(57)【要約】高いアルカリ度および／またはpHを有する種を含有する廃棄物の処理法が開示されている。この方法は、廃棄物を、蒸発により濃縮された海水のような第一の処理物質と接触する工程を含む。第一の処理物質の量は、少なくともいくらかのアルカリ種の失活を引き起こすのに十分であり、これにより処理された廃棄物が得られる。この方法は、処理された廃棄物を、固相および液相に分離する工程、その後液相のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、液相を、低pHを有する十分量の第二の処理物質と接触する工程も含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む、高アルカリ度および／またはpHを有する第一の種を含有する廃棄物の処理法：
(a)第一の種の少なくともいくらかを失活を引き起こすのに十分な量の第一の処理物質と廃棄物を接触し、これにより処理された廃棄物にする工程；
(b)廃棄物および処理物質の混合物中の固相および液相を分離する工程；ならびに
(c)その後、廃棄物のpHを環境的に許容できるレベルまで減らすために、十分量の低pHを有する第二の処理物質と分離した液相を接触する工程。
【請求項２】
以下の工程を含む、高アルカリ度および／またはpHを有する第一の種を含有する廃棄物の処理法：
(a)第一の種の少なくともいくらかを失活を引き起こすのに十分な量の第一の処理物質と廃棄物を接触し、これにより処理された廃棄物にする工程；
(b)廃棄物および処理物質の混合物中の固相および液相を分離する工程；ならびに
(c)その後、液相のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、十分量の低pHを有する第二の処理物質と廃棄物から分離された液相を接触する工程。
【請求項３】
工程(a)において、液相が、処理される前後のいずれかに液相が廃棄物から分離される、請求項2記載の廃棄物の処理法。
【請求項４】
以下の工程を含む、赤泥の処理法：
(a)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を低下するために、赤泥をアルカリ土類金属の水溶性塩を含有する第一の処理物質と接触する工程；ならびに
(b)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、赤泥を7よりも低いpHを有する第二の処理物質と接触する工程。
【請求項５】
前記方法の工程(b)において、pHが約9.5未満に低下される、請求項4記載の赤泥の処理法。
【請求項６】
前記方法の工程(b)において、炭酸カルシウム当量アルカリ度として表された総アルカリ度が、200mg/L未満に低下される、請求項4記載の赤泥の処理法。
【請求項７】
以下の工程を含む、赤泥の処理法：
(a)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を低下しならびに得られる溶液を形成するために、アルカリ土類金属の水溶性塩を含有する溶液を含む第一の処理物質と赤泥を接触する工程；
(b)得られる溶液を赤泥から分離する工程；ならびに
(c)得られる溶液のpHを環境的に許容できるレベルまで減らすために、7よりも低いpHを有する第二の処理物質とその溶液を接触する工程。
【請求項８】
工程(c)において、pHが、約9.0未満に低下される、請求項7記載の赤泥の処理法。
【請求項９】
工程(c)において、炭酸カルシウム当量として表された該溶液の総アルカリ度が、200mg/L未満に低下される、請求項7記載の赤泥の処理法。
【請求項１０】
以下の工程を含む、液体成分が、高pHを有する第一の種を含有する赤泥の液体成分の処理法：
(a)液体成分を赤泥から分離する工程；
(b)第一の種の少なくとも一部を失活させ、および失活された第一の種の一部を沈殿させるのに十分な量の第一の処理物質と液体成分を接触し、これにより処理された液体成分にする工程；
(c)沈殿され失活された第一の種を処理された液体成分から分離し、これにより分離された沈殿物および処理されかつ分離された液体成分にする工程；ならびに
(d)溶液のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、7よりも低いpHを有する第二の処理物質と処理されおよび分離された液体成分を接触する工程。
【請求項１１】
工程(d)において、pHが約9.0未満に低下される、請求項10記載の赤泥の液体成分の処理法。
【請求項１２】
工程(d)において、炭酸カルシウム当量で表された溶液の総アルカリ度が、200mg/L未満に低下される、請求項10記載の赤泥の液体成分の処理法。
【請求項１３】
以下の工程を含む、液体成分が高pHを有する第一の種を含有する、赤泥の液体成分の処理法：
