改善氨堿廠白泥過(guò)濾性能研究

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

白泥是氨堿法制純堿生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)氨堿法純堿產(chǎn)能約1 413萬(wàn)t/a，則每年產(chǎn)約440萬(wàn)t白泥(干基)。目前在歐洲，白泥處理基本分為兩種方法：一是白泥混合液直接排海(排河)；二是白泥場(chǎng)筑壩存渣，廢清液排海(排河)。國(guó)內(nèi)山東海化、海天、連云港等堿廠也主要采用筑壩堆存。但隨著沿海土地資源征用難度越來(lái)越大，白泥堆存受到一定限制，且隨著老白泥場(chǎng)壩體的逐年加高，安全風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)白泥在脫硫劑、工程土、土壤改良劑、 水泥、白泥磚、膠凝材料等方面綜合利用上有一定研究，但都因技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性、含氯高等問(wèn)題限制了其大范圍推廣應(yīng)用。其中，含氯高問(wèn)題是其技術(shù)攻關(guān)的第一道坎。現(xiàn)行的降氯技術(shù)主要是堿渣水洗后脫水包括壓濾或帶濾等，但是由于白泥特性脫水后含水率依舊較高，因此，研究技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行的白泥過(guò)濾改性技術(shù)是十分必要的。

1 白泥成分分析以及粒度分布

白泥具有粒度較小、粒子帶負(fù)電荷、溶膠性質(zhì)等特點(diǎn)。我們將白泥成分進(jìn)行全面檢驗(yàn)分析，根據(jù)分析結(jié)果，白泥中主要成分為CaCO3、CaCl2、CaSO4等無(wú)機(jī)鹽類組成。

表1 白泥成分表

為進(jìn)一步了解白泥特性，我們對(duì)白泥廢液進(jìn)行粒度分布檢測(cè)，具體如表2，其中5 μm以下含量占比21%左右。白泥成分中Mg(OH)2粒徑是很小的一般<5 μm，且其是片狀結(jié)晶，導(dǎo)致白泥過(guò)濾洗滌是很難的，區(qū)別于脫硫石膏、碳酸鈣、芒硝、純堿。

表2 堿渣粒度分布情況表

2 改性試驗(yàn)

2.1 加鹽酸改性

由于白泥主要組成為CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2以及少量過(guò)剩灰和其他酸不溶物，因此加入鹽酸可以反應(yīng)掉部分碳酸鈣、氫氧化鎂、氫氧化鈣等固體成分，尤其是難過(guò)濾的氫氧化鎂。本次試驗(yàn)共進(jìn)行了兩組試驗(yàn)：①用一定濃度鹽酸與白泥壓濾濾餅反應(yīng)；②用一定濃度鹽酸與白泥廢液反應(yīng)。

反應(yīng)機(jī)理：鹽酸與固渣組分直接接觸反應(yīng)。

Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+H2O

Mg(OH)2+2HCl= MgCl2+H2O

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+ CO2↑

試驗(yàn)原料及工具：500 mL燒杯、37%濃鹽酸、蒸餾水、50 mL量筒、滴定管、真空泵、布氏漏斗、抽濾瓶。

試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果：

試驗(yàn)1：根據(jù)白泥濾餅重量估算出加酸量，將濃鹽酸稀釋至一定濃度，進(jìn)行三組平行試驗(yàn)，均顯示鹽酸過(guò)量，反應(yīng)劇烈，有刺鼻的臭雞蛋味溢出，溶液為黃綠色，液體呈果凍狀，抽濾困難。對(duì)粘稠物質(zhì)進(jìn)行分析，測(cè)出微量硫酸根及鈣離子，主要為鋁、鐵的化合物。因此用一定濃度鹽酸與白泥濾餅直接反應(yīng)行不通。

試驗(yàn)2：試驗(yàn)不同濃度鹽酸與白泥廢液反應(yīng)，當(dāng)使用6 mol/L濃鹽酸時(shí)，共進(jìn)行了3組平行試驗(yàn)，反應(yīng)完全后，溶液均為黃綠色，上部懸浮著粘稠物質(zhì)，過(guò)濾困難，濾液pH值均在2以下。基于上述現(xiàn)象，下步試驗(yàn)調(diào)整加酸量，控制濾液pH值在中性左右。當(dāng)將稀釋濃鹽酸至一定濃度，鹽酸與白泥廢液反應(yīng)后溶液 pH值控制在7～9之間，溶液過(guò)濾明顯加快，且溶液清澈，無(wú)色；pH低于7時(shí)，溶液發(fā)黃，且放置一段時(shí)間有變混濁現(xiàn)象。因此，一定濃度鹽酸，在控制溶液pH值在7以上時(shí)，可以消減部分白泥中固體成分，改善白泥過(guò)濾性能。

