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水浸法生产明矾废物综合治理及利用的工艺探讨

文档作者：胡扬五曾余瑶周艺影文档来源：温州市工业科学研究院温州矾矿		点击数：	更新时间： 2022年12月31日
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胡扬五等水浸法生产明矾废物综合治理及利用的工艺探讨 l7
水浸法生产明矾废物综合治理及利用的工艺探讨
胡扬五 曾余瑶温州市工业科学研究院温州325000
周艺影温州矾矿苍南325800
摘要 为治理和综合利用水浸法生产明矾过程中所产生的矾烟、矾浆等污染物，实验探讨采用氢氧化钾
溶液处理的新工艺。
关键词 明矾石水浸法污染综合治理
明矾石是温州地区的重要矿产资源之一。目
前温州矾矿生产钾明矾以水浸法为主，即明矾石
一立窑焙烧一泼水风化一矾砂一加温溶出一明矾
原液一静置结晶一明矾⋯。钾明矾产能42 kt／a左
右，产生矾浆约34．4kt／a，而矾浆中含K O 3．0％
～ 3．5％ ，含A1203 48％ ～52％⋯ ，如果这些资源
不能有效利用会造成大量浪费且污染环境；另外，
钾明矾生产的立窑焙烧工序会产生大量含SO
SO 的矾烟，造成周围大气严重污染。因而，回收
利用矾浆、解决矾烟的环境污染意义重大。
目前对矾浆的利用研究开展得较多，比如：
上世纪有关单位就用矾浆做聚合氯化铝铁 J、超
早强水泥_3 J、自应力水泥等 ；某些企业也用矾
浆做棕刚玉、硫酸铝等¨J。这些方法在一定程度
上能解决矾浆堆积的困局，但产品附加值低，市
场接受度有限，到目前为止还不能完全解决矾浆
的出路问题。
现有对含硫矾烟进行脱硫处理的基本上是石
灰洗涤法-5 或氢氧化钠溶液喷淋吸收。这两种方
法都有明显的不足：石灰洗涤法吸收矾烟会产生
大量的硫酸钙粘附堵塞喷淋塔和管道，取出的硫
酸钙也难以处理；用氢氧化钠溶液喷淋吸收矾烟
将产生大量稀硫酸钠溶液，要将其蒸发、浓缩、
结晶，需耗大量热能，若不处理排放则会造成二
次污染。
本项研究从提取矾浆中的钾和铝人手，同时
考虑矾烟的节能无二次污染的处理方法，即选择
采用氢氧化钾两级逆向浸取的方法使矾浆中的钾
和铝充分浸出，再将矾烟引人喷淋塔，利用一级
浸出液来喷淋吸收矾烟中的SO 、SO，。当浸出液
吸收一定量的矾烟后，pH值达到一定数值时将其
过滤引出，通过pH值精细调整，使Al(OH) 充
分沉淀分离，可得到纯度较高的氢氧化铝；将余
液过滤，用电渗析法将溶液钾浓度提高；作为液
态钾肥直接服务于当地的柑橘、果树和茶叶、蔬
菜等种植，既解决了矾浆的出路，又可获得实惠
的钾肥和氢氧化铝材料，同时治理了矾烟，节能
且无二次污染。
1 实验方法
1．1 浸出实验
分别用5 mol／L和10 mol／L浓度的氢氧化钾溶
液对干燥矾浆进行碱浸，氢氧化钾用量为按矾浆
化学成份完全反应的理论用量的2倍加人。加入氢
氧化钾后将温度升至8O℃，保温搅拌30rain，沉
淀，取出上清液后用清水洗涤三次，将洗涤水与
浸出上清液合为一体，计量并送化验检测。结果
见表1。
表1 用氢氧化钾浸矾浆所得铝和钾的提取量
氢氧化钾浓度
(mol／L)
元素提取量(g)
Al K
注： 以上为每50g矾浆提取元素的量，浸取条件
8O ，30raino
从实验结果可以看出，碱液的浓度越高浸出
的效率也随之增加，但高浓度的碱液对运行成本
不利。用5 mol／L的氢氧化钾浓度能够使钾的浸出
率达到85％左右，铝的浸出率在75％ 左右；用
胡扬五：高级工程师，总工程师。1983年毕业于浙江工学院工业设备防腐蚀专业。主要从事化工机械和电化学及电镀技术研究，曾
