一种强化赤泥固液分离的方法

1.本发明属于赤泥固液分离技术领域，具体涉及一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法。


背景技术：

2.赤泥是氧化铝生产过程中产生的一种强碱性工业固体废弃物。据估算，每生产1吨氧化铝会产生1.0～1.5吨赤泥。我国作为世界最大的氧化铝生产国，赤泥年产量已超1亿吨。但我国赤泥的利用率较低，仅为4％。高产量、低利用率使得我国的赤泥难以处理，目前多以筑坝堆存为主。由于固液分离的高成本，赤泥的筑坝堆存又多以湿法堆存为主。湿法堆存会造成严重的环境污染，且赤泥泥浆易渗漏造成溃坝等重大事故。随着固液分离技术与设备的发展和进步，目前赤泥的堆存方法有由湿法堆存向干法堆存转变的趋势。但赤泥的高细度、表面荷电等物化性质使得赤泥固液分离存在分离效率慢、溢流浊度高、赤泥含水率高等问题，严重阻碍赤泥的固液分离，是氧化铝行业亟需解决的问题之一。
3.赤泥的粒度极细，其平均粒径小于10微米，90％以上的赤泥颗粒粒度小于75微米，一部分赤泥颗粒甚至接近于胶体的大小，使得赤泥依靠自身重力极难沉降。且赤泥浆液组成复杂，赤泥粒子之间、赤泥粒子与溶液之间存在着复杂的物理化学作用，这些作用也同样严重制约着赤泥的固液分离。如荷电的赤泥颗粒会被大量离子包围，并会吸附其中一些离子和水形成稳定的双电层结构，同时荷电的赤泥颗粒间会发生静电排斥。这些作用会使赤泥浆液性质稳定，仅依靠其自身的重力很难沉降，造成赤泥中的大量碱液及铝酸钠溶液回收困难。同时赤泥的高比表面积和表面荷电性会使赤泥颗粒表面吸附大量的水分子，使得赤泥底流含水率较高，赤泥尾矿库的有效库容减少，且使得赤泥泥浆渗漏的可能性增加。
4.要实现赤泥快速高效固液分离，必须改变赤泥泥浆的溶液性质，破坏其稳定性。目前常采用添加高效絮凝剂的方式来改善赤泥的固液分离。随着科学技术的发展，已研发出了许多种类的高效絮凝剂，但使用最多的是聚丙烯酸(盐)类和聚丙烯酰胺类聚合物。其机理是絮凝剂在溶液中展开并形成网状结构，通过架桥作用对微细粒赤泥颗粒进行捕捉，使微细粒赤泥颗粒聚集并团聚形成粒径较大的絮团，从而改善赤泥的固液分离。但絮凝剂的网状结构在捕捉微细赤泥颗粒的同时，也会捕捉一些水分子，使得这些絮凝剂使用过程中存在溢流澄清度不高、底流含水率较高等问题。
5.经查阅文献，目前的研究机构和学者大多着手于对常用的高分子絮凝剂(聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠)进行疏水改性处理。几乎没有研究通过电性及亲疏水性调控协同絮凝剂强化赤泥的固液分离。发明人针对赤泥的物化性质，通过依次添加表面亲疏水调整剂、电性调整剂和组合絮凝剂来有效地强化赤泥的固液分离。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种通过界面化学调控协同混合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，不仅可以加快赤泥固液分离的速度，还可以有效降低溢流浊度和赤泥的含水率，增
大对赤泥碱液及氧化铝的回收率，增大赤泥尾矿库的有效库容，减小赤泥泥浆外渗的可能。此外，本发明药剂用量少，应用成本低，且对环境危害较小，应用范围广，符合绿色环保理念。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，其包括以下步骤：
9.(1)对赤泥原浆进行稀释并将其搅拌均匀，得到待处理浆料；
10.(2)向待处理浆料中加入适量的表面亲疏水性调控剂，并使其与赤泥泥浆作用一段时间；
11.(3)向第二步处理后的赤泥泥浆中加入适量的电性调整剂，并使其与赤泥泥浆作用一段时间；
12.(4)向第三步处理后的赤泥泥浆中加入适量的絮凝剂，使其与赤泥泥浆作用一段时间，固液分离。
13.在本发明中，通过步骤(1)～(4)中各步骤以及各步骤中参数的协同作用，即可在实现赤泥快速高效固液分离的同时，有效降低赤泥的含水率和溢流浊度。
14.本发明一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，
15.步骤(1)中将赤泥泥浆与水按质量比为(1～2)：(3～10)混合，并搅拌均匀，使稀释后的赤泥浓度达5％～10％。
16.本发明对赤泥原浆进行稀释的目的是为了调整赤泥泥浆体系的黏度、ph值及赤泥固含量等物理性能，改善赤泥泥浆的固液分离体系。
17.本发明一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，
18.步骤(2)中表面亲疏水性调整剂的掺量为赤泥干重量的0.01％～0.25％，并使其与赤泥泥浆作用5～30min。作用时转速200
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1000r/min，优选300
‑
800r/min，进一步优选先在800r/min处理5min，然后在300r/min处理3min。
19.本发明在该步骤添加表面亲疏水性调控剂的目的是对赤泥微细粒进行适当的亲疏水调控，一方面可更多地回收赤泥中的碱液及铝酸钠溶液，另一方面可有效地降低赤泥的含水率，增大赤泥泥浆的固含量，增大赤泥尾矿库的有效库容，减小赤泥泥浆外渗的可能。
20.本发明一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，表面亲疏水调控剂选自蒽系减水剂(杂环烃类表面活性剂)、木质素磺酸钙、萘系减水剂(芳香烃类表面活性剂)、三聚氰胺密胺型减水剂(杂环烃类表面活性剂)、聚羧酸减水剂(脂肪酸类表面活性剂)、油酸钠、十二胺中的至少一种；优选为蒽系减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂的至少一种。蒽系减水剂、萘系减水剂、聚羧酸减水剂的主要作用基团分别为蒽基、萘基、羧基。
21.本发明一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，
22.步骤(3)中电性调整剂的掺量为赤泥干重量的0.1％～2％；并使其与赤泥泥浆作用5～30min。作用时转速200
‑
1000r/min，优选600
‑
800r/min。
23.本发明添加电性调整剂的目的是，在不影响泥浆体系的情况下，加快赤泥固液分离的速度。
24.本发明一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，电性调整剂选自氧化钙、硫酸钙、氯化钙、硫酸铝、聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合氯化铝铁中的至少一种，其中最佳的电性调整剂为氧化钙、聚合氯化铝铁中的至少一种。
25.本发明一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，步骤(4)中絮凝剂的掺量为40g/t
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200g/t赤泥干重量，并使其与赤泥泥浆作用5～30min，即可实现赤泥的快速高效固液分离，同时可有效降低赤泥的含水率和溢流浊度。作用时转速200