另外我們對(duì)白泥廢液加酸前后干基固含量及固體成分變化進(jìn)行了分析，具體如表3，根據(jù)分析數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)加酸后，白泥固體里的Ca(OH)2全部反應(yīng)，CaCO3及Mg(OH)2反應(yīng)掉一部分，根據(jù)反應(yīng)后溶液中鈣鎂離子增加，可計(jì)算消耗掉的CaCO3、Ca(OH)2及Mg(OH)2量。

表3 白泥廢液加酸前后固含量及成分分析

2.2 通CO2改性

鑒于鹽酸成本較高，充分利用廠區(qū)CO2資源，試驗(yàn)CO2對(duì)白泥改性效果。取定量白泥稠厚液，裝入錐形瓶中，將氣體噴頭插入錐形瓶底部，出氣管中插入錐形瓶液面之上，并軟管連接至堿液吸收瓶。通入CO2氣體20 min，然后抽濾，記錄時(shí)間、濾液體積，分析濾液成分。

試驗(yàn)原料及工具：1 000 mL錐形瓶，自制噴頭，兩孔橡膠塞，CO2氣瓶(15%)，堿液、真空泵、布氏漏斗、抽濾瓶、滴定管。

試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果：

共進(jìn)行5組平行試驗(yàn)，向未加酸白泥稠厚液中直接通入CO2氣體，結(jié)果如表4，經(jīng)分析反應(yīng)后物料中CaO以及Mg2+含量大幅減少，尤其是物料pH值調(diào)到9以上時(shí)，鎂離子含量最低，過(guò)濾速度最快，因此采用通CO2方法改性白泥過(guò)濾性能具有可行性，且可以和熱電煙道氣工藝進(jìn)行耦合，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

表4 通入CO2氣體后白泥稠厚液成分變化及抽濾時(shí)間

2.3 提高物料溫度

提高溫度可以提高物料的活性，因此我們?cè)囼?yàn)了溫度對(duì)白泥稠厚液過(guò)濾性能的影響。利用小型真空泵與布氏漏斗組裝成的抽濾裝置，進(jìn)行兩組試驗(yàn)，一組是取定量的白泥稠厚液，一組取定量的加酸白泥稠厚液，分別在物料溫度為30、40、50、60、63 ℃時(shí)進(jìn)行抽濾，分別記錄抽濾時(shí)間。

試驗(yàn)原料及工具：水浴鍋、500 mL錐形瓶、真空泵、布氏漏斗、抽濾瓶、滴定管。

試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果：

通過(guò)比較30～63 ℃范圍內(nèi)定量白泥稠厚液的抽濾時(shí)間，具體如表5，發(fā)現(xiàn)當(dāng)物料溫度高于50 ℃時(shí)，不管是加酸的還是未加酸的，其抽濾時(shí)間明顯縮短，抽濾性能提高。另外也驗(yàn)證了通過(guò)加酸改性后的白泥稠厚液，在相同溫度下、相同體積下，抽濾時(shí)間比未加酸的白泥稠厚液抽濾時(shí)間要短20%左右。

表5 不同溫度白泥稠厚液過(guò)濾時(shí)間表

3 結(jié) 論

通過(guò)以上改性試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

1)用一定濃度鹽酸中和白泥廢液，當(dāng)溶液pH值控制在7以上時(shí)，可以消減部分白泥中固體，提高過(guò)濾速度，且濾液較清澈，無(wú)色，可以改善白泥過(guò)濾性能。

2)向未加酸稠厚液中直接通入含二氧化碳15%的氣體，調(diào)節(jié)物料pH值至9左右時(shí)，過(guò)濾性能得到明顯改善。

3)在相同溫度下，相同體積物料抽濾時(shí)間加酸比未加酸的稠厚液抽濾時(shí)間要短20%左右。當(dāng)物料溫度低于50 ℃以下時(shí)，不管是加酸的還是未加酸的，其抽濾時(shí)間明顯增加，抽濾性能不好。

4)加酸后白泥固體里的Ca(OH)2全部反應(yīng)，CaCO3及Mg(OH)2反應(yīng)掉一部分，根據(jù)反應(yīng)后溶液中鈣鎂離子增加，可計(jì)算消耗掉的CaCO3、Ca(OH)2及Mg(OH)2量。