一种综合利用铝泥废料回收铬和铝的工艺方法.pdf

一种综合利用含铬铝泥回收铬和铝的工艺方法，涉及从工业铬铝废泥中回收铬酸钠和氧化铝的新方法。本发明以铬铝废泥为原料，经打浆水洗、电渗析等工艺分离得到铬酸钠溶液用于生产重铬酸钠产品；脱铬处理后的铝泥，经NaOH溶液溶解、多次连续碳分法得到高纯度冶金级氧化铝产品。本发明不仅能回收含铬铝泥中的六价铬，提取出铝泥中的有价金属铝，生产出合格的氧化铝产品，同时能有效保护环境。

1.  一种综合利用铝泥废料回收铬和铝的工艺方法，其特征在于所述方法的具体步骤如下：
(1)打浆水洗初步除铬
按照铝泥的质量(g)∶水的体积(ml)之比为1∶2～5的比例，将铝泥与水混合，加热至60～70℃并保温，在转速为180～240r/min下搅拌90～180min。用离心机进行固液分离，分别收集上清液和沉降物，上清液返回铬盐生产工序循环使用，沉降物用于做进一步除铬；
(2)电渗析除铬
①电渗析装置的设计
电渗析装置的主体为为一个长方体水槽，材料为有机玻璃，水槽中间分别用阴、阳离子交换膜将水槽分隔成阴极室、中间室、阳极室三个独立的空间。中间室加入一个搅拌装置，然后用一个直流电源、两个石墨电极和一根导线将电解槽的阴极室和阳极室串联起来即可。
②将步骤(1)中得到的沉降物，即初步除铬后的铝泥，按照铝泥的质量(g)与水的体积(ml)之比为1∶5～8的比例混合均匀后，加入到电解槽的中间室作为电渗析的原料。配制0.1～1mol/L的硫酸钠溶液，分别加入到电解槽两端的阴极室和阳极室作为工作介质。将电解槽放入水浴加热槽中，加热至30～40℃并保温。打开搅拌装置，保持搅拌装置转速为60～120r/min，接通电源，在40～60V的稳压条件下电解6～8h。电解完成后，关闭电源和搅拌装置，分别收集阴、阳极室和中间室的液体。阴、阳极室液体为铬酸钠溶液，返回铬盐生产工序循环使用。中间室的铝泥混合溶液用离心机离心分离，分别收集上清液和沉降物。上清液返回重铬酸钠生产工序循环使用，沉降物即为除铬完全的铝泥渣；
(3)碱浸提取铝酸钠浸出液
第(2)-②步完成后，按照(2)-②步收集的沉降物质量，即除铬完全后的铝泥质量(g)∶硫化钠的质量(g)∶浓度为100～300g/L的NaOH溶液体积(ml)之比为76∶1∶227～454的比例，将铝泥和硫化钠加入到氢氧化钠溶液中，加热至90～105℃，在转速为60～120r/min下反应2～5h。反应结束后静置冷却至常温，再进行过滤，分别收集滤饼和滤液。滤饼为铬含量较高的铬渣，返回铬盐焙烧炉中循环利用。收集的滤液即为铝酸钠浸出液，用以制备氧化铝。
(4)制备氧化铝
①取第(3)步骤中的铝酸钠浸出液，按照浸出液的体积(ml)∶焦磷酸钠的质量(g)之比为100～200∶1的比例，将焦磷酸钠加入到浸出液中，加热至60～80℃并保温，在转速为60～120r/min下，以10～20ml/s·L浸出液的速度通入CO₂气体进行反应直至PH为10.5～11时停止。
②对反应后的溶液过滤，分别收集滤饼和滤液。把收集的滤液储存起来，用以电解制备碳酸氢钠和氢氧化钠。滤饼即为氢氧化铝产品，按照滤饼的质量(g)∶浓度为10％～15％NaOH 溶液体积(ml)为1∶3～5的比例，将滤饼加入到碱液中溶解1h后，再进行过滤，分别收集滤饼和滤液。
③按照(4)-②步骤收集的滤饼为主要含铬的物质，返回铬盐焙烧炉循环使用；收集的滤液，按照(4)-①和(4)-②步骤重复操作两次，得到的滤饼即为最终的Al(OH)₃。将该氢氧化铝在300℃下高温焙烧3h，即可得到氧化铝产品。

一种综合利用铝泥废料回收铬和铝的工艺方法
技术领域
本发明属于从无机盐工业废料中回收重铬酸钠和氧化铝的技术领域，具体涉及从铬铝废泥中回收生产铬酸钠和氧化铝的方法。
背景技术
