具有高pH和/或鹼度的廢料的處理方法
2024-02-05 09:50:15
專利名稱：具有高pH和/或鹼度的廢料的處理方法
技術領域：
本發明涉及具有高或低pH和/或鹼度的材料的處理。更具體來說，本發明涉及源自於鋁土礦精煉廠的殘渣、副產物和廢料的處理方法。
背景技術：
採用拜耳法生產氧化鋁會產生通常被稱作「紅泥」的工藝殘渣。一般地，每生產一噸氧化鋁則產生一到兩噸「紅泥」(基於乾重)。這種紅泥或者必須被無限期地貯存，或者必須以環境友好的方式進行處理。
粗紅泥是高苛性的，其pH一般大於13.0，並且通常約為13.5。因此存在與其貯存有關的很多問題，包括1.高苛性水和沉降物會給與之接觸的任何野生生物或人帶來嚴重威脅，因為它會造成嚴重的苛性燒傷或者死亡。
2.貯存成本高且貯存用土地無法用於其它目的。
3.難以防止苛性瀝出物從貯存區域滲透到當地的地下水系統中，並且這會在貯存區域中的紅泥的沉積停止很長時間後都在持續。
4.苛性紅泥貯存設備的管理和維護成本高。
5.與公共責任險以及環境保護和補償保證金有關的成本高，並且在未來還可能進一步提高。
降低這些成本和責任的最好辦法就是不必貯存紅泥。由於有大量的紅泥產生，因此希望它可被用在某些應用中。但是，無論是運輸還是再利用通常都需要至少部分中和該苛性物。自然老化過程最終會中和貯存的紅泥，但實現充分的中和需要數十年時間，在此期間，上面列出的所有問題都會出現。因此希望以一種不再使紅泥具有高苛性的方式來中和紅泥。
在過去已經提出了幾種用於達到此目的的可選方法，包括加酸(通常是廢硫酸或在例如煤燃燒期間產生的成酸氣體的洗滌過程中產生的酸性水)以將pH降至低於10.5，以便於更安全地貯存，或者添加大量的海水(其可通過蒸發濃縮)，或者添加石膏或鈣和鎂的氯化物(或者其它可溶性鈣和鎂鹽)以將鹼性(basicity)(主要是氫氧化鈉)和其它可溶性鹼度(alkalinity)(主要是碳酸鈉)轉化為低溶解度化合物。其它可選方案包括使用苛性紅泥中和在煤燃燒過程中產生的成酸氣體，或者用大量的二氧化碳處理溼紅泥。另外還有其它選擇，但它們均沒有被廣泛採用。
所有這些方案都能以不同的效率和不同的成本來中和苛性紅泥，進而全部或部分地解決在上面1-5中列出的一些或全部問題。
因此，對於能夠解決上述所有問題的任何可能的大量生產的可選方案來說，應當利用紅泥中和酸並且俘獲和結合大範圍痕量金屬和其它物質的能力。這種要求限制了可選中和方案的選擇。現有方法的一些缺點如下。
如果有足夠大量的廢酸可以獲得並且需要處理，那麼用酸進行中和是相當便宜的。這尤其適用於汙染的廢酸是在煤燃燒產生成酸氣體(主要是二氧化硫)的洗滌期間產生的情況。但是，難以獲得足夠量的廢酸來中和在鋁土礦精煉廠產生的所有紅泥，而且所中和的紅泥在處理酸性和/或金屬汙染的水或硫化廢石、尾渣或土壤時幾乎沒有利用價值。因此，除非確定這種材料可有其它用途，否則以這種方式中和的紅泥必須被無限期地貯存，並且貯存區域最終必須被恢復。
如果鋁土礦精煉廠靠近海岸的話，使用大量海水進行中和是非常有效的。使用海水有助於節約淡水，並且所產生的被海水中和的紅泥適用於處理酸性和/或金屬汙染的水或硫化廢石、尾渣或土壤等。但是，如果要求排放水滿足常規環境標準，則需要大量的海水(通常是待中和粗紅泥體積的12到18倍)。另外，在中和過程中使用的消耗了鈣和鎂的海水在被返回到大海中之前需要大的池子來使固體沉降。這些限制和其它一些水質量管理問題大大增加了通過大量需要被移動的流體和所需的大池尺寸而進行的中和過程的成本。
在不靠近海岸的精煉廠可添加某些鈣和鎂鹽(通常是氯化物鹽)。這將產生適用於處理酸性和/或金屬汙染的水或硫化廢石、尾渣或土壤等的中和紅泥。所需的沉降池較小，但需要處理廢鹽水(一般通過蒸發)。需要大量的可溶性鈣和鎂鹽。無論是可溶性鈣和鎂鹽的成本還是管理鹽水的成本都很高。
使用蒸發濃縮的海水來中和紅泥的技術把海水的低成本與添加鈣和鎂鹽所需的流體量的減少結合到了一起。這項技術還可使用可得到的低成本的富含鈣和鎂的含鹽地下水以及鹽湖鹽水。對高成本的外加可溶性鈣和鎂鹽的需求被儘可能地減少，而且該處理產生適用於處理酸性和/或金屬汙染的水、硫化廢石、尾渣或土壤等的中和材料。但需要建造一個或多個大的蒸發池，並且消耗了鈣和鎂的廢鹽水的管理成本也很高。