获发明专利3项，实用新型专利9项。联系电话：(0577)88528901，E—mail：hyw@cichuandong．corn。
l8 CHEMICAL ENGINEE剐 G DESIGN 化工设计2012，22(6)
10mol／L的氢氧化钾浓度能够使钾的浸出率达到
90％左右，铝的浸出率在85％左右。所以提高氢
氧化钾浓度对浸出效率有所提高。
1．2 氢氧化铝沉淀分离实验
取浸出液500ml于烧杯中，用硫酸进行中和，
将pH值精调至使氢氧化铝充分沉淀，过滤分离后
取上清液进行铝离子浓度分析，结果显示铝含量
为0．61mg／L，实验表明，氢氧化铝的沉淀基本不
受溶液中硫酸钾的影响。
1．3 含钾浸出液浓缩实验
由于在工程实际操作中对碱体系的洗涤和喷
淋吸收矾烟等工艺都会产生大量的清洗水，使后
工序的含钾浸出液浓度变得很低。本实验选取极
端情况，即在碱浸后对其进行彻底清洗，该过程
中加入了大量清洗水，使溶液钾离子浓度降至
103mg／L，此时用电渗析器对其进行浓缩实验。
10L试验液循环运行40min，在浓缩液中将钾离子
浓度提高至2476mg／L，脱除大量水份；浓缩液如
果再进一步用四极四段分离浓缩，将能达到150g／
L的浓度，所以钾离子浓度高低可视钾肥使用和运
输要求而定。
1．4 效果
从以上实验效果可知，应用氢氧化钾溶液能
够有效地把矾浆中的钾、铝元素溶出；浸出液在
吸收矾烟时只要控制好pH值，不要过量吸收SO：、
SO ，使氢氧化铝在吸收过程中不发生沉淀，就能
起到与氢氧化钾溶液同样的作用；吸收液除渣后
用硫酸调整pH，氢氧化铝也能沉淀完全。因此用
氢氧化钾能达到综合治理浸出法生产钾明矾工艺
的矾烟和矾浆污染问题。
2 工程实施方案
本工艺工程实施碱浸工序分为两段，每段分
别由两套搪瓷釜组成，流程见图1。
本工艺中矾浆的碱I浸采用2只搪玻璃反应釜
交替操作，由于矾浆沉淀速度较快，固液分离在
反应釜内以停止搅拌静置方式让剩余矾浆沉淀于
釜底；用全聚丙烯塑料自吸泵将反应釜上清液
(浸出液)泵至喷淋塔配套储槽，供喷淋塔喷淋
用；沉于釜底的剩余矾浆用衬塑胶螺杆污泥泵送
至碱II浸反应釜内。
碱II浸采用2只搪玻璃反应釜交替操作，在实
图1 碱浸工艺流程图
际操作中由于氢氧化钾入水放热量大，温度上升
快，若操作时机得当则加热蒸汽用量较少。碱II
浸和洗涤操作均在反应釜内进行，采取搅拌洗涤
一沉淀一抽上清液一再加水洗涤等多次循环操作
方式，上清液(洗涤、浸出液)也用全聚丙烯塑
料自吸泵泵至碱I浸反应釜。经碱II浸充分碱浸洗
涤的矾浆已成为主要含SiO 的矿渣，开启碱II浸
反应釜底阀将其排放。
由于矾烟温度较高，腐蚀性强，喷淋塔采用
花岗岩砌成，内置陶瓷环填料，喷头采用316L不
锈钢制造。
喷淋后，吸收液pH值由pH计实时监测，当
达到一定pH值时将其用过滤机泵出，过滤介质采
用两层式，即发泡塑料滤芯外套纤维布袋方式滤
除灰渣。
氢氧化铝沉淀工序由于颗粒较细，且呈胶体
状，故分离采用专用精密过滤分离机过滤——滤
饼反吹分离法收获氢氧化铝。
分离氢氧化铝后的含钾溶液可按区域农业对
钾肥形态的需求进行供给，短距离可以直接采用
初步浓缩后进行管道输送，稍远距离则通过二次
电渗析浓缩达到较高含量的含钾溶液再进行罐车
运送。
3 结语
(1)通过热氢氧化钾浸泡矾浆、浸出液用于
吸收矾烟中SO：、SO，，再调节pH分离氢氧化铝、
含钾溶液电渗析浓缩等实验，可以看出本工艺能
够达到综合回收矾浆中钾、铝元素，同时降低环
境污染物排放的目的。 (下转第6页)
6 CHE ⅡCAL ENGINEERⅡ G DESIGN
原因1056份。为进一步提升工程设计质量，针对
这些问题，组织各专业的技术专家进行认真分析
和总结：
