碱厂碱渣(白泥)资源化利用可行性研究.pdf
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1、青岛理工大学 硕士学位论文 碱厂碱渣(白泥)资源化利用可行性研究 姓名:刘冉 申请学位级别:硕士 专业:环境工程 指导教师:宋志文 2011-12 青岛理工大学工程硕士学位论文 摘要 我国纯碱工业迅速发展带来的碱渣( 白泥) 污染问题非常突出。碱渣堆放会 侵占大量的土地和海域,使土地盐碱化,堵塞河道危及航道。碱渣处理一直是世 界性难题,各国学者做了大量工作。目前处理方法主要包括:直接排海;筑坝存 渣,清液入海( 河) ;生产水泥、碱渣砖;制碱渣土及填垫材料;制抹坎砂浆; 用碱渣( 白泥) 进行脱硫;生产钙镁肥或土壤改良剂等。 本研究针对青岛碱业股份有限公司碱渣( 白泥) 缺乏有效处理方法的现实
2、情 况以及青岛胶州湾新产业区的实际需要,在进行了大量调研和现场实验的基础 上,提出了利用碱渣( 白泥) 制成碱渣土( 工程土) ,大批量用于青岛市北新产 业区场地和地基、路基填筑的设想,一方面可以实现碱渣( 白泥) 的资源化利用, 减少环境污染;另一方面又可节约宝贵的土地和矿产资源。 通过对项目建设条件、实施技术及建设方案的研究论证,得到以下结论: ( 1 ) 项目建设条件的可行性分析:利用碱渣( 白泥) 制成碱渣十( 工程土) , 大批量用于新产业区场地和地基、路基填筑项目具有良好的政策环境,社会环境, 有先进的国内外治理经验做依据,前期的基础工作为突破碱渣( 白泥) 综合治理、 综合利用技
3、术奠定了基础。 ( 2 ) 项目实施技术的可行性研究:项目通过多种室内试验和现场的载荷试 验系统研究了碱渣制T 程土的工程性质。结果表明,试验土料完全可以作为压实 填土应用于路基挚层或建筑物地基挚层。 ( 3 ) 碱渣土填地项目的实施,既可消除胶州湾碱渣( 白泥) 污染;同时也 可解决园区填土造地的土源问题,避免了对土地植被的破坏,有着双重的、重要 的环保意义。 关键词:碱渣;碱渣土;综合利用;路基垫层 A b s t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs o d a i n d u s t r y , a l k a l
4、 ic o n t a m i n a t i o ni s v e r y p r o m m e n ti no u rc o u n t r y L a r g en u m b e ro fa l k a l iw a s t er a n d o ms t a c k i n gw i l lo c c u p y al o to fl a n da n ds e a ,a n dc o u r s es a l i n i z a t i o no fl a n da n db l o c k r i v e rc h a n n e l A l k a l i w a s t e
5、t r e a t m e n th a sa l w a y sb e e naw o r l d w i d ep r o b l e m S c h o l a r sf r o m v a r i o u s c o u n t r i e sh a v ep a i dal o to fe f f o r ta n dg e tal o to f e x p e r i e n c ei nh a n d l i n g T h eg e n e r a l t r e a t m e n tm e t h o d s :d i r e c t l yd i s c h a r g
6、i n gi n t ot h es e a ;a l k a l iw a s t er e t a i ni n s t o r a g e d a ma n dc l e a rl i q u i di n t ot h er i v e r ( s e a ) ;p r o d u c ec e m e n ta n da l k a l ib r i c k s ;p r o d u c e a l k a l is o i la n d p a d d i n gm a t e r i a l s ;p r o d u c em o r t a r ;a l k a l if o
7、rd e s u l f u r i z a t i o n : p r o d u c t i o no ff e r t i l i z e ro rs o i lc o n d i t i o n e r T h e s em e t h o d sa r el a r g e l yc o n d u c t e do n t h ea l k a l ir e s o u r c e sr e u s es h o u l db eu s e dw i d e l y I n t h i ss t u d y , t h ec u r r e n ts i t u a t i o n
8、o fa l k a l iw a s t el a c ko fe f f e c t i v et r e a t m e n ti n Q i n g d a oS o d aA s hI n d u s t r i a lC o L t da n da c t u a ln e e d so fN e wI n d u s t r i a lZ o n e Q i n g d a oN o r t hJ i a o z h o uB a y , h a v eb e e ni n v e s t i g a t e d O nt h eb a s i so fal o to f r e