利用苛性紅泥中和煤燃燒過程中產生的成酸氣體的技術在一些精煉廠中被採用，但其主要目的是淨化氣體排放物，而不是中和紅泥。中和紅泥是附帶的益處，但其僅僅用於在每個精煉廠產生的一部分紅泥。而且，所產生的中和紅泥在處理酸性和/或金屬汙染的水或硫化廢石、尾渣或土壤時幾乎沒有再利用價值，除非確定這種材料可以有其它一些用途，否則它必須被無限期地貯存，並且貯存區域最終必須被恢復。
使用石膏或二氧化碳或者類似方案進行的中和可產生可安全貯存的紅泥。但是，這些方法的成本高並且所產生的中和紅泥在處理酸性和/或金屬汙染的水或硫化廢石、尾渣或土壤時再利用價值不大，除非確定這種材料可以有其它一些用途，否則它必須被無限期地貯存，並且貯存區域最終必須被恢復。
發明目的本發明的目的是克服或基本上改善至少一種上述缺點。
發明概述根據本發明的第一方面，提供一種廢料處理方法，該廢料包含具有高鹼度和/或pH的第一物種(species)，該方法包括以下步驟-(a)將廢料與數量足以使至少一些所述第一物種被鈍化的第一處理材料接觸，從而得到處理過的廢料；並且-(b)之後將處理過的廢料與具有低pH的足量第二處理材料接觸，以使廢料的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
根據本發明的第二方面，提供一種廢料處理方法，該廢料包含具有高鹼度和/或pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將廢料與數量足以使至少一些所述第一物種被鈍化的第一處理材料接觸，從而得到處理過的廢料；並且-(b)之後將與廢料分離的液相與具有低pH的足量第二處理材料接觸，以使該液相的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
正如在本說明書中所述的，單詞「鈍化」和「鈍化的」包括(但不限於)將液相、固相、物種、廢料、處理過的廢料或者它們的任意組合或一部分中和或轉化為具有較低pH和/或鹼度的至少一種物種，和/或轉化為具有較低pH和/或鹼度的一種或多種其它物種；和/或沉澱一種或多種基本上不溶的物種。
廢料可以是紅泥或源自紅泥或與紅泥分離的液體或沉清液體。
根據本發明的第三方面，提供一種紅泥處理方法，該方法包括以下步驟-(a)將紅泥與包含水溶性鹼土金屬鹽的第一處理材料接觸，以降低紅泥的pH和鹼度中的至少一個；並且-(b)將紅泥與pH低於7的第二處理材料接觸，以將紅泥的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
在根據本發明此方面的方法的步驟(b)中，pH可被降低至小於大約9.5，優選小於大約9.0。
在根據本發明此方面的方法的步驟(b)中，以碳酸鈣當量鹼度表示的總鹼度可優選地降低至小於200mg/L。
根據本發明的第四方面，提供一種紅泥處理方法，該方法包括以下步驟-(a)將紅泥與包括含有水溶性鹼土金屬鹽的溶液的第一處理材料接觸，以降低紅泥的pH和鹼度中的至少一個，並形成由此產生的溶液；-(b)把由此產生的溶液與紅泥分離；並且-(c)將由此產生的溶液與pH低於7的第二處理材料接觸，以使該溶液的pH降低至環境可以接受的水平。
在根據本發明此方面的方法的步驟(c)中，pH可被降低至小於大約9.5，優選小於大約9.0。
在根據本發明此方面的方法的步驟(c)中，以碳酸鈣當量表示的所述溶液的總鹼度可優選地降低至小於200mg/L。
根據本發明的第五方面，提供一種紅泥液體組分的處理方法，該液體組分包括具有高pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將所述液體組分與紅泥分離；-(b)將所述液體組分與數量足以使至少一部分所述第一物種被鈍化並且一部分被鈍化的第一物種被沉澱的第一處理材料接觸，從而得到處理過的液體組分；以及-(c)將所述沉澱鈍化的第一物種與該處理過的液體組分分離，從而得到分離的沉澱物和處理並分離的液體組分；並且-(d)將處理並分離的液體組分與pH小於7的第二處理材料接觸，以使該溶液的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
在根據本發明此方面的方法的步驟(d)中，pH可被降低至小於大約9.5，優選小於大約9.0。
在根據本發明此方面的方法的步驟(d)中，以碳酸鈣當量表示的所述溶液的總鹼度可優選地降低至小於200mg/L。
