改善氨碱厂白泥过滤性能研究

(唐山三友化工股份有限公司，河北 唐山 063305)

白泥是氨碱法制纯碱生产过程产生的废渣。据统计我国氨碱法纯碱产能约1 413万t/a，则每年产约440万t白泥(干基)。目前在欧洲，白泥处理基本分为两种方法：一是白泥混合液直接排海(排河)；二是白泥场筑坝存渣，废清液排海(排河)。国内山东海化、海天、连云港等碱厂也主要采用筑坝堆存。但随着沿海土地资源征用难度越来越大，白泥堆存受到一定限制，且随着老白泥场坝体的逐年加高，安全风险也越来越大。

目前国内外对白泥在脱硫剂、工程土、土壤改良剂、 水泥、白泥砖、胶凝材料等方面综合利用上有一定研究，但都因技术、经济性、含氯高等问题限制了其大范围推广应用。其中，含氯高问题是其技术攻关的第一道坎。现行的降氯技术主要是碱渣水洗后脱水包括压滤或带滤等，但是由于白泥特性脱水后含水率依旧较高，因此，研究技术、经济可行的白泥过滤改性技术是十分必要的。

1 白泥成分分析以及粒度分布

白泥具有粒度较小、粒子带负电荷、溶胶性质等特点。我们将白泥成分进行全面检验分析，根据分析结果，白泥中主要成分为CaCO3、CaCl2、CaSO4等无机盐类组成。

表1 白泥成分表

为进一步了解白泥特性，我们对白泥废液进行粒度分布检测，具体如表2，其中5 μm以下含量占比21%左右。白泥成分中Mg(OH)2粒径是很小的一般<5 μm，且其是片状结晶，导致白泥过滤洗涤是很难的，区别于脱硫石膏、碳酸钙、芒硝、纯碱。

表2 碱渣粒度分布情况表

2 改性试验

2.1 加盐酸改性

由于白泥主要组成为CaCO3、CaSO4、Mg(OH)2以及少量过剩灰和其他酸不溶物，因此加入盐酸可以反应掉部分碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化钙等固体成分，尤其是难过滤的氢氧化镁。本次试验共进行了两组试验：①用一定浓度盐酸与白泥压滤滤饼反应；②用一定浓度盐酸与白泥废液反应。

反应机理：盐酸与固渣组分直接接触反应。

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

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

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+ CO2↑

试验原料及工具：500 mL烧杯、37%浓盐酸、蒸馏水、50 mL量筒、滴定管、真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶。

试验现象及结果：

试验1：根据白泥滤饼重量估算出加酸量，将浓盐酸稀释至一定浓度，进行三组平行试验，均显示盐酸过量，反应剧烈，有刺鼻的臭鸡蛋味溢出，溶液为黄绿色，液体呈果冻状，抽滤困难。对粘稠物质进行分析，测出微量硫酸根及钙离子，主要为铝、铁的化合物。因此用一定浓度盐酸与白泥滤饼直接反应行不通。

试验2：试验不同浓度盐酸与白泥废液反应，当使用6 mol/L浓盐酸时，共进行了3组平行试验，反应完全后，溶液均为黄绿色，上部悬浮着粘稠物质，过滤困难，滤液pH值均在2以下。基于上述现象，下步试验调整加酸量，控制滤液pH值在中性左右。当将稀释浓盐酸至一定浓度，盐酸与白泥废液反应后溶液 pH值控制在7～9之间，溶液过滤明显加快，且溶液清澈，无色；pH低于7时，溶液发黄，且放置一段时间有变混浊现象。因此，一定浓度盐酸，在控制溶液pH值在7以上时，可以消减部分白泥中固体成分，改善白泥过滤性能。

另外我们对白泥废液加酸前后干基固含量及固体成分变化进行了分析，具体如表3，根据分析数据，我们发现加酸后，白泥固体里的Ca(OH)2全部反应，CaCO3及Mg(OH)2反应掉一部分，根据反应后溶液中钙镁离子增加，可计算消耗掉的CaCO3、Ca(OH)2及Mg(OH)2量。

表3 白泥废液加酸前后固含量及成分分析

2.2 通CO2改性

鉴于盐酸成本较高，充分利用厂区CO2资源，试验CO2对白泥改性效果。取定量白泥稠厚液，装入锥形瓶中，将气体喷头插入锥形瓶底部，出气管中插入锥形瓶液面之上，并软管连接至碱液吸收瓶。通入CO2气体20 min，然后抽滤，记录时间、滤液体积，分析滤液成分。

试验原料及工具：1 000 mL锥形瓶，自制喷头，两孔橡胶塞，CO2气瓶(15%)，碱液、真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶、滴定管。

试验现象及结果：

共进行5组平行试验，向未加酸白泥稠厚液中直接通入CO2气体，结果如表4，经分析反应后物料中CaO以及Mg2+含量大幅减少，尤其是物料pH值调到9以上时，镁离子含量最低，过滤速度最快，因此采用通CO2方法改性白泥过滤性能具有可行性，且可以和热电烟道气工艺进行耦合，实现资源的循环利用。

表4 通入CO2气体后白泥稠厚液成分变化及抽滤时间

2.3 提高物料温度

提高温度可以提高物料的活性，因此我们试验了温度对白泥稠厚液过滤性能的影响。利用小型真空泵与布氏漏斗组装成的抽滤装置，进行两组试验，一组是取定量的白泥稠厚液，一组取定量的加酸白泥稠厚液，分别在物料温度为30、40、50、60、63 ℃时进行抽滤，分别记录抽滤时间。

试验原料及工具：水浴锅、500 mL锥形瓶、真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶、滴定管。

试验现象及结果：

通过比较30～63 ℃范围内定量白泥稠厚液的抽滤时间，具体如表5，发现当物料温度高于50 ℃时，不管是加酸的还是未加酸的，其抽滤时间明显缩短，抽滤性能提高。另外也验证了通过加酸改性后的白泥稠厚液，在相同温度下、相同体积下，抽滤时间比未加酸的白泥稠厚液抽滤时间要短20%左右。

表5 不同温度白泥稠厚液过滤时间表

3 结 论

通过以上改性试验，得出以下结论：

1)用一定浓度盐酸中和白泥废液，当溶液pH值控制在7以上时，可以消减部分白泥中固体，提高过滤速度，且滤液较清澈，无色，可以改善白泥过滤性能。

2)向未加酸稠厚液中直接通入含二氧化碳15%的气体，调节物料pH值至9左右时，过滤性能得到明显改善。

3)在相同温度下，相同体积物料抽滤时间加酸比未加酸的稠厚液抽滤时间要短20%左右。当物料温度低于50 ℃以下时，不管是加酸的还是未加酸的，其抽滤时间明显增加，抽滤性能不好。

4)加酸后白泥固体里的Ca(OH)2全部反应，CaCO3及Mg(OH)2反应掉一部分，根据反应后溶液中钙镁离子增加，可计算消耗掉的CaCO3、Ca(OH)2及Mg(OH)2量。