(a)赤泥から液体成分を分離する工程；
(b)液体成分のpHを低下させ、および沈殿物を形成するすのに十分な量のアルカリ土類金属の水溶性塩を含有する第一の処理物質と液体成分を接触し、これにより処理された液体成分にする工程；ならびに
(c)沈殿物を処理された液体成分から分離し、これにより分離された沈殿物および処理されかつ分離された液体成分にする工程；ならびに
(d)溶液のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、7よりも低いpHを有する第二の処理物質と処理されかつ分離された液体成分を接触する工程。
【請求項１４】
工程(d)において、pHが約9.0未満に低下される、請求項13記載の赤泥の液体成分の処理法。
【請求項１５】
工程(d)において、炭酸カルシウム当量で表された溶液の総アルカリ度が、好ましくは200mg/L未満に低下されてもよい、請求項13記載の赤泥の液体成分の処理法。
【請求項１６】
アルカリ土類金属が、カルシウムまたはマグネシウムである、請求項13記載の赤泥の液体成分の処理法。
【請求項１７】
工程(a)において、廃棄物、赤泥または液体成分のpHが、場合によっては、約8.5〜10に低下される、請求項1、2、4または7のいずれか1項記載の方法。
【請求項１８】
工程(b)において、廃棄物、赤泥または液体成分のpHが、場合によっては、約8.5〜10に低下される、請求項10または13のいずれか1項記載の方法。
【請求項１９】
処理された廃棄物、液相、赤泥、得られる溶液または処理されかつ分離された液体成分のpHが、場合によっては、約5.5〜8.5に低下される、請求項1、2、4または7のいずれか1項記載の方法。
【請求項２０】
廃棄物、赤泥または液体成分の炭酸カルシウムアルカリ度として表された総アルカリ度が、場合によっては、約200mg/L〜1000mg/Lに低下される、請求項1、2、4または7のいずれか1項記載の方法。
【請求項２１】
処理された廃棄物、液相、赤泥、得られる溶液または処理されかつ分離された液体成分の炭酸カルシウムアルカリ度として表された総アルカリ度が、場合によっては、約200mg/L〜500mg/Lに低下される、請求項1、2、4または7のいずれか1項記載の方法。
【請求項２２】
第一の処理物質が、海水、蒸発濃縮された海水、カルシウムの水溶性塩、マグネシウムの水溶性塩、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、カルシウムの水溶性塩を含有するブライン、マグネシウムの水溶性塩を含有するブライン、またはそれらのいずれかの組合せから選択される、請求項1〜21のいずれか1項記載の方法。
【請求項２３】
第一の処理物質のpHが、約6.0〜約10.0である、請求項1〜22のいずれか1項記載の方法。
【請求項２４】
第一の処理物質のカルシウム濃度が約150mg/Lよりも大きく、およびマグネシウム濃度が約250mg/Lよりも大きい、請求項1〜23のいずれか1項記載の方法。
【請求項２５】
第一の処理物質のカルシウム濃度が約200〜300mg/Lであり、およびマグネシウム濃度が約300〜750mg/Lである、請求項1〜24のいずれか1項記載の方法。
【請求項２６】
第二の処理物質が、廃酸、排煙洗浄機から得られた酸性水、いずれか他の酸、および黄鉄鉱物質、石炭、原油の焙焼もしくは燃焼から得られたガス、またはそれらのいずれかの組合せから選択される、請求項1〜25のいずれか1項記載の方法。
【請求項２７】
第二の処理物質のpHが、約2.0未満である、請求項26記載の方法。
【請求項２８】
工程(a)において、第一の処理物質との接触後、液相がpH9.0〜9.5を有する、請求項2記載の方法。
【請求項２９】
工程(a)において、液相が、アルカリ度300mg/Lまたはそれ未満を有する、請求項2または28記載の方法。
【請求項３０】
固相および液相が、完全に混合され、および少なくとも5分間の接触が維持されている、請求項1〜29のいずれか1項記載の方法。
【請求項３１】
工程(a)における処理後、固相および液相が、固相の沈降により分離され、その後液相が流し出される、請求項13記載の方法。
【請求項３２】
工程(d)において、第二の処理物質の少なくとも一部が液相に、そのpHが9.0未満になりおよびアルカリ度が200mg/L未満になるまで添加される、請求項13〜31のいずれか1項記載の方法。
【請求項３３】
さらなる工程において、固相が完全にまたは部分的に乾燥される、請求項1〜32のいずれか1項記載の方法。
【請求項３４】
固相が、必要ならば再利用または貯蔵のためにスラリーとして保持される、請求項1〜32のいずれか1項記載の方法。
【請求項３５】
引き続きの工程において、固相が、pHが11.5を下回るまで、完全に中和される、請求項1〜34のいずれか1項記載の方法。
【請求項３６】