根據本發明的第六方面，提供一種紅泥液體組分的處理方法，該液體組分包括具有高pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將所述液體組分與紅泥分離；-(b)將所述液體組分與數量足以使所述液體組分的pH降低並形成沉澱物的包含水溶性鹼土金屬鹽的第一處理材料接觸，從而獲得處理過的液體組分；以及-(c)將所述沉澱物與所述處理過的液體組分分離，從而獲得分離的沉澱物和處理並分離的液體組分；並且-(d)將該處理並分離的液體組分與pH小於7的第二處理材料接觸，以使該溶液的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
在根據本發明此方面的方法的步驟(d)中，pH可被降低至小於大約9.5，優選小於大約9.0。
在根據本發明此方面的方法的步驟(d)中，以碳酸鈣當量表示的所述溶液的總鹼度可優選地降低至小於200mg/L。
該鹼土金屬通常是鈣或鎂或二者的混合物，或者更優選地是鎂。
在根據本發明第一、第二、第三和第四方面的方法的步驟(a)中以及根據本發明第五和第六方面的方法的步驟(b)中，廢料、紅泥或液體組分的pH根據具體情況可被降低至大約8.5-10，也可大約8.5-9.5，也可大約9-10，也可大約9.5-10，優選大約9-9.5。
在根據本發明第一、第二和第三方面的方法的步驟(b)中，根據本發明第三方面的方法的步驟(c)中以及根據本發明第五和第六方面的方法的步驟(d)中，處理過的廢料、液相、紅泥、所產生的溶液或處理並分離的液體組分的pH根據具體情況可被降低至大約5.5-9.0，也可大約6-8，也可大約6.5-8，也可大約6.0-8.5，也可大約6.5-8.5，也可大約9-9.5，優選大約7.0-8.5，理想地是小於大約9.0。
在根據本發明第一、第二、第三和第四方面的方法的步驟(a)中以及根據本發明第五和第六方面的方法的步驟(b)中，以碳酸鈣鹼度表示的廢料、紅泥或液體組分的總鹼度根據具體情況可被降低至大約200mg/L-1000mg/L，也可大約200mg/L-900mg/L，也可大約200mg/L-800mg/L，也可大約200mg/L-700mg/L，也可大約200mg/L-600mg/L，也可大約200mg/L-500mg/L，也可大約200mg/L-400mg/L，也可大約200mg/L-300mg/L，也可大約300mg/L-1000mg/L，也可大約400mg/L-1000mg/L，也可大約500mg/L-1000mg/L，也可大約600mg/L-1000mg/L，也可大約700mg/L-1000mg/L，也可大約800mg/L-1000mg/L，也可大約900mg/L-1000mg/L，優選小於300mg/L。
在根據本發明第一、第二、第三方面的方法的步驟(b)中，根據本發明第三方面的方法的步驟(c)以及根據本發明第五和第六方面的方法的步驟(d)中，以碳酸鈣鹼度表示的處理過的廢料、液相、紅泥、所產生的溶液或處理並分離的液體組分的總鹼度根據具體情況可被降低至大約200mg/L-500mg/L，也可大約200mg/L-400mg/L，也可大約200mg/L-300mg/L，也可大約200mg/L-250mg/L，優選小於200mg/L。
第一處理材料可選自海水、蒸發濃縮的海水、水溶性鈣鹽、水溶性鎂鹽、氯化鈣、氯化鎂、硫酸鎂、含水溶性鈣鹽的鹽水、含水溶性鎂鹽的鹽水、或者它們的任意組合。含水溶性鹽(最重要的是鈣和鎂鹽)的鹽水可以是天然鹽水，或者它們可源於人工形成(例如來自反滲透脫鹽設備的廢水流)。第一處理材料因而可以是來自反滲透脫鹽設備的富含鈣和/或鎂的廢水。為了用作第一處理材料而富含的鈣和/或鎂所需的鈣和鎂的濃度類似於在上述濃縮海水中的濃度。
第一處理材料的pH並不是特別重要，但它通常為大約6.0-10.0。第一處理材料的濃度也不是關鍵因素，但其濃度優選大於鈣和鎂的基本量；鈣的基本量是大約150mg/L，而鎂的基本量是大約250mg/L。但是希望在第一處理材料中鈣的量是大約200-300mg/L，而鎂的量是大約300-750mg/L。為了有效地進行處理，優選使用在上述數值範圍的較高區域中並且甚至是超出上述數值範圍的上限的濃度，所使用的濃度取決於可在溶液中形成的各種化合物的溶解度以及該溶液的溫度。
第二處理材料可選自廢酸、從廢氣洗滌器獲得的酸性水、從黃鐵礦材料、煤或油的焙燒或燃燒獲得的氣體、其它任何酸、或者它們的任意組合。
