含有的氟化物进行固氟处理的研究。

　　1 试验

　　1.1 试验原料

　　本项目研究所用的赤泥为山东某铝厂原遗留烧结法赤泥，分析其物理化学性质和矿物组成如下：

　　采样烧结法赤泥呈粉状或固结为块状，颜色为灰色或暗红色，随着含铁量不同而发生变化，为弱胶凝性的碱性钙质材料，pH值约为12，提碱后赤泥的pH值约为9～10。赤泥具有较大内表面积，比表面积为64.09～186.9m2/g，空隙比为2.53～2.95，粒径为0.075～0.005mm的粒组大约占90%左右。比重2.84～2.87g/m3，其化学成分见表1。

　　粉煤灰为原料以石灰石烧结法的熔渣赤泥进行X射线分析，结果如图1所示。

　　由图1可以看出，赤泥中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、Ca3Al2Si2O8(OH)4、γ-C2S、FeO、FeS和Na2S矿物质，还可能含有少量的CaO·Al2O3、12CaO·7Al2O3、β-C2S等物质。

　　1.2 试验原理

　　在烧结中采用在生料中加入固氟催化剂，使其在缺氧高温下(700℃以上)在弱碱性环境下与CaO反应，生成不可溶性的CaF2，以解决氟化物的污染。为了使这一环境形成，必须采用立窑烧制熟料工艺(暗火煅烧)，通过立窑煅烧对赤泥做改性处理。这是因为立窑暗火分层煅烧烧制熟料工艺易形成高温缺氧环境，在烧制熟料的生料中加入固氟催化剂(CaO)，使生产中形成的HF与CaO反应，形成不可溶性CaF2。

　　由于立窑煅烧原料制备采用成球工艺，因此直接掺入原料成球烧制熟料，球料表面的赤泥中氟化物仍然容易逸出，为了确保其在缺氧环境下煅烧，本研究采用二次成球工艺。

　　1.2 试验方法

　　立窑生产水泥熟料采用成球料球投料，料球中配有煤粉。立窑属于逐层煅烧。当料球被热气料逐步加热时，产生的CO从内向外扩散，使球内物料处于强还原气氛中(使其在高温下，且缺氧环境中)。为了实现这一目的，需采用立窑成球的方法进行处理。本项目采用二次成球法对赤泥进行前处理。具体方法为：在立窑水泥入窑前成球工段，先对赤泥混合固氟催化剂进行造球(大约成球到原标准的80%)，然后再投入不掺入赤泥的普通原料，由于这时料球已经接近形成，主要在成球盘外侧滚动，通过在成球盘边缘投料，使这一球核外包裹普通生料，然后进入立窑烧制。其目的是入窑煅烧时使之外层包裹的普通生料隔绝氧气，在赤泥周围创造还原气氛(由于回转窑采用分解燃烧法，无法实现缺氧目的)。

　　本研究对这一方法进行了工业化中试，通过对掺烧赤泥产生的废气中氟化物浓度检测，并与未掺烧赤泥时产生的废气中氟化物浓度检测，来判定固氟的效果。

　　2废气检测结果

　　2.1 配料

　　配料情况见表2。

　　入窑煅烧温度：1250℃～1350℃

　　2.2 测试及检测方法

　　由于原料中氟化物在煅烧后是以气态方式随着窑尾废气一并排出，所以主要测定窑尾废气中氟化物排放浓度来判定。采样时设备运行负荷在75%以上。

　　氟化物的测试方法采用GBT16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》。

　　氟化物的检测按照HJ/T67《大气固定污染源-氟化物的测定-离子选择电极法进行》。

　　检测指标按照GB4915-2004《水泥工业大气污染物排放标准》的规定及限值判定。

　　2.3 检测仪器及频次

　　检测仪器采用KM900烟气测试仪、3012H型自动烟尘测试仪。