专利名称：具有高pH和/或碱度的废料的处理方法
技术领域：
本发明涉及具有高或低pH和/或碱度的材料的处理。更具体来说，本发明涉及源自于铝土矿精炼厂的残渣、副产物和废料的处理方法。
背景技术：
采用拜耳法生产氧化铝会产生通常被称作“红泥”的工艺残渣。一般地，每生产一吨氧化铝则产生一到两吨“红泥”(基于干重)。这种红泥或者必须被无限期地贮存，或者必须以环境友好的方式进行处理。
粗红泥是高苛性的，其pH一般大于13.0，并且通常约为13.5。因此存在与其贮存有关的很多问题，包括1.高苛性水和沉降物会给与之接触的任何野生生物或人带来严重威胁，因为它会造成严重的苛性烧伤或者死亡。
2.贮存成本高且贮存用土地无法用于其它目的。
3.难以防止苛性沥出物从贮存区域渗透到当地的地下水系统中，并且这会在贮存区域中的红泥的沉积停止很长时间后都在持续。
4.苛性红泥贮存设备的管理和维护成本高。
5.与公共责任险以及环境保护和补偿保证金有关的成本高，并且在未来还可能进一步提高。
降低这些成本和责任的最好办法就是不必贮存红泥。由于有大量的红泥产生，因此希望它可被用在某些应用中。但是，无论是运输还是再利用通常都需要至少部分中和该苛性物。自然老化过程最终会中和贮存的红泥，但实现充分的中和需要数十年时间，在此期间，上面列出的所有问题都会出现。因此希望以一种不再使红泥具有高苛性的方式来中和红泥。
在过去已经提出了几种用于达到此目的的可选方法，包括加酸(通常是废硫酸或在例如煤燃烧期间产生的成酸气体的洗涤过程中产生的酸性水)以将pH降至低于10.5，以便于更安全地贮存，或者添加大量的海水(其可通过蒸发浓缩)，或者添加石膏或钙和镁的氯化物(或者其它可溶性钙和镁盐)以将碱性(basicity)(主要是氢氧化钠)和其它可溶性碱度(alkalinity)(主要是碳酸钠)转化为低溶解度化合物。其它可选方案包括使用苛性红泥中和在煤燃烧过程中产生的成酸气体，或者用大量的二氧化碳处理湿红泥。另外还有其它选择，但它们均没有被广泛采用。
所有这些方案都能以不同的效率和不同的成本来中和苛性红泥，进而全部或部分地解决在上面1-5中列出的一些或全部问题。
因此，对于能够解决上述所有问题的任何可能的大量生产的可选方案来说，应当利用红泥中和酸并且俘获和结合大范围痕量金属和其它物质的能力。这种要求限制了可选中和方案的选择。现有方法的一些缺点如下。
如果有足够大量的废酸可以获得并且需要处理，那么用酸进行中和是相当便宜的。这尤其适用于污染的废酸是在煤燃烧产生成酸气体(主要是二氧化硫)的洗涤期间产生的情况。但是，难以获得足够量的废酸来中和在铝土矿精炼厂产生的所有红泥，而且所中和的红泥在处理酸性和/或金属污染的水或硫化废石、尾渣或土壤时几乎没有利用价值。因此，除非确定这种材料可有其它用途，否则以这种方式中和的红泥必须被无限期地贮存，并且贮存区域最终必须被恢复。
如果铝土矿精炼厂靠近海岸的话，使用大量海水进行中和是非常有效的。使用海水有助于节约淡水，并且所产生的被海水中和的红泥适用于处理酸性和/或金属污染的水或硫化废石、尾渣或土壤等。但是，如果要求排放水满足常规环境标准，则需要大量的海水(通常是待中和粗红泥体积的12到18倍)。另外，在中和过程中使用的消耗了钙和镁的海水在被返回到大海中之前需要大的池子来使固体沉降。这些限制和其它一些水质量管理问题大大增加了通过大量需要被移动的流体和所需的大池尺寸而进行的中和过程的成本。
在不靠近海岸的精炼厂可添加某些钙和镁盐(通常是氯化物盐)。这将产生适用于处理酸性和/或金属污染的水或硫化废石、尾渣或土壤等的中和红泥。所需的沉降池较小，但需要处理废盐水(一般通过蒸发)。需要大量的可溶性钙和镁盐。无论是可溶性钙和镁盐的成本还是管理盐水的成本都很高。
使用蒸发浓缩的海水来中和红泥的技术把海水的低成本与添加钙和镁盐所需的流体量的减少结合到了一起。这项技术还可使用可得到的低成本的富含钙和镁的含盐地下水以及盐湖盐水。对高成本的外加可溶性钙和镁盐的需求被尽可能地减少，而且该处理产生适用于处理酸性和/或金属污染的水、硫化废石、尾渣或土壤等的中和材料。但需要建造一个或多个大的蒸发池，并且消耗了钙和镁的废盐水的管理成本也很高。
利用苛性红泥中和煤燃烧过程中产生的成酸气体的技术在一些精炼厂中被采用，但其主要目的是净化气体排放物，而不是中和红泥。中和红泥是附带的益处，但其仅仅用于在每个精炼厂产生的一部分红泥。而且，所产生的中和红泥在处理酸性和/或金属污染的水或硫化废石、尾渣或土壤时几乎没有再利用价值，除非确定这种材料可以有其它一些用途，否则它必须被无限期地贮存，并且贮存区域最终必须被恢复。