第二處理材料可以是包含酸或廢酸的溶液，因而其pH應當優選地低於大約6.0。可以理解，第二處理材料中的pH越低(因而氫離子或酸的濃度越高)越好，因為pH越低所需的第二處理材料越少。理想地，第二處理材料的pH應當小於大約2.0，優選小於1.0。(當然，pH隨著氫離子的濃度而變化，因而對於濃度的單獨要求是不需要的)在根據本發明第二方面的方法的步驟(a)中，在與第一處理材料接觸之後，液相的pH可以為9.0-9.5。可選地或另外地，它可具有300mg/L或更低的鹼度。為了優化紅泥的處理，固液相優選地被充分混合，並保持接觸至少5分鐘。在根據本發明此方面的方法的步驟(a)中的處理之後，可通過沉降固相併在隨後將液相排出而將固液相分離。
在根據本發明第二方面的方法的步驟(b)中，至少一部分第二處理材料可被添加到該液相中，直至其pH小於9.0且鹼度小於200mg/L。可將該液相排入大海。可選地，該液相或者其一部分可被傳送到蒸發池中以用於鹽的回收。
在根據本發明此方面的方法的進一步的步驟中，固相可被完全或部分地乾燥。可選地，它可根據需要作為淤漿被保留，以便再利用或貯存。可根據任何特定的再利用的用途，通過用淡水洗滌或通過加入化學添加劑來進一步處理或改進該固體材料。
通過將紅泥與第一處理材料分離而獲得的固相可在隨後的步驟中被完全中和，以得到7.0-8.5的反應pH，或者得到遠低於針對安全運輸和再利用而制定的最嚴格標準的pH(即，根據巴塞爾公約，反應pH應當小於11.5，優選小於10.5)。有利地，它被中和至小於10.5的反應pH。環境標準通常對鹼度沒有限制。固體材料的TCLP(毒性特徵滲出過程)值通常要足夠地低，以致於它可被歸類為環境安全的惰性固體。這種材料可採用最有利的形式(作為淤漿或乾燥或部分乾燥的固體)運輸以便再利用。
該固體材料可包括下述礦物(按照豐度降低的順序)赤鐵礦[Fe2O3]、勃姆石[γ-AlOOH]、三水鋁石[Al(OH)3]、方鈉石[Na4Al3Si3O12Cl]、石英[SiO2]和鈣霞石[(Na，Ca，K)8(Al，Si)12O24(SO4，CO3).3H2O]，以及其它礦物(按照字母順序)，通常包括但不限於文石[CaCO3]、水鎂石[Mg(OH)2]、方解石[CaCO3]、水鋁石[β-Al2O3.H2O]、水鐵礦[Fe5O7(OH).4H2O]、石膏[CaSO4.2H2O]、水鋁鈣石[Ca2Al(OH)7.3H2O]、水滑石[Mg6Al2CO3(OH)16.4H2O]、鈦氧化物、纖鐵礦[γ-FeOOH]、磁赤鐵礦[γ-Fe2O3]、p-鋁水鈣石(p-aluminohydrocalcite)[CaAl2(CO3)2(OH)4.3H2O]和氫氧鈣石[Ca(OH)2]。
如果需要，可通過用淡水洗滌除去可溶性鹽來對該固體材料作進一步處理。有利地，可將該洗滌水添加到在用第二處理材料處理的過程中或之後產生的處理水中。可選地，該洗滌水和任選的任何特定的再利用用途所需的任何外加化學添加劑可在中和之後和再利用之前應用於固相。
本發明人發現，當把海水或濃縮海水、或者其它富含鈣和鎂的鹽水、或者可溶性鈣和鎂鹽(通常是氯化物鹽)的混合物、或者它們的任意組合添加到作為拜耳法生產氧化鋁的副產物的苛性紅泥中時，或者添加到可與苛性紅泥分離的液體中時，添加物的中和效果最初很大。但該效果隨著接近完全中和而快速降低。
完全中和被定義為，可與處理過的紅泥或處理溶液混合物分離的液體具有小於9.0的pH和小於200mg/L的總鹼度(以碳酸鈣當量鹼度表示)。這種水可被安全地排放到海洋環境中。對於每一體積紅泥廢料來說，單獨使用海水進行完全中和通常需要添加12-18體積的世界平均海水(412mg鈣/L和1,290mg鎂/升)。所需海水的精確量主要取決於原始紅泥中固體的比例及其初始鹼度。
應當理解，在整個這篇文件中，鹼度是指碳酸鈣當量鹼度。
作為海水的替代物，可使用水溶性鈣和/或鎂鹽，其用量類似於從海水中獲得的鈣和鎂鹽的量。
本發明人發現，如果未處理的紅泥具有大約13.5的pH和大約20,000mg/L的鹼度，則添加大約5體積的世界平均海水將把pH降低到9.0-9.5並將鹼度降低到大約300mg/L。
但如果將pH降低到小於9.0且鹼度小於200mg/L以滿足排入到海洋環境中的水的要求，則需要再添加8-12體積的世界平均海水。如果紅泥的原始鹼度高於或低於大約20,000mg/L的值，則進行部分或完全處理所需的海水量需要按照高出或低於20,000mg/L的鹼度的比例來增加或降低。因此，使用進行完全處理所需水量的三分之一就可以完成大於95％的處理，從而大大降低了水處理和貯存的成本。
