水浸法生產明礬廢物綜合治理及利用的工藝探討

胡揚五 曾余瑤 溫州市工業科學研究院 溫州 325000周藝影 溫州礬礦 蒼南 325800

明礬石是溫州地區的重要礦產資源之一。目前溫州礬礦生產鉀明礬以水浸法為主，即明礬石-立窯焙燒-潑水風化-礬砂-加溫溶出-明礬原液-靜置結晶-明礬［1］。鉀明礬產能42 kt/a 左右，產生礬漿約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且污染環境;另外，鉀明礬生產的立窯焙燒工序會產生大量含SO2、SO3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［2］、超早強水泥［3］、自應力水泥等［4］;某些企業也用礬漿做棕剛玉、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生大量稀硫酸鈉溶液，要將其蒸發、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入手，同時考慮礬煙的節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。當浸出液吸收一定量的礬煙后，pH 值達到一定數值時將其過濾引出，通過pH 值精細調整，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;作為液態鉀肥直接服務于當地的柑橘、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 倍加入。加入氫氧化鉀后將溫度升至80℃，保溫攪拌30min，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

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SO2、SO3，使氫氧化鋁在吸收過程中不發生沉淀，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。

圖1 堿浸工藝流程圖

堿II 浸采用2 只搪玻璃反應釜交替操作，在實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-沉淀-抽上清液-再加水洗滌等多次循環操作方式，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域農業對鉀肥形態的需求進行供給，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SO2、SO3，再調節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，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SO2、SO3等氣體中和浸出液，在處理廢氣的同時節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，直接用于當地農業施肥，鉀資源得到了充分利用，避免了傳統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］. 化學世界，1993 (11):563 -567.

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

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

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

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