‑
1000r/min，优选300
‑
800r/min，进一步优选先在800r/min处理5min，然后在300r/min处理3min。
26.本发明在该步骤添加絮凝剂的目的是，在不影响赤泥泥浆体系的情况下协同电性调整剂，进一步加快赤泥的固液分离速度，实现赤泥的快速高效固液分离。本发明一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，絮凝剂选自不同种类、分子量的聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠中的至少一种；优选为分子量为600万的非离子型聚丙烯酰胺和分子量为1000万的聚丙烯酸钠，且两者混合作用时效果最好。分子量为600万的非离子型聚丙烯酰胺和分子量为1000万的聚丙烯酸钠两者组合，组合比例为1～2：1～4。
27.本发明的优点：目前暂无或很少有科研机构和学者提出过关于通过调整电性及亲疏水性强化赤泥固液分离的报道和研究，本发明弥补了这部分的空白，提出了一种通过界面化学调控协同组合絮凝剂强化赤泥固液分离的方法，增大对赤泥中碱液及铝酸钠溶液的回收率，加大赤泥尾矿库的有效库容，减小赤泥泥浆外渗的可能及危险事故发生的可能。同时药剂用量少，工业利用成本低，应用范围广，符合绿色环保理念。
附图说明
28.图1为本发明部分实施例和对比例的结果实物图。
具体实施方式
29.以下结合实施例旨在进一步说明本发明，而非限制本发明的保护范围。
30.对比例1：
31.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，固液分离平均速度为0.21m/h，溢流浊度为37530ntu，滤饼含水率为71
‑
72％，赤泥颗粒平均粒径为10微米。
32.对比例2：
33.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入1wt％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，固液分离平均速度从0.21m/h增长至0.75m/h，溢流浊度为1242ntu，滤饼含水率为73
‑
74％，赤泥颗粒平均粒径增长至22微米。
34.对比例3：
35.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入组合絮凝剂：
分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，先在800r/min的转速下使絮凝剂充分分散5min，然后在300r/min的转速下进行3min絮凝团聚。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，赤泥浆液呈现稳定的悬浮液状态，固液分离平均速度达0.34m/h，溢流浊度为29100ntu，滤饼含水率为72
‑
73％，赤泥颗粒平均粒径增长至30微米。
36.对比例4：
37.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下搅拌3min进行絮凝，搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离。赤泥浆液呈现稳定的悬浮液状态，固液分离平均速度为0.24m/h，溢流浊度为32200ntu，滤饼含水率为50
‑
52％，赤泥颗粒平均粒径为10微米。
38.对比例5：
39.将赤泥泥浆(含水率为70％、平均粒径为10微米)搅拌均匀，向搅拌均匀的赤泥泥浆中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，在800r/min的转速下搅拌5min，继续添加1wt％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，在800r/min的转速下搅拌5min，最后加入组合絮凝剂：分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下搅拌3min进行絮凝，搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离。固液分离平均速度达0.85m/h，溢流浊度为9870ntu，滤饼含水率为63
‑
65％，赤泥颗粒平均粒径增长至45微米。
40.对比例6：
41.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，在800r/min的转速下搅拌5min，继续添加1wt％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，在800r/min的转速下搅拌5min，搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离。固液分离平均速度达0.64m/h，溢流浊度为3454ntu，滤饼含水率为65
‑
67％，赤泥颗粒平均粒径增长至18微米。
42.对比例7：
43.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入1wt％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min，再加入组合絮凝剂：分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下搅拌3min进行絮凝，搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离。固液分离平均速度达1.84m/h，溢流浊度为113.3ntu，滤饼含水率为67
‑
69％，赤泥颗粒平均粒径增长至52微米。
44.对比例8：
45.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，在800r/min的转速下搅拌5min，再加入组合絮凝剂：
分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下搅拌3min进行絮凝，搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离。固液分离平均速度达0.30m/h，溢流浊度为30200ntu，滤饼含水率为63
‑
65％，赤泥颗粒平均粒径为26微米。
46.对比例9：
47.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，，向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入1wt％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min，再向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，在800r/min的转速下搅拌5min，最后加入组合絮凝剂：分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下搅拌3min进行絮凝，搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离。固液分离平均速度达0.72m/h，溢流浊度达5540ntu，滤饼含水率为64