在液相符合排放到海洋環境中的要求之前，還需對其作進一步處理。舉例來說，如果該液相具有9.0-9.5的pH和大約300mg/L的鹼度，則需要將pH降低到小於9.0，並將鹼度降低到200mg/L或更小。一旦液相與固相分離，則可通過添加少量的酸(理想地是廢酸或來自排氣煙道中的洗滌器的酸性水)來降低液相的pH和鹼度。但所需的酸量並不象中和原始紅泥所需的酸量那麼大；例如，將1kL原始紅泥(具有大約20,000mg/L的鹼度)中和至達到排放標準需要大約400摩爾的酸，而中和1kL上述用海水處理後的分離液體只需要大約2摩爾的酸(即1L濃硫酸的當量可將18kL海水處理後剩餘的液體中和至達到排放標準)。因此，顯而易見，把少量酸添加到原始紅泥中對於中和紅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鈣和鎂的鹽水處理紅泥並分離固相後剩餘的液體中將會對最終的水質量產生很大的影響。
當把海水或蒸發濃縮的海水、或其它富含鈣和鎂的鹽水、或可溶性鈣和鎂鹽(通常是氯化物鹽)的混合物、或者它們的任意組合添加到紅泥中時，可以實現部分中和。通過添加這些處理材料中的任意一種或者它們的組合，可溶性氫氧化物和碳酸鹽可被轉化為低溶解度的無機沉澱物。其結果是紅泥的鹼性被降低，同時大部分可溶性鹼度被轉化為固體鹼度。更具體來說，紅泥廢料中的氫氧離子通過與海水或蒸發濃縮的海水、或其它富含鈣和鎂的鹽水、或可溶性鈣和鎂鹽(通常是氯化物鹽)的混合物、或者它們的任意組合中的鎂反應形成水鎂石而被大部分地中和，但有一些也在水滑石的沉澱中被消耗，或者在文石或方解石或其它鈣礦石中通過鎂同晶取代鈣而被消耗。在添加海水或蒸發濃縮的海水、或其它富含鈣和鎂的鹽水、或可溶性鈣和鎂鹽(通常是氯化物鹽)的混合物、或者它們的任意組合之前，大部分勃姆石和三水鋁石存在於紅泥廢料中，但晶體生長由於混合物pH的下降而繼續，並且鋁變得不易溶。同時，海水或蒸發濃縮的海水、或其它富含鈣和鎂的鹽水、或可溶性鈣和鎂鹽(通常是氯化物鹽)的混合物、或者它們的任意組合中的鈣通過形成方解石和/或文石和其它礦物(如草酸鈣石、鈣霞石、螢石、氫氧鈣石、水鋁鈣石和p-鋁水鈣石)而降低了紅泥廢料中的碳酸鹽鹼度。一些碳酸鹽也在鈣霞石、p-鋁水鈣石、水滑石沉澱中被消耗掉。
鈣和鎂的「基本量」以及「處理量」都是必需的。鎂和鈣的處理量參與上述反應，並且是高於基本量的量，它表示的是這樣的濃度，當低於該濃度時，將會進行最小處理或者處理將進行得非常緩慢。基本量也表示一旦大部分的中和(即至少50％)完成後可在溶液中存在的最小量；即並不是所有的鈣和鎂都參加反應。鈣的基本量是大約150mg/L(約4毫摩爾/升)，而鎂的基本量是大約250mg/L(約10毫摩爾/升)，並且除非海水或蒸發濃縮的海水、或其它富含鈣和鎂的鹽水、或可溶性鈣和鎂鹽(通常是氯化物鹽)的混合物、或者它們的任意組合中的鈣和鎂濃度超出這些量，否則中和反應即使有也進行得異常緩慢。
而且已經發現，對於有效的中和來說，在第一處理材料中存在的鈣和鎂的量應當不小於鈣的大約300mg/L(約7.5毫摩爾/升)和鎂的大約750mg/L(大約30毫摩爾/升)。這些量分別相當於鈣的基本量+大約150mg/L鈣以及鎂的基本量+大約500mg/L鎂。使用較少量的鈣和/或鎂的反應將是緩慢的，並且需要並不希望的大量處理流體，而較大的濃度將會更加有效地工作，並且需要大大減少的處理流體量。
對於初始鹼度為大約20,000mg/L的紅泥來說，每升紅泥需要大約4,200毫克鎂和大約1,000毫克鈣的處理量，而對於具有更高初始鹼度的紅泥來說則需要得更多，對於具有較低初始鹼度的紅泥來說則需要得較少。
鎂的處理量與鈣的處理量之比應當至少為大約2，有利地是大約6-25，優選大約12-16，更優選為13-15，理想地是每摩爾鈣大約14摩爾的鎂。假設在第一處理材料中存在鈣和鎂中的至少一種，優選兩種的最小基本量和最小處理量，則摩爾比的上述變化是可以接受的。
海水可被用在本發明的紅泥中和方法中的主要原因在於它廉價並且是豐富的鈣和鎂離子源。但是，本發明人已經發現，蒸發濃縮的海水工作得更為有效，因為在其中存在比基本量更多的鈣和鎂離子(作為處理量)。這意味著，例如，具有兩倍於普通鈣和鎂濃度的海水作為中和劑比兩倍體積的普通海水要有效得多。