使用石膏或二氧化碳或者类似方案进行的中和可产生可安全贮存的红泥。但是，这些方法的成本高并且所产生的中和红泥在处理酸性和/或金属污染的水或硫化废石、尾渣或土壤时再利用价值不大，除非确定这种材料可以有其它一些用途，否则它必须被无限期地贮存，并且贮存区域最终必须被恢复。
发明目的本发明的目的是克服或基本上改善至少一种上述缺点。
发明概述根据本发明的第一方面，提供一种废料处理方法，该废料包含具有高碱度和/或pH的第一物种(species)，该方法包括以下步骤-(a)将废料与数量足以使至少一些所述第一物种被钝化的第一处理材料接触，从而得到处理过的废料；并且-(b)之后将处理过的废料与具有低pH的足量第二处理材料接触，以使废料的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
根据本发明的第二方面，提供一种废料处理方法，该废料包含具有高碱度和/或pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将废料与数量足以使至少一些所述第一物种被钝化的第一处理材料接触，从而得到处理过的废料；并且-(b)之后将与废料分离的液相与具有低pH的足量第二处理材料接触，以使该液相的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
正如在本说明书中所述的，单词“钝化”和“钝化的”包括(但不限于)将液相、固相、物种、废料、处理过的废料或者它们的任意组合或一部分中和或转化为具有较低pH和/或碱度的至少一种物种，和/或转化为具有较低pH和/或碱度的一种或多种其它物种；和/或沉淀一种或多种基本上不溶的物种。
废料可以是红泥或源自红泥或与红泥分离的液体或沉清液体。
根据本发明的第三方面，提供一种红泥处理方法，该方法包括以下步骤-(a)将红泥与包含水溶性碱土金属盐的第一处理材料接触，以降低红泥的pH和碱度中的至少一个；并且-(b)将红泥与pH低于7的第二处理材料接触，以将红泥的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
在根据本发明此方面的方法的步骤(b)中，pH可被降低至小于大约9.5，优选小于大约9.0。
在根据本发明此方面的方法的步骤(b)中，以碳酸钙当量碱度表示的总碱度可优选地降低至小于200mg/L。
根据本发明的第四方面，提供一种红泥处理方法，该方法包括以下步骤-(a)将红泥与包括含有水溶性碱土金属盐的溶液的第一处理材料接触，以降低红泥的pH和碱度中的至少一个，并形成由此产生的溶液；-(b)把由此产生的溶液与红泥分离；并且-(c)将由此产生的溶液与pH低于7的第二处理材料接触，以使该溶液的pH降低至环境可以接受的水平。
在根据本发明此方面的方法的步骤(c)中，pH可被降低至小于大约9.5，优选小于大约9.0。
在根据本发明此方面的方法的步骤(c)中，以碳酸钙当量表示的所述溶液的总碱度可优选地降低至小于200mg/L。
根据本发明的第五方面，提供一种红泥液体组分的处理方法，该液体组分包括具有高pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将所述液体组分与红泥分离；-(b)将所述液体组分与数量足以使至少一部分所述第一物种被钝化并且一部分被钝化的第一物种被沉淀的第一处理材料接触，从而得到处理过的液体组分；以及-(c)将所述沉淀钝化的第一物种与该处理过的液体组分分离，从而得到分离的沉淀物和处理并分离的液体组分；并且-(d)将处理并分离的液体组分与pH小于7的第二处理材料接触，以使该溶液的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
在根据本发明此方面的方法的步骤(d)中，pH可被降低至小于大约9.5，优选小于大约9.0。
在根据本发明此方面的方法的步骤(d)中，以碳酸钙当量表示的所述溶液的总碱度可优选地降低至小于200mg/L。