‑
66％ntu，赤泥颗粒平均粒径为34微米。
48.实施例1：
49.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，首先向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。然后加入0.1％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。最后加入组合絮凝剂：分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，先在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下3min进行絮凝团聚。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，固液分离速度达1.64m/h，滤饼含水率为54
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56％，溢流浊度为313ntu，赤泥颗粒平均粒径增长至50微米。
50.实施例2：
51.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，首先向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。然后加入0.1％的硫酸钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。最后加入组合絮凝剂：分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，先在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下3min进行絮凝团聚。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，固液分离速度达1.24m/h，滤饼含水率为55
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57％，溢流浊度为1240ntu，赤泥颗粒平均粒径增长至42微米。
52.实施例3：
53.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，首先向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的蒽系减水剂(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。然后加入0.1％的硫酸钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤
泥泥浆作用5min。最后加入组合絮凝剂：分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(40g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(60g/t赤泥干重)，先在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下3min进行絮凝团聚。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，固液分离速度达1.72m/h，滤饼含水率为57
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58％，溢流浊度为121.4ntu，赤泥颗粒平均粒径增长至50微米。
54.实施例4：
55.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，首先向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的蒽系减水剂(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。然后加入0.1％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。最后加入40g/t赤泥干重的分子量600万的非离子聚丙烯酰胺，先在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下3min进行絮凝团聚。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，固液分离速度达1.14m/h，滤饼含水率为57
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58％，溢流浊度为976ntu，赤泥颗粒平均粒径增长至38微米。
56.实施例5：
57.将赤泥泥浆(含水量为70％、平均粒径为10微米)与水按一定质量比混合，并搅拌均匀形成浓度为10wt％的赤泥泥浆溶液，首先向搅拌均匀的赤泥泥浆溶液中加入0.1wt％的聚羧酸减水剂(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。然后加入0.1％的氧化钙(占赤泥干重质量百分比)，并使其在800r/min的转速下与赤泥泥浆作用5min。最后加入组合絮凝剂：分子量600万的非离子聚丙烯酰胺(60g/t赤泥干重)和分子量1000万的聚丙烯酸钠(40g/t赤泥干重)，先在800r/min的转速下搅拌5min，然后在300r/min的转速下3min进行絮凝团聚。搅拌结束后进行赤泥泥浆的固液分离，固液分离速度达1.48m/h，滤饼含水率为57
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58％，溢流浊度为842ntu，赤泥颗粒平均粒径增长至42微米。
58.本发明实施例和对比例中使用的蒽系减水剂购自于山西秦奋建材有限公司，型号：j002。
59.本发明实施例和对比例中使用的聚羧酸减水剂购自于上海臣启化工科技有限公司，型号：cqj
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jss02。
60.本发明实施例和对比例中使用的三聚氰胺密胺型减水剂，上海臣启化工科技有限公司，型号：密胺型。
61.本发明实施例和对比例中使用的萘系减水剂购自于上海臣启化工科技有限公司，型号，cqj
‑
nx01。
62.最后应说明的是：显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。