而且，由於在中和過程中鎂離子比鈣更重要，因此可使用在碳酸鈣(或者甚至是石膏)開始沉澱的點之上濃縮的海水或其它鹽水。因此，當可以獲得蒸發濃縮的海水時，實現充分中和所需的水的體積與本來所需的普通海水的體積相比被大大地降低了。例如，根據該方法的所有方面的步驟(a)，每1kL紅泥使用略多於2kL的兩倍於正常海洋鹽濃度的水就可充分中和具有大約20,000mg/L的初始鹼度的紅泥，相比較而言，每1kL紅泥則需要大約5kL的普通海水。類似地，如果使用具有一倍半於普通海洋鹽濃度的海水，則每1kL紅泥使用大約3.5kL的所述水就可充分中和初始鹼度為大約20,000mg/L的紅泥，相比較而言，每1kL紅泥則需要使用大約5kL的普通海水。
當無法獲得海水時，也可使用其它方便的富含鈣和鎂的鹽水源來代替。這種鹽水可從天然源獲得，如地下水或鹽湖鹽水，或者也可通過把鈣和鎂鹽添加到包含不足量的鈣和/或鎂的鹽水(包括海水)或水中來人工製備，或者它們可以是例如來自反滲透脫鹽設備的廢水流中的富含鈣和鎂的廢水鹽水。當添加鈣和鎂鹽時，希望使用氯化物鹽(因為這類鹽相當便宜且容易獲得)。也可使用硫酸鎂鹽，但硫酸鈣的溶解度太低，以致於無法有效地工作。鈣和鎂的氧化物、氫氧化物和碳酸鹽是不適合的，因為它們無助於降低可溶性鹼度。
當使用蒸發濃縮的海水或富含鈣和鎂的鹽水、或可溶性鈣和鎂鹽的混合物、或者它們的任意組合來代替海水時，紅泥的中和及排放水的處理可遵循以上針對使用海水進行中和所述的相同步驟來進行。但是，當使用不包括海水或蒸發濃縮的海水或者組成類似的鹽水的處理溶液時，通常由海水提供的緩衝能力的降低可能意味著pH讀數的不穩定並且可快速變化。在這些環境下，監控該中和進程應當基於鹼度的變化，並且對於製備處理過的紅泥來說要將鹼度降低至300mg/L或更低，對於製備排放廢水來說則要將鹼度降低至200mg/L或更低。
根據本發明此方面的方法也可被用於中和任何沉清苛性液體，其中該沉清苛性液體可在開始紅泥的任何處理之前或者在紅泥的部分處理的任何階段與紅泥分離。
就本發明人目前所知，本發明此方面的方法提供了最經濟，因而也是最佳的用於中和來自鋁土礦精煉廠的苛性紅泥殘渣的方法，其方式使得處理過的紅泥殘渣可以對環境安全地進行貯存、運輸或再利用，並且殘餘的處理液體可被安全地排放到海洋環境中，或者保留在蒸發池中用於鹽的回收。
根據本發明的第七方面，提供一種廢料處理方法，該廢料包含具有高鹼度和/或pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將廢料與數量足以使至少一些所述第一物種被鈍化的第一處理材料接觸，從而獲得處理過的廢料；-(b)將廢料和處理材料的混合物中的固液相分離；並且-(c)之後將分離的液相與具有低pH的足量第二處理材料接觸，以使廢料的pH降低至環境可以接受的水平。
該廢料可以是紅泥或來源於紅泥或與紅泥分離的液體或沉清液體。
根據本發明的第八方面，提供一種紅泥處理方法，該方法包括以下步驟-(a)將紅泥與包含水溶性鹼土金屬鹽的第一處理材料接觸，以降低紅泥的pH和鹼度中的至少一個；
-(b)將接觸過的紅泥分離成固相和液相；並且-(c)將分離的液相與pH低於7的第二處理材料接觸，以把該分離的液相的pH降低至小於9.0。
在根據本發明此方面的方法的步驟(c)中，以碳酸鈣當量鹼度表示的總鹼度可被降低到小於200mg/L。
根據本發明的第九方面，提供一種紅泥處理方法，該方法包括以下步驟-(a)將廢料與包括含有水溶性鹼土金屬鹽的溶液的第一處理材料接觸，以降低紅泥的pH和鹼度中的至少一個，並且形成所產生的溶液；-(b)將廢料和處理材料的混合物中的固相和液相分離；並且-(c)將分離的液相與pH低於7的第二處理材料接觸，以使該溶液的pH降低至小於9.0。
在根據本發明此方面的方法的步驟(c)中，以碳酸鈣當量表示的所述溶液的總鹼度被降低至小於200mg/L。
實施例步驟1向苛性紅泥中添加海水，直到液相的pH為9.0-9.5且鹼度為300mg/L或更低。為了優化處理，將固體部分和液體部分充分混合併保持接觸至少5分鐘。
步驟2通過沉降和潷出液體部分而將固體和液體部分分離；步驟3將廢酸添加到液體部分中，直到pH小於9.0且鹼度小於200mg/L。
步驟4將已滿足環境標準的液相排放到大海中。
步驟5固相作為淤漿保留，以便再利用。
權利要求