固相が、pHが10.5未満にまで、中和される、請求項36記載の方法。
【請求項３７】
引き続きの工程において、固相が、新鮮な水で洗浄されて、可溶性塩が除去される、請求項1〜36のいずれか1項記載の方法。
【請求項３８】
第一の処理物質中に存在するカルシウムの量が、約300mg/L(約7.5mmole/L)よりも多い、請求項1〜37のいずれか1項記載の方法。
【請求項３９】
第一の処理物質中に存在するマグネシウムの量が、約750mg/L(約30mmole/L)よりも多い、請求項1〜38のいずれか1項記載の方法。
【請求項４０】
マグネシウムの処理量のカルシウム処理量に対する比が、少なくとも約2である、請求項1〜39のいずれか1項記載の方法。
【請求項４１】
第一の処理物質が、蒸発され濃縮された海水である、請求項1〜40のいずれか1項記載の方法。
【請求項４２】
第一の処理物質が、蒸発され濃縮された海水であり、海水は、炭酸カルシウム(または石膏でもある)が沈殿し始める点を超えて濃縮される、請求項41記載の方法。
【請求項４３】
第一の処理物質が、蒸発され濃縮された海水であり、ここで海水は、通常の海水塩分の少なくとも1.5倍に濃縮されている、請求項41記載の方法。
【請求項４４】
第一の処理物質が、蒸発され濃縮された海水であり、これにカルシウム塩およびマグネシウム塩の少なくとも1種が添加される、請求項41記載の方法。
【請求項４５】
第一の処理物質が、カルシウムおよびマグネシウムが豊富な廃水である、請求項1〜44のいずれか1項記載の方法。
【請求項４６】
予備的工程として、処理が開始される前に、赤泥から上澄みの苛性溶液を分離する工程を含む、請求項1〜45のいずれか1項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は、高いもしくは低いpHおよび／またはアルカリ度を有する物質の処理に関する。より詳細に述べると、ボーキサイト精錬所から発生する残渣、副産物および廃棄物の処理法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
バイヤー法によるアルミナ製造は、通常「赤泥」として知られているプロセス残渣を生じる。典型的には、製造されるアルミナ1トンにつき1〜2トンの「赤泥」が生成される(乾量基準で)。この赤泥は、無期限に貯蔵されるかまたは環境に優しい方法で廃棄されなければならないかのいずれかである。
【０００３】
生の赤泥は、通常13.0、時には約13.5よりも大きいようなpHを有し高度に苛性である。結果的に、その貯蔵に関連しては、以下を含む、実質的問題点がある：
1.高度の苛性水および沈降物は、重度の腐食性の火傷または死亡を引き起こし得るので、それと接触する野生生物またはヒトに対し重大な脅威を示すこと。
2.封じ込めの費用が高く、貯蔵に使用した土地は、他の目的には使用できないこと。
3.貯蔵領域から局地的地下水系への苛性漏出の回避は、防止が困難であり、および貯蔵領域の赤泥沈積が中止された後も長期間続き得ること。
4.苛性赤泥貯蔵施設の管理および維持の経費が高いこと。
5.公的損害賠償保険ならびに環境保護および浄化の約定に関連した経費は高く、おそらく今後更に増大すること。
【０００４】
これらの経費および債務は、赤泥の貯蔵をやめることにより削減することが最良である。生成される大量の赤泥のために、結果的にはこれがいくつかの用途で使用されることが望ましい。しかし、輸送および再使用は両方とも、通常苛性物の少なくとも部分的な中和が必要であろう。自然の風化過程は、事実上貯蔵された赤泥を中和するが、適切な中和が達成されるには数十年を要し、およびその間に前述の全ての問題点が当てはまるであろう。従って、最早高度に苛性ではないように赤泥を中和することが望ましい。
【０００５】
これまでにこの目的を実現するいくつかの代替法が提唱されており、これは、より安全な貯蔵のためにpH10.5を下回るよう低下するための、酸(通常、例えば石炭燃焼の間に発生した酸形成ガスのスクラビングの間に生じる廃棄硫酸または酸性水)の添加、あるいは、大量の海水(蒸発により濃縮されてもよい)の添加、または石膏もしくは塩化カルシウムおよび塩化マグネシウム(または他の可溶性のカルシウム塩およびマグネシウム塩)の添加による、低溶解度化合物への、塩基度(主に水酸化ナトリウム)および他の溶解性アルカリ度(主に炭酸ナトリウム)の転換を含む。他の代替法は、石炭燃焼時に発生した酸形成ガスの中和のための苛性赤泥の使用、または湿った赤泥の大量の二酸化炭素による処理を含む。更に他の選択肢も存在するが、広範に使用されるものはない。
【０００６】
これらの戦略は全て、苛性赤泥を中和するための変動する効率度および変動する経費と共に使用され、これにより全体的または部分的に先に列記された1から5の問題点の一部または全てが解決される。
【０００７】
