纯碱生产中的碱渣回收处理方法与流程

本发明涉及化工生产三废处理技术领域，具体涉及纯碱生产中的碱渣处理技术。

背景技术：

采用氨碱法的纯碱生产中，在氨回收工序产生大量的蒸氨废液，废液中携带有大量的碱渣。目前世界上还没有经济有效的碱渣处理方法，公知技术中大部分是采用将废液输送到渣场，将碱渣自然沉降后，堆积存放处理。因碱渣固体颗粒极小，平均粒度为10μm，经测定，碱渣自然沉降至水分为80％时，就不再继续沉降。因此这种处理方式占用了大量土地，随着渣场堆积高度的增加，也产生了巨大安全及环保隐患。

为解决碱渣问题，现有技术中公开了多种对碱渣综合利用处理的方法。例如公开号为CN140151A的专利公开了一种使用碱渣制工程土的方法；公开号为CN102092972A的专利公开了用纯碱废渣与蒸氨废液合成水泥熟料、辅料及水泥的方法；公开号为CN103664242A的专利公开了使用碱渣制备钾肥的方法；公开号为CN107555462A的专利公开了将碱渣综合利用回收制备沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、农业级氯化铵或工业粗盐氯化钠。综合现有技术对碱渣的回收处理，其基本思路都是回收碱渣中的有效成分，或者转化成有用物质。这种处理思路固然可以达到废物利用的目的，但是这些工艺一般实施较为困难，工艺步骤复杂，处理成本高，制备得到的产品纯度低，质量差，只能用作工程用途，产品附加值低。

通过以上分析，对碱渣进行综合治理是氨碱生产中的迫切而现实的问题，直接涉及到纯碱生产的绿色、环保及长远发展战略。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种处理成本低、工艺简单、切实可行的纯碱生产中的碱渣回收处理方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

纯碱生产中的碱渣回收处理方法，包括以下步骤：

(1)母液蒸氨：将碱渣分离脱水后，在蒸氨塔内与热母液进行蒸氨反应，控制蒸氨塔内液体pH值为9.0以下，并保持母液中的氯化铵过量；每方母液加入碱渣干基量为0.08～0.13t。

(2)灰乳蒸氨：将步骤(1)经母液蒸氨后的半铵母液输送到另一个蒸氨塔内，加入石灰乳蒸氨，每方半铵母液中加入石灰乳的量为0.13～0.19m3；蒸氨至塔内废液中氨指标<50mg/l，蒸氨完毕。

(3)废渣脱水：将第二次蒸氨后的废液经固液分离后，将碱渣脱水；两次蒸氨中蒸氨塔顶蒸出的氨气输送至吸氨塔回收。

母液经过第一次用碱渣蒸氨后，碱渣中的氧化钙及碳酸钙，氢氧化镁等成分多数和母液中的氯化铵(其中的氨称作固定氨，指不能用蒸汽直接蒸出的氨)进行反应，通过化学反应后，在蒸氨塔内再通过蒸汽将游离氨(指能用蒸汽直接蒸出的氨)蒸出。

在碱渣蒸氨塔内进行母液蒸氨，通过控制塔内母液中氯化铵含量为过剩，将会发生以下化学反应：

1、碱渣内活性氢氧化钙和氯化铵反应:碱渣存放一段时间后，里面的非活性氧化钙逐渐变为活性氢氧化钙，经实验查定，活性氢氧化钙占干基固体量的20％-25％。活性氢氧化钙和母液中氯化铵在蒸氨塔内快速反应，化学方程式为：

NH4Cl+Ca(OH)2＝2NH3↑+H2O+CaCl2

2、碱渣内的碳酸钙和氯化铵反应：因氯化铵为强酸弱碱盐，水溶液偏酸性，为此，可以通过控制碱渣蒸氨塔内氯化铵量过剩，控制塔内液体的pH值9.0以下，经实验查定，在此pH值范围内，碱渣中40％的固体量为碳酸钙，基本全部可以和母液中的氯化铵发生化学反应，化学反应方程式为：