铬盐生产的最大特点是产品有毒有害、三废污染严重。含铬铝泥是铬盐生产的主要固体废物之一，铬酸钠碱性液中的NaAlO₂与Cr³⁺共沉降形成Al(OH)₃和Cr(OH)₃沉降物，由于形成的Al(OH)₃和Cr(OH)₃为絮状无定形沉降或胶体沉降，包裹大量的铬酸钠碱性溶液，极难过滤洗涤，因此铬酸钠损失很大。含铬铝泥中相当数量的铬是以剧毒的六价铬的形式存在，对周边的生态环境造成严重的危害，必须在排放之前加以无害化处理，而且铝泥中含有大量的氧化铝直接排放也会造成资源浪费，因此在回收有毒六价铬盐的同时回收有用成分氧化铝，也可以提高企业的经济效益。
现有含铬铝泥的综合利用的工艺方法，如2007年10月31日公布的公布号为CN101063184A的“一种综合处理含铬铝泥回收铬和铝的工艺”专利，公开的含铬铝泥的综合利用方法是：对铝泥打浆水洗过后，然后在碱浸提铝的同时加入大量还原剂除去六价铬，最后利用种分法制得氧化铝。该方法最大的缺点是：由于在碱浸提铝的步骤中添加了还原剂，导致铝酸钠浸出液中杂质含量较高，从而影响氧化铝产品的品质。
发明内容
本发明的目的：从含铬铝泥中回收六价铬盐的同时，提取其中的金属铝生产高纯度氧化铝，保护环境的同时实现含铬铝泥的综合利用。该发明的技术方案主要包括四个部分，即先对铝泥打浆水洗初步除铬，然后利用电渗析装置进一步除铬，对除铬后的铝泥采用碱溶的方法浸提其中的氧化铝，最后对得到的浸出液采用碳分法得到氧化铝产品。所述方法的具体实施步骤如下：
(1)打浆水洗初步除铬
按照铝泥的质量(g)∶水的体积(ml)之比为1∶2～5的比例，将铝泥与水混合，加热至60～70℃并保温，在转速为180～240r/min下搅拌90～180min。用离心机进行固液分离，分别收集上清液和沉降物，上清液返回铬盐生产工序循环使用，沉降物用于做进一步除铬；
(2)电渗析除铬
①电渗析装置的设计
电渗析装置的主体为为一个长方体水槽，材料为有机玻璃，水槽中间分别用阴、阳离子交换膜将水槽分隔成阴极室、中间室、阳极室三个独立的空间。中间室加入一个搅拌装置，然后用一个直流电源、两个石墨电极和一根导线将电解槽的阴极室和阳极室串联起来即可。
②将步骤(1)中得到的沉降物，即初步除铬后的铝泥，按照铝泥的质量(g)与水的体积(ml)之比为1∶5～8的比例混合均匀后，加入到电解槽的中间室作为电渗析的原料。配制0.1～1mol/L的硫酸钠溶液，分别加入到电解槽两端的阴极室和阳极室作为工作介质。将电解槽放入水浴加热槽中，加热至30～40℃并保温。打开搅拌装置，保持搅拌装置转速为60～120r/min，接通电源，在40～60V的稳压条件下电解6～8h。电解完成后，关闭电源和搅拌装置，分别收集阴、阳极室和中间室的液体。阴、阳极室液体为铬酸钠溶液，返回铬盐生产工序循环使用。中间室的铝泥混合溶液用离心机离心分离，分别收集上清液和沉降物。上清液返回重铬酸钠生产工序循环使用，沉降物即为除铬完全的铝泥渣；
(3)碱浸提取铝酸钠浸出液
第(2)-②步完成后，按照(2)-②步收集的沉降物质量，即除铬完全后的铝泥质量(g)∶硫化钠的质量(g)∶浓度为100～300g/L的NaOH溶液体积(ml)之比为76∶1∶227～454的比例，将铝泥和硫化钠加入到氢氧化钠溶液中，加热至90～105℃，在转速为60～120r/min下反应2～5h。反应结束后静置冷却至常温，再进行过滤，分别收集滤饼和滤液。滤饼为铬含量较高的铬渣，返回铬盐焙烧炉中循环利用。收集的滤液即为铝酸钠浸出液，用以制备氧化铝。
(4)制备氧化铝
①取第(3)步骤中的铝酸钠浸出液，按照浸出液的体积(ml)∶焦磷酸钠的质量(g)之比为100～200∶1的比例，将焦磷酸钠加入到浸出液中，加热至60～80℃并保温，在转速为60～120r/min下，以10～20ml/s·L浸出液的速度通入CO₂气体进行反应直至PH为10.5～11时停止。