根据本发明的第六方面，提供一种红泥液体组分的处理方法，该液体组分包括具有高pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将所述液体组分与红泥分离；-(b)将所述液体组分与数量足以使所述液体组分的pH降低并形成沉淀物的包含水溶性碱土金属盐的第一处理材料接触，从而获得处理过的液体组分；以及-(c)将所述沉淀物与所述处理过的液体组分分离，从而获得分离的沉淀物和处理并分离的液体组分；并且-(d)将该处理并分离的液体组分与pH小于7的第二处理材料接触，以使该溶液的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
在根据本发明此方面的方法的步骤(d)中，pH可被降低至小于大约9.5，优选小于大约9.0。
在根据本发明此方面的方法的步骤(d)中，以碳酸钙当量表示的所述溶液的总碱度可优选地降低至小于200mg/L。
该碱土金属通常是钙或镁或二者的混合物，或者更优选地是镁。
在根据本发明第一、第二、第三和第四方面的方法的步骤(a)中以及根据本发明第五和第六方面的方法的步骤(b)中，废料、红泥或液体组分的pH根据具体情况可被降低至大约8.5-10，也可大约8.5-9.5，也可大约9-10，也可大约9.5-10，优选大约9-9.5。
在根据本发明第一、第二和第三方面的方法的步骤(b)中，根据本发明第三方面的方法的步骤(c)中以及根据本发明第五和第六方面的方法的步骤(d)中，处理过的废料、液相、红泥、所产生的溶液或处理并分离的液体组分的pH根据具体情况可被降低至大约5.5-9.0，也可大约6-8，也可大约6.5-8，也可大约6.0-8.5，也可大约6.5-8.5，也可大约9-9.5，优选大约7.0-8.5，理想地是小于大约9.0。
在根据本发明第一、第二、第三和第四方面的方法的步骤(a)中以及根据本发明第五和第六方面的方法的步骤(b)中，以碳酸钙碱度表示的废料、红泥或液体组分的总碱度根据具体情况可被降低至大约200mg/L-1000mg/L，也可大约200mg/L-900mg/L，也可大约200mg/L-800mg/L，也可大约200mg/L-700mg/L，也可大约200mg/L-600mg/L，也可大约200mg/L-500mg/L，也可大约200mg/L-400mg/L，也可大约200mg/L-300mg/L，也可大约300mg/L-1000mg/L，也可大约400mg/L-1000mg/L，也可大约500mg/L-1000mg/L，也可大约600mg/L-1000mg/L，也可大约700mg/L-1000mg/L，也可大约800mg/L-1000mg/L，也可大约900mg/L-1000mg/L，优选小于300mg/L。
在根据本发明第一、第二、第三方面的方法的步骤(b)中，根据本发明第三方面的方法的步骤(c)以及根据本发明第五和第六方面的方法的步骤(d)中，以碳酸钙碱度表示的处理过的废料、液相、红泥、所产生的溶液或处理并分离的液体组分的总碱度根据具体情况可被降低至大约200mg/L-500mg/L，也可大约200mg/L-400mg/L，也可大约200mg/L-300mg/L，也可大约200mg/L-250mg/L，优选小于200mg/L。
第一处理材料可选自海水、蒸发浓缩的海水、水溶性钙盐、水溶性镁盐、氯化钙、氯化镁、硫酸镁、含水溶性钙盐的盐水、含水溶性镁盐的盐水、或者它们的任意组合。含水溶性盐(最重要的是钙和镁盐)的盐水可以是天然盐水，或者它们可源于人工形成(例如来自反渗透脱盐设备的废水流)。第一处理材料因而可以是来自反渗透脱盐设备的富含钙和/或镁的废水。为了用作第一处理材料而富含的钙和/或镁所需的钙和镁的浓度类似于在上述浓缩海水中的浓度。
第一处理材料的pH并不是特别重要，但它通常为大约6.0-10.0。第一处理材料的浓度也不是关键因素，但其浓度优选大于钙和镁的基本量；钙的基本量是大约150mg/L，而镁的基本量是大约250mg/L。但是希望在第一处理材料中钙的量是大约200-300mg/L，而镁的量是大约300-750mg/L。为了有效地进行处理，优选使用在上述数值范围的较高区域中并且甚至是超出上述数值范围的上限的浓度，所使用的浓度取决于可在溶液中形成的各种化合物的溶解度以及该溶液的温度。
第二处理材料可选自废酸、从废气洗涤器获得的酸性水、从黄铁矿材料、煤或油的焙烧或燃烧获得的气体、其它任何酸、或者它们的任意组合。