NH4Cl+CaCO3＝2NH3↑+CO2↑+H2O+CaCl2

3、碱渣中的氢氧化镁和氯化铵反应：

NH4Cl+Mg(OH)2＝2NH3↑+H2O+MgCl2

4、碱渣中的碳酸镁和氯化铵反应：

NH4Cl+MgCO3＝2NH3↑+H2O+CO2↑+MgCl2

经二次蒸氨后，蒸氨塔产生的废液经固液分离后，将碱渣脱水，碱渣经以上处理后体积大幅缩小，固体量(湿基)减少至现在渣场工艺碱渣自然沉降固体量的12.3％以下，可放在渣场长期存放，或用二氧化碳气碳化后将碱渣pH值调至7.0-8.0后填海使用。

作为优选的一种技术方案，所述热母液的温度为78～82℃；所述热母液中氯化铵含量为3～3.5mol/l；母液用碱渣蒸氨完毕后的半铵母液中氯化铵含量为1～1.5mol/l。

作为优选的一种技术方案，所述母液蒸氨时蒸氨塔的塔底压力为10～20kPa；出气压力为-10～-15kPa；塔底温度为100～105℃。

作为优选的一种技术方案，所述母液蒸氨时蒸氨时间为5～10分钟。

作为优选的一种技术方案，所述母液蒸氨时，蒸氨塔内液体pH值为8.0～9.0。

作为优选的一种技术方案，所述石灰乳中活性CaO浓度为4～4.75mol/l。

作为优选的一种技术方案，步骤(1)中将碱渣分离脱水后，碱渣的含水率为40～60wt％。

作为改进的一种技术方案，所述母液蒸氨时，蒸氨塔的塔顶出气温度为78～82℃；所述灰乳蒸氨时，蒸氨塔的塔顶出气温度为88～92℃。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明经过第一次母液蒸氨后，碱渣中的活性氢氧化钙、碳酸钙、氢氧化镁、碳酸镁等和氯化铵进行化学反应，蒸出母液中的大部分氨，氨气经冷却后输送至吸氨塔内使用；然后再加入石灰乳和母液中剩余的氯化铵进行化学反应，进行二次蒸氨，蒸出母液中剩余的氨，氨气经冷却后输送至吸氨塔内使用。碱渣经二次蒸氨反应后，约80-85％的固体都参与了化学反应，碱渣中固体量仅剩余15-20％(主要为二氧化硅和硫酸钙及少量未反应的碳酸钙、碳酸镁等)，再经分离工艺脱水后，固体量(湿基)减少至现在渣场工艺碱渣自然沉降固体量的12.3％以下，可以在渣场打堆存放；或将滤饼用二氧化碳气碳化后，将pH值调整到7.0-8.0，再由离心机脱水后，将碱渣输送至海边填海造地使用。

本发明因采用两次蒸氨，单塔生产负荷降低，可以控制第一次蒸氨的碱渣蒸氨塔出气温度较灰乳蒸氨塔出气温度降低10℃，总体上降低了蒸汽消耗。

本发明人经过大量理论分析和实验验证，得出碱渣中能用于蒸氨的氢氧化钙量为碱渣干基量的20-25％，能用于蒸氨的碳酸钙、氢氧化镁、碳酸镁的量为碱渣干基量的60％。经衡算，1吨干基碱渣内，能和氯化铵反应的固体成分折成生石灰(即CaO)的量为0.368t，每吨生石灰的价值取400元，这样每使用一吨碱渣(干基)蒸氨节省的生石灰价值为147.2元。保守计算，按每使用一吨碱渣增加经济效益100元进行计算，按照纯碱产能为160万吨，每生产一吨纯碱产生碱渣(干基)0.3吨，年产生碱渣(干基)48万吨，可以年增加经济效益4800万元，同时可以减少碱渣(干基)排放量28.8万吨，具有重大的环保效益，同时也节约了土地和投资，具有重大的经意效益、环保效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将碱渣经离心机离心分离脱水至含水率为45wt％，在蒸氨塔内与温度为79℃的热母液进行蒸氨反应，热母液中氯化铵含量为3.0mol/l，每方母液加入碱渣干基量为0.10t，控制蒸氨塔内液体pH值为8.5，并保持母液中的氯化铵过量；蒸氨塔的塔底压力为12kPa；出气压力为-12kPa；塔底温度为100℃；塔顶出气温度为78℃；第一次母液蒸氨时间为8分钟；母液蒸氨完毕后的半铵母液中氯化铵含量为1.0mol/l。