②对反应后的溶液过滤，分别收集滤饼和滤液。把收集的滤液储存起来，用以电解制备碳酸氢钠和氢氧化钠。滤饼即为氢氧化铝产品，按照滤饼的质量(g)∶浓度为10％～15％NaOH溶液体积(ml)为1∶3～5的比例，将滤饼加入到碱液中溶解1h后，再进行过滤，分别收集滤饼和滤液。
③按照(4)-②步骤收集的滤饼为主要含铬的物质，返回铬盐焙烧炉循环使用；收集的滤液，按照(4)-①和(4)-②步骤重复操作两次，得到的滤饼即为最终的Al(OH)₃。将该氢氧化铝在300℃下高温焙烧3h，即可得到氧化铝产品。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：
(1)本发明以铬盐厂排放的含铬铝泥为原料，采用打浆水洗和电渗析联合除铬的方法，可 将铝泥中的铬酸钠含量(干基计)降低至1％以下，有效回收了铬酸钠盐，同时减少了对环境的污染。
(2)本发明方法采用连续碳酸化分解制氧化铝，与传统的种分法相比大大缩短了反应时间，而且制取的氧化铝纯度高达98.7％，符合国家一级品标准。
(3)本发明方法所使用的设备均为常规设备，生产条件容易实施，操作方便适合工业化生产。
本发明可广泛应用于我国铬盐厂铝泥的处理当中，在保护环境的同时也可以增加企业的经济效益。
附图说明：图1为本发明电渗析装置的工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
实施例1
一种综合利用铝泥废料回收铬和铝的工艺方法，其具体步骤如下：
(1)打浆水洗初步除铬
按照铝泥的质量(g)∶水的体积(ml)之比为1∶3的比例，将铝泥与水混合，加热至65℃并保温，在转速为200r/min下搅拌145min。用离心机进行固液分离，分别收集上清液和沉降物，上清液返回铬盐生产工序循环使用，沉降物用于做进一步除铬。
(2)电渗析除铬
①电渗析装置的设计
电渗析装置的主体为为一个长方体水槽，材料为有机玻璃，水槽中间分别用阴、阳离子交换膜将水槽分隔成阴极室、中间室、阳极室三个独立的空间。中间室加入一个搅拌装置，然后用一个直流电源、两个石墨电极和一根导线将电解槽的阴极室和阳极室串联起来即可。
②将步骤(1)中得到的沉降物，即初步除铬后的铝泥，按照铝泥的质量(g)与水的体积(ml)之比为1∶7的比例混合均匀后，加入到电解槽的中间室作为电渗析的原料。配制0.5mol/L的硫酸钠溶液，分别加入到电解槽两端的阴极室和阳极室作为工作介质。将电解槽放入水浴加热槽中，加热至35℃并保温。打开搅拌装置，保持搅拌装置转速为90r/min，接通电源，在50V的稳压条件下电解7h。电解完成后，关闭电源和搅拌装置，分别收集阴、阳极室和中间室的液体。阴、阳极室液体为铬酸钠溶液，返回铬盐生产工序循环使用。中间室的铝泥混合溶液用离心机离心分离，分别收集上清液和沉降物。上清液返回重铬酸钠生产工序循环使用，沉降物即为除铬完全的铝泥，该铝泥中的六价铬含量为1％。
(3)碱浸提取铝酸钠浸出液
第(2)-②步完成后，按照(2)-②步收集的沉降物质量，即除铬完全后的铝泥质量(g)∶硫化钠的质量(g)∶浓度为200g/L的NaOH溶液体积(ml)之比为76∶1∶300的比例，将铝泥和硫化钠加入到氢氧化钠溶液中，加热至100℃，在转速为90r/min下反应3h。反应结束后静置冷却至常温，再进行过滤，分别收集滤饼和滤液。滤饼为铬含量较高的铬渣，返回铬盐焙烧炉中循环利用。收集的滤液即为铝酸钠浸出液，用以制备氧化铝。
(4)制备氧化铝
①取第(3)步骤中的铝酸钠浸出液，按照浸出液的体积(ml)∶焦磷酸钠的质量(g)之比为160∶1的比例，将焦磷酸钠加入到浸出液中，加热至70℃并保温，在转速为90r/min下，以15ml/s·L浸出液的速度通入CO2气体进行反应直至PH为10.8时停止。