従って、先に列記した問題点を全て解決することができるいずれかの可能性のある高容量の選択肢については、赤泥の酸の中和ならびに広範な微量金属および他の物質の捕捉および結合の能力を使用しなければならない。この必要要件は、中和の選択肢の選択を制限している。現存する方法のいくつかの欠点は、以下である。
【０００８】
十分に大量の廃酸が利用可能でありおよびその廃棄が必要である場合は、酸を用いる中和は、適度に安価である。これは特に、夾雑された廃酸が、石炭燃焼から発生する酸形成ガス(主に二酸化イオウ)のスクラビングの間に生成される場合に適用される。しかし廃酸は、ボーキサイト精錬所で生成された全ての赤泥の中和に十分な量で利用可能であることは稀であり、ならびに得られた中和された赤泥は、酸性水および／もしくは金属夾雑した水または硫化物性の廃石(sulphidic waste rock)、尾鉱もしくは土壌の処理における使用のためにはほとんど価値がない。従って、この材料のいくつかの他の用途が確定されない限りは、この方法で中和された赤泥は、無期限に貯蔵されなければならず、およびその貯蔵領域は最終的には回復されなければならない。
【０００９】
大量の海水を使用する中和は、ボーキサイト精錬所が海岸の近くにある場合は、非常に効率的であることができる。海水の使用は、新鮮な水の資源保護に貢献し、および得られる海水で中和された赤泥は、酸性水および／もしくは金属夾雑した水または硫化物性の廃石、尾鉱もしくは土壌などの処理における使用に適している。しかし排水が、通常の環境基準に合致するには、大量の海水が必要である(典型的には中和されるべき生赤泥の容量の12〜18倍)。加えて、この中和法において使用されたカルシウムおよびマグネシウムが枯渇された海水を海に戻す前に固形物を沈降させるには、大きい溜め池が必要である。移動に必要な大容量の液体および必要とされる大きい溜め池のサイズのために、これらの制限に加えある種の他の水質管理の問題が、この中和法の経費に実質的に加わる。
【００１０】
ある種のカルシウム塩およびマグネシウム塩(通常塩化物塩)の添加は、海岸に近くない精錬所で適用することができる。これは、酸性水および／もしくは金属夾雑した水または硫化物性の廃石、尾鉱もしくは土壌などの処理における使用に適している中和された赤泥の生成を生じる。比較的小さい沈降池が必要であるが、廃棄ブラインが、処分(通常蒸発により)されることが必要である。大量の可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩が必要である。可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の経費ならびに塩水ブラインを管理する経費は両方とも高い。
【００１１】
赤泥を中和するために蒸発濃縮された海水を使用する技術は、カルシウム塩およびマグネシウム塩の添加に必要な液体容量が減少した経費のかからない海水と組合わせられる。この技術は、経費の安いカルシウム-およびマグネシウム-豊富な塩水地下水に加え、それらが利用可能である塩水湖ブラインを使用することができる。経費的に追加となる可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の必要性は、最小化され、ならびにこの処理は、酸性水および／もしくは金属夾雑した水または硫化物性の廃石、尾鉱もしくは土壌などの処理における使用に適している中和された物質を生成する。しかし1個または複数の大きい蒸発溜めますの構造が必要であることがあり、ならびにカルシウムおよびマグネシウム-枯渇した廃棄ブラインの管理経費は高いことがある。
【００１２】
石炭燃焼時に発生する酸形成ガスを中和するための苛性赤泥の使用技術は、一部の精錬所において使用されるが、その主な目的は、このガスの排気を清浄化することであり、赤泥を中和することではない。赤泥の中和は、付随的な恩恵であるが、これはこれまでは各精錬所で生成された赤泥のある割合に適用されるのみであろう。更に得られる中和された赤泥は、酸性水および／もしくは金属夾雑した水または硫化物性の廃石、尾鉱もしくは土壌の処理における再使用についてはほとんど価値がなく、ならびにこの物質のいくつかの他の再使用が確定されない限りは、これは無期限に貯蔵され、その貯蔵領域は最終的に回復されなければならない。
【００１３】
石膏もしくは二酸化炭素を使用する中和または同様の戦略は、安全に貯蔵される赤泥を生成することができる。しかしこの手法は、経費がかかり、および得られる中和された赤泥は、酸性水および／もしくは金属夾雑した水または硫化物性の廃石、尾鉱もしくは土壌の処理における再使用の価値が低く、ならびにこの物質のいくつかの他の再使用が確定されない限りは、これは無期限に貯蔵され、その貯蔵領域は最終的に回復されなければならない。
【発明の開示】
【００１４】
発明の目的