将经母液蒸氨后的半铵母液输送到另一个蒸氨塔内，加入石灰乳蒸氨，所述石灰乳中活性CaO浓度为4.5mol/l；每方半铵母液中加入石灰乳的量为0.14m³；蒸氨塔的塔顶出气温度为89℃；蒸氨至塔内废液中氨指标<50mg/l，蒸氨完毕。

将第二次蒸氨后的废液经固液分离后，将碱渣脱水后固体量(湿基)减少至蒸氨前的碱渣固体量的11.5％，然后输送至渣场堆积存放或者用二氧化碳气碳化后填海；两次蒸氨中蒸氨塔顶蒸出的氨气输送至吸氨塔回收。

实施例2

将碱渣经离心机离心分离脱水至含水率为50wt％，在蒸氨塔内与温度为80℃的热母液进行蒸氨反应，热母液中氯化铵含量为3.2mol/l，每方母液加入碱渣干基量为0.11t，控制蒸氨塔内液体pH值为8.5，并保持母液中的氯化铵过量；蒸氨塔的塔底压力为15kPa；出气压力为-12.5kPa；塔底温度为102℃；塔顶出气温度为80℃；第一次母液蒸氨时间为6分钟；母液蒸氨完毕后的半铵母液中氯化铵含量为1.2mol/l。

将经母液蒸氨后的半铵母液输送到另一个蒸氨塔内，加入石灰乳蒸氨，所述石灰乳中活性CaO浓度为4.75mol/l；每方半铵母液中加入石灰乳的量为0.13m³；蒸氨塔的塔顶出气温度为90℃；蒸氨至塔内废液中氨指标<50mg/l，蒸氨完毕。

将第二次蒸氨后的废液经固液分离后，将碱渣脱水后固体量(湿基)减少至蒸氨前的碱渣固体量的11.2％，然后输送至渣场堆积存放或者用二氧化碳气碳化后填海；两次蒸氨中蒸氨塔顶蒸出的氨气输送至吸氨塔回收。

实施例3

将碱渣经离心机离心分离脱水至含水率为55wt％，在蒸氨塔内与温度为82℃的热母液进行蒸氨反应，热母液中氯化铵含量为3.5mol/l，每方母液加入碱渣干基量为0.12t，控制蒸氨塔内液体pH值为9.0，并保持母液中的氯化铵过量；蒸氨塔的塔底压力为16kPa；出气压力为-13kPa；塔底温度为104℃；塔顶出气温度为82℃；第一次母液蒸氨时间为5分钟；母液蒸氨完毕后的半铵母液中氯化铵含量为1.45mol/l。

将经母液蒸氨后的半铵母液输送到另一个蒸氨塔内，加入石灰乳蒸氨，所述石灰乳中活性CaO浓度为4.75mol/l；每方半铵母液中加入石灰乳的量为0.16m³；蒸氨塔的塔顶出气温度为92℃；蒸氨至塔内废液中氨指标<50mg/l，蒸氨完毕。

将第二次蒸氨后的废液经固液分离后，将碱渣脱水后固体量(湿基)减少至蒸氨前的碱渣固体量的12.0％，然后输送至渣场堆积存放或者用二氧化碳气碳化后填海；两次蒸氨中蒸氨塔顶蒸出的氨气输送至吸氨塔回收。