9、 s e a r c h a n df i e l de x p e r i m e n t s ,P r o p o s e dt h ei d e ao fu s i n ga l k a l im a d ea l k a l i s o i l ,l a r g e q u a n t i t i e su s i n gi nn e wi n d u s t r i a la r e aa n df i l l i n gt h eg r o u n da n dr o a d b e d O nt h eo n e h a n dt h e s em e t h o d sc a
10、n r e a l i z ea l k a l iw a s t ei nr e s o u r c e u t i l i z a t i o n r e d u c e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ;o nt h eo t h e rh a n dm a ys a v ev a l u a b l e l a n da n dm i n e r a l r e s o U r c e s A f t e ra n a l y s i sc o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n s ,t h
11、ei m p l e m e n t a t i o no f t e c h n o l o g ya n d b u i l d i n gp r o g r a m s ,t h er e s u l t so ft h ei n v e s t i g a t i o na r ea sf o l l o w s : ( 1 ) F e a s i b i l i t yA n a l y s i so fc o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n s :C o n s t r u c t i o no ft h ep r o j e c t h
12、a sag o o dp o l i c ye n v i r o n m e n t ,s o c i a le n v i r o n m e n t ,i na c c o r d a n c ew i t ha d v a n c e d m a n a g e m e n te x p e r i e n c ea th o m ea n da b r o a d ,t h ep r e v i o u sb a s i sw o r kl a yt h e f o u n d a t i o nf o rb r e a k t h r o u g ht h et e c h n o
13、 l o g yo fa l k a l ic o m p r e h e n s i v e m a n a g e m e n t , u t i l i z a t i o n 青岛理工大学工程硕士学位论文 ( 2 ) F e a s i b i l i t yA n a l y s i so f t h ep r o j e c ti m p l e m e n t a t i o nt e c h n i c a l :t h r o u g ha v a r i e t yo fl a b o r a t o r ya n df i e l ds t u d i e so fl o
14、 a dt e s t ,w es t u d y t h ee n g i n e e r i n gp r o p e r t i e s o fa l k a l is o i l T h er e s u l t ss h o wt h a tt h et e s ts o i lc a nb ea p p l i e dt os u b g r a d ec u s h i o no r b u i l d i n gf o u n d a t i o nc u s h i o n A l k a l iS o i lR e c l a m a t i o nP r o j e c
15、tc a nh e l pe l i m i n a t et h eJ i a o z h o uB a yS o d a p o l l u t i o n ,a l s om a d et or e s o l v et h ep r o b l e mo ft h ep a r kf i l l i n gs o i ls o u r c e ,a n da v o i d t h ed e s t r u c t i o no fv e g e t a t i o no nt h el a n d ,w i t had o u b l e ,a n di m p o r t a n
16、te n v i r o n m e n t a l s i g n i f i c a n c e K e y w o r d s :a l k a l iw a s t e ;a l k a l is o i l ;s u b g r a d ec u s h i o n ;m u l t i p u r p o s eu s e I V 1 1 前言 第1 章绪论 纯碱作为重要的基础化工原料被广泛应用于冶金、建材、造纸、医药、化工、 食品等行业。目前全世界纯碱年产量大约为3 0 0 0 多万吨,其中氨碱法纯碱约为 2 0 0 0 多万吨,每年产生氨碱废液大约2 亿m 3 ,碱渣近2 0