第二处理材料可以是包含酸或废酸的溶液，因而其pH应当优选地低于大约6.0。可以理解，第二处理材料中的pH越低(因而氢离子或酸的浓度越高)越好，因为pH越低所需的第二处理材料越少。理想地，第二处理材料的pH应当小于大约2.0，优选小于1.0。(当然，pH随着氢离子的浓度而变化，因而对于浓度的单独要求是不需要的)在根据本发明第二方面的方法的步骤(a)中，在与第一处理材料接触之后，液相的pH可以为9.0-9.5。可选地或另外地，它可具有300mg/L或更低的碱度。为了优化红泥的处理，固液相优选地被充分混合，并保持接触至少5分钟。在根据本发明此方面的方法的步骤(a)中的处理之后，可通过沉降固相并在随后将液相排出而将固液相分离。
在根据本发明第二方面的方法的步骤(b)中，至少一部分第二处理材料可被添加到该液相中，直至其pH小于9.0且碱度小于200mg/L。可将该液相排入大海。可选地，该液相或者其一部分可被传送到蒸发池中以用于盐的回收。
在根据本发明此方面的方法的进一步的步骤中，固相可被完全或部分地干燥。可选地，它可根据需要作为淤浆被保留，以便再利用或贮存。可根据任何特定的再利用的用途，通过用淡水洗涤或通过加入化学添加剂来进一步处理或改进该固体材料。
通过将红泥与第一处理材料分离而获得的固相可在随后的步骤中被完全中和，以得到7.0-8.5的反应pH，或者得到远低于针对安全运输和再利用而制定的最严格标准的pH(即，根据巴塞尔公约，反应pH应当小于11.5，优选小于10.5)。有利地，它被中和至小于10.5的反应pH。环境标准通常对碱度没有限制。固体材料的TCLP(毒性特征渗出过程)值通常要足够地低，以致于它可被归类为环境安全的惰性固体。这种材料可采用最有利的形式(作为淤浆或干燥或部分干燥的固体)运输以便再利用。
该固体材料可包括下述矿物(按照丰度降低的顺序)赤铁矿[Fe2O3]、勃姆石[γ-AlOOH]、三水铝石[Al(OH)3]、方钠石[Na4Al3Si3O12Cl]、石英[SiO2]和钙霞石[(Na，Ca，K)8(Al，Si)12O24(SO4，CO3).3H2O]，以及其它矿物(按照字母顺序)，通常包括但不限于文石[CaCO3]、水镁石[Mg(OH)2]、方解石[CaCO3]、水铝石[β-Al2O3.H2O]、水铁矿[Fe5O7(OH).4H2O]、石膏[CaSO4.2H2O]、水铝钙石[Ca2Al(OH)7.3H2O]、水滑石[Mg6Al2CO3(OH)16.4H2O]、钛氧化物、纤铁矿[γ-FeOOH]、磁赤铁矿[γ-Fe2O3]、p-铝水钙石(p-aluminohydrocalcite)[CaAl2(CO3)2(OH)4.3H2O]和氢氧钙石[Ca(OH)2]。
如果需要，可通过用淡水洗涤除去可溶性盐来对该固体材料作进一步处理。有利地，可将该洗涤水添加到在用第二处理材料处理的过程中或之后产生的处理水中。可选地，该洗涤水和任选的任何特定的再利用用途所需的任何外加化学添加剂可在中和之后和再利用之前应用于固相。
本发明人发现，当把海水或浓缩海水、或者其它富含钙和镁的盐水、或者可溶性钙和镁盐(通常是氯化物盐)的混合物、或者它们的任意组合添加到作为拜耳法生产氧化铝的副产物的苛性红泥中时，或者添加到可与苛性红泥分离的液体中时，添加物的中和效果最初很大。但该效果随着接近完全中和而快速降低。
完全中和被定义为，可与处理过的红泥或处理溶液混合物分离的液体具有小于9.0的pH和小于200mg/L的总碱度(以碳酸钙当量碱度表示)。这种水可被安全地排放到海洋环境中。对于每一体积红泥废料来说，单独使用海水进行完全中和通常需要添加12-18体积的世界平均海水(412mg钙/L和1,290mg镁/升)。所需海水的精确量主要取决于原始红泥中固体的比例及其初始碱度。
应当理解，在整个这篇文件中，碱度是指碳酸钙当量碱度。
作为海水的替代物，可使用水溶性钙和/或镁盐，其用量类似于从海水中获得的钙和镁盐的量。
本发明人发现，如果未处理的红泥具有大约13.5的pH和大约20,000mg/L的碱度，则添加大约5体积的世界平均海水将把pH降低到9.0-9.5并将碱度降低到大约300mg/L。
但如果将pH降低到小于9.0且碱度小于200mg/L以满足排入到海洋环境中的水的要求，则需要再添加8-12体积的世界平均海水。如果红泥的原始碱度高于或低于大约20,000mg/L的值，则进行部分或完全处理所需的海水量需要按照高出或低于20,000mg/L的碱度的比例来增加或降低。因此，使用进行完全处理所需水量的三分之一就可以完成大于95％的处理，从而大大降低了水处理和贮存的成本。