1.廢料處理方法，該廢料包含具有高鹼度和/或pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將廢料與數量足以使至少一些所述第一物種被鈍化的第一處理材料接觸，從而得到處理過的廢料；-(b)將廢料和處理材料混合物中的固液相分離；並且-(c)之後將分離的液相與具有低pH的足量第二處理材料接觸，以使廢料的pH降低至環境可以接受的水平。
2.廢料處理方法，該廢料包含具有高鹼度和/或pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將廢料與數量足以使至少一些所述第一物種被鈍化的第一處理材料接觸，從而得到處理過的廢料；-(b)將廢料和處理材料混合物中的固液相分離；並且-(c)之後將與廢料分離的液相與具有低pH的足量第二處理材料接觸，以使該液相的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
3.權利要求2的廢料處理方法，其中，在步驟(a)中，所述液相在其被處理之前或之後與廢料分離。
4.紅泥處理方法，該方法包括以下步驟-(a)將紅泥與包含水溶性鹼土金屬鹽的第一處理材料接觸，以降低紅泥的pH和鹼度中的至少一個；並且-(b)將紅泥與pH低於7的第二處理材料接觸，以將紅泥的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
5.紅泥處理方法，其中，在該方法的步驟(b)中，pH被降低至小於大約9.5。
6.權利要求4的紅泥處理方法，其中，在該方法的步驟(b)中，以碳酸鈣當量鹼度表示的總鹼度被降低至小於200mg/L。
7.紅泥處理方法，該方法包括以下步驟-(a)將紅泥與包括含有水溶性鹼土金屬鹽的溶液的第一處理材料接觸，以降低紅泥的pH和鹼度中的至少一個，並形成由此產生的溶液；-(b)將由此產生的溶液與紅泥分離；並且-(c)將由此產生的溶液與pH低於7的第二處理材料接觸，以使該溶液的pH降低至環境可以接受的水平。
8.權利要求7的紅泥處理方法，其中，在步驟(c)中，pH被降低至小於大約9.0。
9.權利要求7的紅泥處理方法，其中，在步驟(c)中，以碳酸鈣當量表示的所述溶液的總鹼度被降低至小於200mg/L。
10.紅泥液體組分的處理方法，該液體組分包括具有高pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將所述液體組分與紅泥分離；-(b)將所述液體組分與數量足以使至少一部分所述第一物種被鈍化並且一部分被鈍化的第一物種被沉澱的第一處理材料接觸，從而獲得處理過的液體組分；-(c)將所述沉澱鈍化的第一物種與該處理過的液體組分分離，從而獲得分離的沉澱物和處理並分離的液體組分；並且-(d)將處理並分離的液體組分與pH小於7的第二處理材料接觸，以使該溶液的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
11.權利要求10的紅泥液體組分的處理方法，其中，在步驟(d)中，pH被降低至小於大約9.0。
12.權利要求10的紅泥液體組分的處理方法，其中，在步驟(d)中，以碳酸鈣當量表示的所述溶液的總鹼度被降低至小於200mg/L。
13.紅泥液體組分的處理方法，該液體組分包括具有高pH的第一物種，該方法包括以下步驟-(a)將所述液體組分與紅泥分離；-(b)將所述液體組分與數量足以使所述液體組分的pH降低並形成沉澱物的包含水溶性鹼土金屬鹽的第一處理材料接觸，從而獲得處理過的液體組分；以及-(c)將所述沉澱物與所述處理過的液體組分分離，從而獲得分離的沉澱物和處理並分離的液體組分；並且-(d)將該處理並分離的液體組分與pH小於7的第二處理材料接觸，以使該溶液的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
14.權利要求13的紅泥液體組分的處理方法，其中，在步驟(d)中，pH被降低至小於大約9.0。
15.權利要求13的紅泥液體組分的處理方法，其中，在步驟(d)中，以碳酸鈣當量表示的所述溶液的總鹼度可被優選地降低至小於200mg/L。
16.權利要求13的紅泥液體組分的處理方法，其中，該鹼土金屬是鈣或鎂。
17.權利要求1、2、4或7中任一項的方法，其中，在步驟(a)中，廢料、紅泥或液體組分的pH根據具體情況被降低至大約8.5-10。
18.權利要求10或13的方法，其中，在步驟(b)中，廢料、紅泥或液體組分的pH根據具體情況被降低至大約8.5-10。