②对反应后的溶液过滤，分别收集滤饼和滤液。把收集的滤液储存起来，用以电解制备碳酸氢钠和氢氧化钠。滤饼即为氢氧化铝产品，按照滤饼的质量(g)∶浓度为12％NaOH溶液体积(ml)为1∶4的比例，将滤饼加入到碱液中溶解1h后，再进行过滤，分别收集滤饼和滤液。
③按照(4)-②步骤收集的滤饼为主要含铬的物质，返回铬盐焙烧炉循环使用；收集的滤液，按照(4)-①和(4)-②步骤重复操作两次，得到的滤饼即为最终的Al(OH)₃。将该氢氧化铝在300℃下高温焙烧3h，即可得到氧化铝产品，氧化铝纯度为98.8％。
实施例2
一种综合利用铝泥废料回收铬和铝的工艺方法，同实施案例1，其中：
第(1)步中，铝泥的质量(g)∶水的体积(ml)之比为1∶2，加热至60℃并保温，在转速为180r/min下搅拌90min。
第(2)-②步中，将步骤(1)中得到的沉降物，即初步除铬后的铝泥，按照铝泥的质量(g)与水的体积(ml)之比为1∶5的比例混合均匀后，加入到电解槽的中间室作为电渗析的原料。配制0.1mol/L的硫酸钠溶液，分别加入到电解槽两端的阴极室和阳极室作为工作介质。将电解槽放入水浴加热槽中，加热至30℃并保温。打开搅拌装置，保持搅拌装置转速为60r/min，接通电源，在40V的稳压条件下电解6h。中间室的铝泥混合溶液用离心机离心分离，分别收集上清液和沉降物。上清液返回重铬酸钠生产工序循环使用，沉降物即为除铬完全的铝泥，该铝泥中的六价铬含量为0.5％。
第(3)步中，除铬完全后的铝泥质量(g)∶硫化钠的质量(g)∶浓度为100g/L的NaOH溶液体积(ml)之比为76∶1∶227的比例，将铝泥和硫化钠加入到氢氧化钠溶液中，加热至90℃，在转速为60r/min下反应2h。
第(4)-①步中，浸出液的体积(ml)∶焦磷酸钠的质量(g)之比为100∶1，加热至60℃并保温，在转速为60r/min下，以10ml/s·L浸出液的速度通入CO2气体进行反应直至PH为10.5时停止。
第(4)-②步中，滤饼的质量(g)∶浓度为10％NaOH溶液体积(ml)为1∶3，将滤饼加入到碱液中溶解1h后，分别收集滤饼和滤液。
第(4)-③步中，将氢氧化铝在300℃下高温焙烧3h，即可得到氧化铝产品，氧化铝的纯度为98.6％。
实施例3
一种综合利用铝泥废料回收铬和铝的工艺方法，同实施案例1，其中：
第(1)步中，铝泥的质量(g)∶水的体积(ml)之比为1∶5，加热至70℃并保温，在转速为240r/min下搅拌180min。
第(2)-②步中，将步骤(1)中得到的沉降物，即初步除铬后的铝泥，按照铝泥的质量(g)与水的体积(ml)之比为1∶8的比例混合均匀后，加入到电解槽的中间室作为电渗析的原料。配制1mol/L的硫酸钠溶液，分别加入到电解槽两端的阴极室和阳极室作为工作介质。将电解槽放入水浴加热槽中，加热至40℃并保温。打开搅拌装置，保持搅拌装置转速为120r/min，接通电源，在60V的稳压条件下电解8h。中间室的铝泥混合溶液用离心机离心分离，分别收集上清液和沉降物。上清液返回重铬酸钠生产工序循环使用，沉降物即为除铬完全的铝泥，该铝泥中的六价铬含量为0.8％。
第(3)步中，除铬完全后的铝泥质量(g)∶硫化钠的质量(g)∶浓度为300g/L的NaOH溶液体积(ml)之比为76∶1∶454的比例，将铝泥和硫化钠加入到氢氧化钠溶液中，加热至105℃，在转速为120r/min下反应5h。
第(4)-①步中，浸出液的体积(ml)∶焦磷酸钠的质量(g)之比为200∶1，加热至80℃并保温，在转速为120r/min下，以20ml/s·L浸出液的速度通入CO2气体进行反应直至PH为11时停止。
第(4)-②步中，滤饼的质量(g)∶浓度为10％NaOH溶液体积(ml)为1∶5，将滤饼加入到碱液中溶解2h后，分别收集滤饼和滤液。
第(4)-③步中，将氢氧化铝在300℃下高温焙烧3h，即可得到氧化铝产品，氧化铝的纯度为98.9％。