在液相符合排放到海洋环境中的要求之前，还需对其作进一步处理。举例来说，如果该液相具有9.0-9.5的pH和大约300mg/L的碱度，则需要将pH降低到小于9.0，并将碱度降低到200mg/L或更小。一旦液相与固相分离，则可通过添加少量的酸(理想地是废酸或来自排气烟道中的洗涤器的酸性水)来降低液相的pH和碱度。但所需的酸量并不象中和原始红泥所需的酸量那么大；例如，将1kL原始红泥(具有大约20,000mg/L的碱度)中和至达到排放标准需要大约400摩尔的酸，而中和1kL上述用海水处理后的分离液体只需要大约2摩尔的酸(即1L浓硫酸的当量可将18kL海水处理后剩余的液体中和至达到排放标准)。因此，显而易见，把少量酸添加到原始红泥中对于中和红泥所起的作用微不足道，而把相同量的酸添加到用海水或其它富含钙和镁的盐水处理红泥并分离固相后剩余的液体中将会对最终的水质量产生很大的影响。
当把海水或蒸发浓缩的海水、或其它富含钙和镁的盐水、或可溶性钙和镁盐(通常是氯化物盐)的混合物、或者它们的任意组合添加到红泥中时，可以实现部分中和。通过添加这些处理材料中的任意一种或者它们的组合，可溶性氢氧化物和碳酸盐可被转化为低溶解度的无机沉淀物。其结果是红泥的碱性被降低，同时大部分可溶性碱度被转化为固体碱度。更具体来说，红泥废料中的氢氧离子通过与海水或蒸发浓缩的海水、或其它富含钙和镁的盐水、或可溶性钙和镁盐(通常是氯化物盐)的混合物、或者它们的任意组合中的镁反应形成水镁石而被大部分地中和，但有一些也在水滑石的沉淀中被消耗，或者在文石或方解石或其它钙矿石中通过镁同晶取代钙而被消耗。在添加海水或蒸发浓缩的海水、或其它富含钙和镁的盐水、或可溶性钙和镁盐(通常是氯化物盐)的混合物、或者它们的任意组合之前，大部分勃姆石和三水铝石存在于红泥废料中，但晶体生长由于混合物pH的下降而继续，并且铝变得不易溶。同时，海水或蒸发浓缩的海水、或其它富含钙和镁的盐水、或可溶性钙和镁盐(通常是氯化物盐)的混合物、或者它们的任意组合中的钙通过形成方解石和/或文石和其它矿物(如草酸钙石、钙霞石、萤石、氢氧钙石、水铝钙石和p-铝水钙石)而降低了红泥废料中的碳酸盐碱度。一些碳酸盐也在钙霞石、p-铝水钙石、水滑石沉淀中被消耗掉。
钙和镁的“基本量”以及“处理量”都是必需的。镁和钙的处理量参与上述反应，并且是高于基本量的量，它表示的是这样的浓度，当低于该浓度时，将会进行最小处理或者处理将进行得非常缓慢。基本量也表示一旦大部分的中和(即至少50％)完成后可在溶液中存在的最小量；即并不是所有的钙和镁都参加反应。钙的基本量是大约150mg/L(约4毫摩尔/升)，而镁的基本量是大约250mg/L(约10毫摩尔/升)，并且除非海水或蒸发浓缩的海水、或其它富含钙和镁的盐水、或可溶性钙和镁盐(通常是氯化物盐)的混合物、或者它们的任意组合中的钙和镁浓度超出这些量，否则中和反应即使有也进行得异常缓慢。
而且已经发现，对于有效的中和来说，在第一处理材料中存在的钙和镁的量应当不小于钙的大约300mg/L(约7.5毫摩尔/升)和镁的大约750mg/L(大约30毫摩尔/升)。这些量分别相当于钙的基本量+大约150mg/L钙以及镁的基本量+大约500mg/L镁。使用较少量的钙和/或镁的反应将是缓慢的，并且需要并不希望的大量处理流体，而较大的浓度将会更加有效地工作，并且需要大大减少的处理流体量。
对于初始碱度为大约20,000mg/L的红泥来说，每升红泥需要大约4,200毫克镁和大约1,000毫克钙的处理量，而对于具有更高初始碱度的红泥来说则需要得更多，对于具有较低初始碱度的红泥来说则需要得较少。
镁的处理量与钙的处理量之比应当至少为大约2，有利地是大约6-25，优选大约12-16，更优选为13-15，理想地是每摩尔钙大约14摩尔的镁。假设在第一处理材料中存在钙和镁中的至少一种，优选两种的最小基本量和最小处理量，则摩尔比的上述变化是可以接受的。
海水可被用在本发明的红泥中和方法中的主要原因在于它廉价并且是丰富的钙和镁离子源。但是，本发明人已经发现，蒸发浓缩的海水工作得更为有效，因为在其中存在比基本量更多的钙和镁离子(作为处理量)。这意味着，例如，具有两倍于普通钙和镁浓度的海水作为中和剂比两倍体积的普通海水要有效得多。