(1)设计院在规划项目的总加工流程时，除
关注项目的产品质量和经济效益外，还要研究总
加工流程对总体开车的可实施性和项目运行的可
靠度；同时，要根据开车过程中，装置与装置之
间、装置与罐区之间的逻辑关系，设置完善的开
车流程、事故退守流程等，这是多数设计者易忽
略的问题。
(2)应进一步提高设、校、审人员的责任心，
减少因工作不细致造成的错、漏、碰等低级错误。
(3)装置大型化以后，设备的体积和管径都
相应增大，与小装置的设计理念有很多不同，需
要积累更多经验，以避免大型设备和管线与基础、
框架之间的碰撞问题。
(4)对于引进工艺包进行工程设计的装置或
系统，要全面了解和消化工艺包，并严格遵循工
艺包进行设计，若有疑问及时沟通交流，不能随
意改变工艺包的要求进行设计，避免引起责任
纠纷。
(5)由于相关专业之间的分工不明确或协调、
沟通不够引起的问题，只靠委托资料不能很好的
解决问题，需要相关专业反复沟通与协调，才能
达到较为理想的效果。
(6)在利用供货商中间资料进行设计的情况
下，待供货商最终资料交付后，务必对资料进行
仔细审查，避免供货商资料更改引起的设计错误。
(7)在进行订货技术谈判时，要将工作界面、
界面条件、性能要求和技术参数谈清楚，如果发
现有漏项，及时补充谈判或书面沟通。防止因技
术谈判不全、不深，造成设备不能安装或不能满
足设计要求。
(8)安排合理的工期，有些业主可能把设计
工期压得很紧，作为设计院应该以事实为根据，
与业主进行沟通和协调，尽可能争取到合理的设
计工期。事实证明，过分短的设计工期，必然以
牺牲设计质量为代价。
(9)在设计过程中，设计人员必然面对很多
的规范和标准，如有国际和地方法规、行业规范
和标准、技术专利商的标准以及业主的要求。在
遵循规范和标准方面，也容易出现问题。因此，
首先要分清这些标准和规范高低先后，如果遇到
两个规范冲突的地方，必须联系权威部门进行澄
清，其次也可以参照行业内已经成功运行的范例。
7 结语
项目2010年10月份进入试生产期，通过三个
月的稳定运行，于2010年l2月份完成了除聚丙烯
外其它所有装置的标定，各项指标均达到设计要
求。项目成功运行的经验值得类似企业参考借鉴。
(收稿日期2012一o9—20)
(上接第18页)
(2)本工艺工程采取氢氧化钾两级浸出方式，
一级矾浆浸出工序中保证氢氧化钾与矾浆的充分
浸润反应，在二级浸出工序中进一步用高浓度氢
氧化钾对剩余难溶部分进行溶出反应，使钾、铝
元素得到充分浸出；同时对高浓度碱浸的二级浸
出工序残渣采取充分洗涤，达到矿物有效成分彻
底回收的目的，避免了二次污染。
(3)本工艺利用浸出液的余碱对矾浆进行喷
淋吸收，利用SO 、sO 等气体中和浸出液，在处
理废气的同时节约了沉淀氢氧化铝的硫酸用量。
一举两得。
(4)本工艺分离氢氧化铝后的含钾溶液，能
够通过电渗析方法浓缩，直接用于当地农业施肥，
钾资源得到了充分利用，避免了传统矾烟吸收方
法所造成的二次污染。
参考文献
l 傅培鑫．明矾石利用物理化学原理[M]．香港：香港出版
社，2005．
2 潘万成，夏瑞界．利用矾浆制备聚合氯化铝铁[J]．化学
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3 魏日苹，杨产炳．矾浆制硫铝酸盐型超早强水泥[J]．科
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6 刘彩玲． 温州矾矿博物馆．温商网一温州都市报[N]．
2012—05—28．
(收稿日期2012一o7—02)

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