改善氨堿廠白泥過濾性能研究

(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過程產生的廢渣。據統計我國氨堿法純堿產能約1 413萬t/a，則每年產約440萬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)；二是白泥場筑壩存渣，廢清液排海(排河)。國內山東海化、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越大，白泥堆存受到一定限制，且隨著老白泥場壩體的逐年加高，安全風險也越來越大。

目前國內外對白泥在脫硫劑、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、經濟性、含氯高等問題限制了其大范圍推廣應用。其中，含氯高問題是其技術攻關的第一道坎。現行的降氯技術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、經濟可行的白泥過濾改性技術是十分必要的。

1 白泥成分分析以及粒度分布

白泥具有粒度較小、粒子帶負電荷、溶膠性質等特點。我們將白泥成分進行全面檢驗分析，根據分析結果，白泥中主要成分為CaCO3、CaCl2、CaSO4等無機鹽類組成。

表1 白泥成分表

為進一步了解白泥特性，我們對白泥廢液進行粒度分布檢測，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，且其是片狀結晶，導致白泥過濾洗滌是很難的，區別于脫硫石膏、碳酸鈣、芒硝、純堿。

表2 堿渣粒度分布情況表

2 改性試驗

2.1 加鹽酸改性

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

反應機理：鹽酸與固渣組分直接接觸反應。

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

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

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+ CO2↑

試驗原料及工具：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。

試驗現象及結果：

試驗1：根據白泥濾餅重量估算出加酸量，將濃鹽酸稀釋至一定濃度，進行三組平行試驗，均顯示鹽酸過量，反應劇烈，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。對粘稠物質進行分析，測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行不通。

試驗2：試驗不同濃度鹽酸與白泥廢液反應，當使用6 mol/L濃鹽酸時，共進行了3組平行試驗，反應完全后，溶液均為黃綠色，上部懸浮著粘稠物質，過濾困難，濾液pH值均在2以下。基于上述現象，下步試驗調整加酸量，控制濾液pH值在中性左右。當將稀釋濃鹽酸至一定濃度，鹽酸與白泥廢液反應后溶液 pH值控制在7～9之間，溶液過濾明顯加快，且溶液清澈，無色；pH低于7時，溶液發黃，且放置一段時間有變混濁現象。因此，一定濃度鹽酸，在控制溶液pH值在7以上時，可以消減部分白泥中固體成分，改善白泥過濾性能。

另外我們對白泥廢液加酸前后干基固含量及固體成分變化進行了分析，具體如表3，根據分析數據，我們發現加酸后，白泥固體里的Ca(OH)2全部反應，CaCO3及Mg(OH)2反應掉一部分，根據反應后溶液中鈣鎂離子增加，可計算消耗掉的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CO2資源，試驗CO2對白泥改性效果。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，記錄時間、濾液體積，分析濾液成分。

試驗原料及工具：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。

試驗現象及結果：

共進行5組平行試驗，向未加酸白泥稠厚液中直接通入CO2氣體，結果如表4，經分析反應后物料中CaO以及Mg2+含量大幅減少，尤其是物料pH值調到9以上時，鎂離子含量最低，過濾速度最快，因此采用通CO2方法改性白泥過濾性能具有可行性，且可以和熱電煙道氣工藝進行耦合，實現資源的循環利用。

表4 通入CO2氣體后白泥稠厚液成分變化及抽濾時間

2.3 提高物料溫度

提高溫度可以提高物料的活性，因此我們試驗了溫度對白泥稠厚液過濾性能的影響。利用小型真空泵與布氏漏斗組裝成的抽濾裝置，進行兩組試驗，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 ℃時進行抽濾，分別記錄抽濾時間。

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

試驗現象及結果：

通過比較30～63 ℃范圍內定量白泥稠厚液的抽濾時間，具體如表5，發現當物料溫度高于50 ℃時，不管是加酸的還是未加酸的，其抽濾時間明顯縮短，抽濾性能提高。另外也驗證了通過加酸改性后的白泥稠厚液，在相同溫度下、相同體積下，抽濾時間比未加酸的白泥稠厚液抽濾時間要短20%左右。

表5 不同溫度白泥稠厚液過濾時間表

3 結 論

通過以上改性試驗，得出以下結論：

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

2)向未加酸稠厚液中直接通入含二氧化碳15%的氣體，調節物料pH值至9左右時，過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間加酸比未加酸的稠厚液抽濾時間要短20%左右。當物料溫度低于50 ℃以下時，不管是加酸的還是未加酸的，其抽濾時間明顯增加，抽濾性能不好。

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