而且，由于在中和过程中镁离子比钙更重要，因此可使用在碳酸钙(或者甚至是石膏)开始沉淀的点之上浓缩的海水或其它盐水。因此，当可以获得蒸发浓缩的海水时，实现充分中和所需的水的体积与本来所需的普通海水的体积相比被大大地降低了。例如，根据该方法的所有方面的步骤(a)，每1kL红泥使用略多于2kL的两倍于正常海洋盐浓度的水就可充分中和具有大约20,000mg/L的初始碱度的红泥，相比较而言，每1kL红泥则需要大约5kL的普通海水。类似地，如果使用具有一倍半于普通海洋盐浓度的海水，则每1kL红泥使用大约3.5kL的所述水就可充分中和初始碱度为大约20,000mg/L的红泥，相比较而言，每1kL红泥则需要使用大约5kL的普通海水。
当无法获得海水时，也可使用其它方便的富含钙和镁的盐水源来代替。这种盐水可从天然源获得，如地下水或盐湖盐水，或者也可通过把钙和镁盐添加到包含不足量的钙和/或镁的盐水(包括海水)或水中来人工制备，或者它们可以是例如来自反渗透脱盐设备的废水流中的富含钙和镁的废水盐水。当添加钙和镁盐时，希望使用氯化物盐(因为这类盐相当便宜且容易获得)。也可使用硫酸镁盐，但硫酸钙的溶解度太低，以致于无法有效地工作。钙和镁的氧化物、氢氧化物和碳酸盐是不适合的，因为它们无助于降低可溶性碱度。
当使用蒸发浓缩的海水或富含钙和镁的盐水、或可溶性钙和镁盐的混合物、或者它们的任意组合来代替海水时，红泥的中和及排放水的处理可遵循以上针对使用海水进行中和所述的相同步骤来进行。但是，当使用不包括海水或蒸发浓缩的海水或者组成类似的盐水的处理溶液时，通常由海水提供的缓冲能力的降低可能意味着pH读数的不稳定并且可快速变化。在这些环境下，监控该中和进程应当基于碱度的变化，并且对于制备处理过的红泥来说要将碱度降低至300mg/L或更低，对于制备排放废水来说则要将碱度降低至200mg/L或更低。
根据本发明此方面的方法也可被用于中和任何沉清苛性液体，其中该沉清苛性液体可在开始红泥的任何处理之前或者在红泥的部分处理的任何阶段与红泥分离。
就本发明人目前所知，本发明此方面的方法提供了最经济，因而也是最佳的用于中和来自铝土矿精炼厂的苛性红泥残渣的方法，其方式使得处理过的红泥残渣可以对环境安全地进行贮存、运输或再利用，并且残余的处理液体可被安全地排放到海洋环境中，或者保留在蒸发池中用于盐的回收。
根据本发明的第七方面，提供一种废料处理方法，该废料包含具有高碱度和/或pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将废料与数量足以使至少一些所述第一物种被钝化的第一处理材料接触，从而获得处理过的废料；-(b)将废料和处理材料的混合物中的固液相分离；并且-(c)之后将分离的液相与具有低pH的足量第二处理材料接触，以使废料的pH降低至环境可以接受的水平。
该废料可以是红泥或来源于红泥或与红泥分离的液体或沉清液体。
根据本发明的第八方面，提供一种红泥处理方法，该方法包括以下步骤-(a)将红泥与包含水溶性碱土金属盐的第一处理材料接触，以降低红泥的pH和碱度中的至少一个；
-(b)将接触过的红泥分离成固相和液相；并且-(c)将分离的液相与pH低于7的第二处理材料接触，以把该分离的液相的pH降低至小于9.0。
在根据本发明此方面的方法的步骤(c)中，以碳酸钙当量碱度表示的总碱度可被降低到小于200mg/L。
根据本发明的第九方面，提供一种红泥处理方法，该方法包括以下步骤-(a)将废料与包括含有水溶性碱土金属盐的溶液的第一处理材料接触，以降低红泥的pH和碱度中的至少一个，并且形成所产生的溶液；-(b)将废料和处理材料的混合物中的固相和液相分离；并且-(c)将分离的液相与pH低于7的第二处理材料接触，以使该溶液的pH降低至小于9.0。
在根据本发明此方面的方法的步骤(c)中，以碳酸钙当量表示的所述溶液的总碱度被降低至小于200mg/L。
实施例步骤1向苛性红泥中添加海水，直到液相的pH为9.0-9.5且碱度为300mg/L或更低。为了优化处理，将固体部分和液体部分充分混合并保持接触至少5分钟。
步骤2通过沉降和滗出液体部分而将固体和液体部分分离；步骤3将废酸添加到液体部分中，直到pH小于9.0且碱度小于200mg/L。
步骤4将已满足环境标准的液相排放到大海中。
步骤5固相作为淤浆保留，以便再利用。
权利要求