17、0 0 万立方米。我国氨碱 法制碱可达1 4 2 1 万吨年。由于氨碱法纯碱生产工艺的特点,每生产1 吨纯碱 就需要向外排放大约0 3 吨的碱渣,一个年产8 0 万吨纯碱的工厂,每年用于废 渣排放的费用大约为1 0 0 0 万元 2 。 废液废渣如果不加限制的任意排放,会造成海域、河流不同程度的污染和淤 塞,使水产养殖业遭到严重破坏;另外废渣沉积占用大量的土地或海域、河边造 成“白海”,不仅危及航道,而且成为安全隐患。因此,有效利用碱渣,变废为 宝,具有明显的社会效益和经济效益,前景广阔。 对于碱渣( 白泥) 污染的治理,一直被称为世界性难题,世界各国学者专家 都为此付出很多努力。但是经过一百
18、多年的探索,氨碱法纯碱生产所排放的碱渣 ( 白泥) 仍然没有从生产工艺上找到根本的解决方法。经过近几十年的探索,对 于生产过程中排放的碱渣( 白泥) 的处理方法,积累了许多成功治理措施和宝贵 的经验。一般的处理方法有:直接排海;筑坝存渣,清液入河( 海) ;生产水泥、 碱渣砖;制碱渣土及填垫材料;制抹灰砂浆;用碱渣( 白泥) 进行脱硫;生产钙 镁肥或土壤改良剂等【3 1 。 1 2 碱厂碱渣( 白泥) 资源化利用现状 纯碱作为最重要的基础化工原料之一,被称为“化工之母”,其产量和消费 量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。我国纯碱工业诞生于 1 9 1 7 年,从1 9 9 9
19、年开始,我国纯碱工业已连续6 年保持较好的发展势头。2 0 0 5 年国内纯碱年产量已达1 4 2 1 万吨,列世界第一位。 目前,世界上纯碱生产方法主要有氨碱法、联碱法和天然碱法,大型纯碱企 青岛理工大学工程硕士学位论文 业主要采用氨碱法生产。氨碱法制碱问世已经有1 3 0 多年,由于生产工艺原因生 产过程中会产生大量废液,据计算 4 每生产一吨纯碱大约要排放9 - 1 0 立方米的 废液,其中固渣含量约为3 5 ,以固液混合白色膏泥排放。全国每年排放的碱 渣( 白泥) 近10 0 0 万吨。碱渣( 白泥) 来自原盐、石灰石等,虽然不含毒性物 质,但不加限制排放,也会带来一系列严重后果,如废
20、液的p H 、悬浮物含量、 氯含量、温度等不符合环境保护要求,造成海域不同程度的污染和淤塞,生态环 境遭到严重破坏;废渣沉积占用土地或海岸造成“白海”。 碱渣( 白泥) 治理已成为制约世界上纯碱工业发展的一大难题。国内外有许 多企业因无法解决“白海”或土壤、地下水污染问题而被迫关闭,发达国家尤为 突出。美国原有总能力为5 2 6 万吨的9 个氨碱厂,1 9 8 6 年前全部关闭,现在完 全依靠天然碱生产;如德国、比利时、法国、波兰等欧洲国家的制碱业规模亦不 断萎缩;日本原有5 个厂已全部关闭。这在一定程度上给我国纯碱出口创造了机 遇,现在我国纯碱年出口量1 0 0 万吨以上,但碱渣( 白泥)
21、的综合利用已成为我 国纯碱工业可持续发展的一个紧迫问题。国内生产规模较大的氨碱厂都将碱渣 ( 白泥) 综合利用摆到重要的位置,从不同条件出发,对碱渣的综合运用方向进 行探索,已取得不少科研技术成果或工程化技术成果。国家经贸委资源司和化工 部环保办联合于1 9 9 7 年8 月在青岛召开了“碱渣综合利用座谈会”,并在“纯碱 工业”刊物上发表专刊,总结了各企业利用碱渣( 白泥) 在海上滩涂围埝筑坝造 新渣场或填海造地,工程回填土,绿化工程种植基质填垫土、筑路填垫土( 非主 干道) 等应用。 1 3 碱渣( 白泥) 的生成 氨碱法制纯碱,不能直接由原盐与石灰石反应,因为氨化溶液易吸收二氧化 碳而中性
22、溶液难吸收二氧化碳,因此要想得到纯碱就必须通过碳酸氢铵以及中间 产品重碱才能获得。此种方法的具体操作为:原料取原盐、地下卤水以及石灰石, 首先将原盐、地下卤水制成饱和盐水,将其中的镁、钙等杂质去除;操作完后将 该溶液吸收氨得到氨盐水,在进行碳化获得重碱,重碱的溶解度比较小,最后将 重碱通过过滤、煅烧获得纯碱。将石灰石加入过滤后的溶液中反应,通过蒸馏可 将氨回收以用于循环使用,蒸馏后的废液要进行处理,清液可以直接排放掉,而 青岛理工大学工程硕士学位论文 剩余的固体废渣只能先进行堆砌处理。氨碱法制碱的示意图见图卜l 。 氨碱法制碱的过程主要包括以下几个步骤: ( 1 ) 石灰石碳酸钙在煅烧炉中进行
23、煅烧,生成为二氧化碳和氧化钙,将其 中的二氧化碳净化后用于碳化;氧化钙与水反应生产氢氧化钙,化学反应方程式 如下: C a C O ,煅烧C a O + C O 、个 C a O + H ,0 = C a ( O H ) , ( 2 ) 用地下卤水或原盐加水溶解的饱和盐水后,要将其中的镁、钙等物质 去除,通常依据二价镁离子和二价钙离子的含量采用石灰碱法或者石灰铵法,化 学反应方程式如下: M 9 2 + + C a ( O H ) 2 = M g ( O H ) 2 山+ 国2 + 2 C a 二+ + ( N H 4 ) 2C 0 3 = 2 C a ( O H ) 2 山+ 2 旧4 +
24、( 3 ) 用去除掉镁、钙等杂质的精制盐水吸收N H 3 后对盐水进行氨化,再吸 4 k - 氧化碳进行碳化后即可生成碳酸氢钠( 即重碱) ,化学反应方程式如下: N a C l + N H 3 + c Q + 0 车N a H C 0 3 + N H 4 C I ( 4 ) 将得到的碳酸氢钠清洗好后,放到到煅烧炉中进行煅烧,得到轻质纯 碱。这个过程可以生产二氧化碳,收集后可用于制碱过程中的碳化环节。化学反 应方程式如下: 2 N a H C O ;煅烧胁c 0 3 + 且0 + C 0 2 ( 5 ) 将步骤( 3 ) 中碳化过滤后含有大量氯化铵的溶液加入氢氧化钙( 即石 灰乳) 进行反应生
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