19.權利要求1、2、4或7中任一項的方法，其中處理過的廢料、液相、紅泥、所產生的溶液或處理並分離的液體組分的pH根據具體情況被降低至大約5.5-8.5。
20.權利要求1、2、4或7中任一項的方法，其中以碳酸鈣鹼度表示的廢料、紅泥或液體組分的總鹼度根據具體情況被降低至大約200mg/L-1000mg/L。
21.權利要求1、2、4或7中任一項的方法，其中以碳酸鈣鹼度表示的處理過的廢料、液相、紅泥、所產生的溶液或處理並分離的液體組分的總鹼度根據具體情況被降低至大約200mg/L-500mg/L。
22.上述權利要求中任一項的方法，其中第一處理材料選自海水、蒸發濃縮的海水、水溶性鈣鹽、水溶性鎂鹽、氯化鈣、氯化鎂、含水溶性鈣鹽的鹽水、含水溶性鎂鹽的鹽水、或者它們的任意組合。
23.上述權利要求中任一項的方法，其中第一處理材料的pH是大約6.0-10.0。
24.上述權利要求中任一項的方法，其中第一處理材料中鈣的濃度大於大約150mg/L，而鎂的濃度大於大約250mg/L。
25.上述權利要求中任一項的方法，其中第一處理材料中鈣的濃度是大約200-300mg/L，而鎂的濃度是大約300-750mg/L。
26.上述權利要求中任一項的方法，其中第二處理材料選自廢酸、從廢氣洗滌器獲得的酸性水、其它任何酸、從黃鐵礦材料、煤或油的焙燒或燃燒獲得的氣體，或者它們的任意組合。
27.權利要求26的方法，其中第二處理材料的pH小於大約2.0。
28.權利要求2的方法，其中，在步驟(a)中，該液相在與第一處理材料接觸之後具有9.0-9.5的pH。
29.權利要求2或28的方法，其中，在步驟(a)中，該液相具有300mg/L或更低的鹼度。
30.上述權利要求中任一項的方法，其中固相和液相被充分混合併保持接觸至少5分鐘。
31.權利要求13的方法，其中，在步驟(a)的處理之後，通過沉降固相併在隨後將液相排出而將固相和液相分離。
32.權利要求13-31中任一項的方法，其中，在步驟(d)中，至少一部分第二處理材料被添加到液相中，直到其pH小於9.0並且鹼度小於200mg/L。
33.上述權利要求中任一項的方法，其中，在另一個步驟中，固相被完全或部分地乾燥。
34.權利要求1-32中任一項的方法，其中，固相根據需要被作為淤漿保留，以用於再利用或貯存。
35.上述權利要求中任一項的方法，其中，在隨後的步驟中，固相被完全中和至pH低於11.5。
36.權利要求36的方法，其中固相被中和至pH小於10.5。
37.上述權利要求中任一項的方法，其中，在隨後的步驟中，用淡水洗滌固相以除去可溶性鹽。
38.上述權利要求中任一項的方法，其中在第一處理材料中存在的鈣的量大於大約300mg/L(大約7.5毫摩爾/L)。
39.上述權利要求中任一項的方法，其中在第一處理材料中存在的鎂的量大於大約750mg/L(大約30毫摩爾/L)。
40.上述權利要求中任一項的方法，其中鎂的處理量與鈣的處理量之比為至少大約2。
41.上述權利要求中任一項的方法，其中第一處理材料是蒸發濃縮的海水。
42.權利要求41的方法，其中第一處理材料是蒸發濃縮的海水，其中該海水已被濃縮至超出碳酸鈣(或者甚至是石膏)開始沉澱的點。
43.權利要求41的方法，其中第一處理材料是蒸發濃縮的海水，其中該海水被濃縮到至少一倍半於正常海洋鹽濃度。
44.權利要求41的方法，其中第一處理材料是向其中添加了鈣鹽和鎂鹽中的至少一種的蒸發濃縮的海水。
45.上述權利要求中任一項的方法，其中第一處理材料是富含鈣和鎂的廢水。
46.上述權利要求中任一項的方法，包括作為初始步驟，在開始處理之前將沉清苛性液與紅泥分離。
全文摘要
本發明公開了一種廢料處理方法，該廢料包含具有高鹼度和/或pH的物種。該方法包括將廢料與第一處理材料如通過蒸發濃縮的海水接觸的步驟。第一處理材料的量要足以使至少一些鹼性物種被鈍化，從而獲得處理過的廢料。該方法還包括以下步驟將處理過的廢料分成固相和液相，隨後將該液相與具有低pH的足量第二處理材料接觸，以使該液相的pH和鹼度中的至少一個降低至環境可以接受的水平。
文檔編號C02F11/14GK1671628SQ03817372
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月4日 優先權日2002年7月4日
發明者D·麥康基, M·W·克拉克, F·G·戴維斯-麥康基, T·H·賴弗爾 申請人:諾沃技術投資有限公司