1.废料处理方法，该废料包含具有高碱度和/或pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将废料与数量足以使至少一些所述第一物种被钝化的第一处理材料接触，从而得到处理过的废料；-(b)将废料和处理材料混合物中的固液相分离；并且-(c)之后将分离的液相与具有低pH的足量第二处理材料接触，以使废料的pH降低至环境可以接受的水平。
2.废料处理方法，该废料包含具有高碱度和/或pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将废料与数量足以使至少一些所述第一物种被钝化的第一处理材料接触，从而得到处理过的废料；-(b)将废料和处理材料混合物中的固液相分离；并且-(c)之后将与废料分离的液相与具有低pH的足量第二处理材料接触，以使该液相的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
3.权利要求2的废料处理方法，其中，在步骤(a)中，所述液相在其被处理之前或之后与废料分离。
4.红泥处理方法，该方法包括以下步骤-(a)将红泥与包含水溶性碱土金属盐的第一处理材料接触，以降低红泥的pH和碱度中的至少一个；并且-(b)将红泥与pH低于7的第二处理材料接触，以将红泥的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
5.红泥处理方法，其中，在该方法的步骤(b)中，pH被降低至小于大约9.5。
6.权利要求4的红泥处理方法，其中，在该方法的步骤(b)中，以碳酸钙当量碱度表示的总碱度被降低至小于200mg/L。
7.红泥处理方法，该方法包括以下步骤-(a)将红泥与包括含有水溶性碱土金属盐的溶液的第一处理材料接触，以降低红泥的pH和碱度中的至少一个，并形成由此产生的溶液；-(b)将由此产生的溶液与红泥分离；并且-(c)将由此产生的溶液与pH低于7的第二处理材料接触，以使该溶液的pH降低至环境可以接受的水平。
8.权利要求7的红泥处理方法，其中，在步骤(c)中，pH被降低至小于大约9.0。
9.权利要求7的红泥处理方法，其中，在步骤(c)中，以碳酸钙当量表示的所述溶液的总碱度被降低至小于200mg/L。
10.红泥液体组分的处理方法，该液体组分包括具有高pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将所述液体组分与红泥分离；-(b)将所述液体组分与数量足以使至少一部分所述第一物种被钝化并且一部分被钝化的第一物种被沉淀的第一处理材料接触，从而获得处理过的液体组分；-(c)将所述沉淀钝化的第一物种与该处理过的液体组分分离，从而获得分离的沉淀物和处理并分离的液体组分；并且-(d)将处理并分离的液体组分与pH小于7的第二处理材料接触，以使该溶液的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
11.权利要求10的红泥液体组分的处理方法，其中，在步骤(d)中，pH被降低至小于大约9.0。
12.权利要求10的红泥液体组分的处理方法，其中，在步骤(d)中，以碳酸钙当量表示的所述溶液的总碱度被降低至小于200mg/L。
13.红泥液体组分的处理方法，该液体组分包括具有高pH的第一物种，该方法包括以下步骤-(a)将所述液体组分与红泥分离；-(b)将所述液体组分与数量足以使所述液体组分的pH降低并形成沉淀物的包含水溶性碱土金属盐的第一处理材料接触，从而获得处理过的液体组分；以及-(c)将所述沉淀物与所述处理过的液体组分分离，从而获得分离的沉淀物和处理并分离的液体组分；并且-(d)将该处理并分离的液体组分与pH小于7的第二处理材料接触，以使该溶液的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
14.权利要求13的红泥液体组分的处理方法，其中，在步骤(d)中，pH被降低至小于大约9.0。
15.权利要求13的红泥液体组分的处理方法，其中，在步骤(d)中，以碳酸钙当量表示的所述溶液的总碱度可被优选地降低至小于200mg/L。
16.权利要求13的红泥液体组分的处理方法，其中，该碱土金属是钙或镁。
17.权利要求1、2、4或7中任一项的方法，其中，在步骤(a)中，废料、红泥或液体组分的pH根据具体情况被降低至大约8.5-10。
18.权利要求10或13的方法，其中，在步骤(b)中，废料、红泥或液体组分的pH根据具体情况被降低至大约8.5-10。
19.权利要求1、2、4或7中任一项的方法，其中处理过的废料、液相、红泥、所产生的溶液或处理并分离的液体组分的pH根据具体情况被降低至大约5.5-8.5。
20.权利要求1、2、4或7中任一项的方法，其中以碳酸钙碱度表示的废料、红泥或液体组分的总碱度根据具体情况被降低至大约200mg/L-1000mg/L。
21.权利要求1、2、4或7中任一项的方法，其中以碳酸钙碱度表示的处理过的废料、液相、红泥、所产生的溶液或处理并分离的液体组分的总碱度根据具体情况被降低至大约200mg/L-500mg/L。
22.上述权利要求中任一项的方法，其中第一处理材料选自海水、蒸发浓缩的海水、水溶性钙盐、水溶性镁盐、氯化钙、氯化镁、含水溶性钙盐的盐水、含水溶性镁盐的盐水、或者它们的任意组合。
23.上述权利要求中任一项的方法，其中第一处理材料的pH是大约6.0-10.0。
24.上述权利要求中任一项的方法，其中第一处理材料中钙的浓度大于大约150mg/L，而镁的浓度大于大约250mg/L。
25.上述权利要求中任一项的方法，其中第一处理材料中钙的浓度是大约200-300mg/L，而镁的浓度是大约300-750mg/L。
26.上述权利要求中任一项的方法，其中第二处理材料选自废酸、从废气洗涤器获得的酸性水、其它任何酸、从黄铁矿材料、煤或油的焙烧或燃烧获得的气体，或者它们的任意组合。
27.权利要求26的方法，其中第二处理材料的pH小于大约2.0。
28.权利要求2的方法，其中，在步骤(a)中，该液相在与第一处理材料接触之后具有9.0-9.5的pH。
29.权利要求2或28的方法，其中，在步骤(a)中，该液相具有300mg/L或更低的碱度。
30.上述权利要求中任一项的方法，其中固相和液相被充分混合并保持接触至少5分钟。
31.权利要求13的方法，其中，在步骤(a)的处理之后，通过沉降固相并在随后将液相排出而将固相和液相分离。
32.权利要求13-31中任一项的方法，其中，在步骤(d)中，至少一部分第二处理材料被添加到液相中，直到其pH小于9.0并且碱度小于200mg/L。
33.上述权利要求中任一项的方法，其中，在另一个步骤中，固相被完全或部分地干燥。
34.权利要求1-32中任一项的方法，其中，固相根据需要被作为淤浆保留，以用于再利用或贮存。
35.上述权利要求中任一项的方法，其中，在随后的步骤中，固相被完全中和至pH低于11.5。
36.权利要求36的方法，其中固相被中和至pH小于10.5。
37.上述权利要求中任一项的方法，其中，在随后的步骤中，用淡水洗涤固相以除去可溶性盐。
38.上述权利要求中任一项的方法，其中在第一处理材料中存在的钙的量大于大约300mg/L(大约7.5毫摩尔/L)。
39.上述权利要求中任一项的方法，其中在第一处理材料中存在的镁的量大于大约750mg/L(大约30毫摩尔/L)。
40.上述权利要求中任一项的方法，其中镁的处理量与钙的处理量之比为至少大约2。
41.上述权利要求中任一项的方法，其中第一处理材料是蒸发浓缩的海水。
42.权利要求41的方法，其中第一处理材料是蒸发浓缩的海水，其中该海水已被浓缩至超出碳酸钙(或者甚至是石膏)开始沉淀的点。
43.权利要求41的方法，其中第一处理材料是蒸发浓缩的海水，其中该海水被浓缩到至少一倍半于正常海洋盐浓度。
44.权利要求41的方法，其中第一处理材料是向其中添加了钙盐和镁盐中的至少一种的蒸发浓缩的海水。
45.上述权利要求中任一项的方法，其中第一处理材料是富含钙和镁的废水。
46.上述权利要求中任一项的方法，包括作为初始步骤，在开始处理之前将沉清苛性液与红泥分离。
全文摘要
本发明公开了一种废料处理方法，该废料包含具有高碱度和/或pH的物种。该方法包括将废料与第一处理材料如通过蒸发浓缩的海水接触的步骤。第一处理材料的量要足以使至少一些碱性物种被钝化，从而获得处理过的废料。该方法还包括以下步骤将处理过的废料分成固相和液相，随后将该液相与具有低pH的足量第二处理材料接触，以使该液相的pH和碱度中的至少一个降低至环境可以接受的水平。
文档编号C02F11/14GK1671628SQ03817372
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月4日 优先权日2002年7月4日
发明者D·麦康基, M·W·克拉克, F·G·戴维斯-麦康基, T·H·赖弗尔 申请人:诺沃技术投资有限公司