本発明の目的は、前述の欠点の少なくともひとつを克服するかまたは実質的に改善することである。
【００１５】
発明の概要
本発明の第一の局面に従い、下記の工程を含む、高いアルカリ度および／またはpHを有する第一の種を含有する廃棄物を処理する方法が提供される：
(a)第一の種の少なくともいくらかを失活を引き起こすのに十分な量の第一の処理物質と廃棄物を接触し、これにより処理された廃棄物にする工程；ならびに
(b)その後廃棄物のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方の環境的に許容できるレベルへまで減らすために、処理した廃棄物を、十分量の低pHを有する第二の処理物質と接触する工程。
【００１６】
本発明の第二の局面に従い、下記の工程を含む、高いアルカリ度および／またはpHを有する第一の種を含有する廃棄物を処理する方法が提供される：
(a)該第一の種の少なくともいくらかを失活を引き起こすのに十分な量の第一の処理物質と廃棄物を接触し、これにより処理された廃棄物にする工程；ならびに
(b)その後液相のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方の環境的に許容できるレベルへの低下を引き起こすために、十分量の低pHを有する第二の処理物質と廃棄物から分離された液相を接触する工程。
【００１７】
本明細書において使用される単語「失活する」および「失活された」は、液相、固相、種、廃棄物、処理された廃棄物またはそれらのいずれかの組合せもしくは一部のより低いpHおよび／もしくはアルカリ度を有する少なくともひとつの種への中和もしくは転換、ならびに／またはより低いpHおよび／もしくはアルカリ度を有する1種または複数の他の種への転換；ならびに／または1種または複数の実質的に不溶性の種の沈殿を含むが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
この廃棄物は、赤泥、または赤泥に由来もしくは分離された液体もしくは上澄み液であってもよい。
【００１９】
本発明の第三の局面に従い、下記の工程を含む、赤泥の処理法が提供される：
(a)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を低下するために、赤泥をアルカリ土類金属の水溶性塩を含有する第一の処理物質と接触する工程；ならびに
(b)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、赤泥を、7よりも低いpHを有する第二の処理物質と接触する工程。
【００２０】
本発明のこの局面に従う方法の工程(b)において、pHは、約9.5未満に、好ましくは約9.0未満に低下されてもよい。
【００２１】
本発明のこの局面に従う方法の工程(b)において、炭酸カルシウム当量アルカリ度として表された総アルカリ度は、好ましくは200mg/L未満に低下されてもよい。
【００２２】
本発明の第四の局面に従い、下記の工程を含む、赤泥の処理法が提供される：
(a)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を低下しならびに得られる溶液を形成するために、アルカリ土類金属の水溶性塩を含有する溶液を含む第一の処理物質と赤泥を接触する工程；
(b)得られる溶液を赤泥から分離する工程；ならびに
(c)得られる溶液のpHを環境的に許容できるレベルまで減らすために、7よりも低いpHを有する第二の処理物質とこの溶液を接触する工程。
【００２３】
本発明のこの局面に従う方法の工程(c)において、pHは、約9.5未満に、好ましくは約9.0未満に低下されてもよい。
【００２４】
本発明のこの局面に従う方法の工程(c)において、炭酸カルシウム当量として表された該溶液の総アルカリ度は、200mg/L未満に低下されることが好ましい。
【００２５】
本発明の第五の局面に従い、下記の工程を含む、液体成分が、高pHを有する第一の種を含有する、赤泥の液体成分の処理法が提供される：
(a)該液体成分を赤泥から分離する工程；
(b)該第一の種の少なくとも一部を失活させ、および失活された第一の種の一部を沈殿させるのに十分な量の第一の処理物質と該液体成分を接触し、これにより処理された液体成分にする工程；ならびに
(c)該沈殿された失活された第一の種を、処理された液体成分から分離し、これにより分離された沈殿物ならびに処理されおよび分離された液体成分にする工程；ならびに
(d)溶液のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、7よりも低いpHを有する第二の処理物質と処理されおよび分離された液体成分を接触する工程。
【００２６】
本発明のこの局面に従う方法の工程(d)において、pHは、約9.5未満に、好ましくは約9.0未満に低下されてもよい。
【００２７】
本発明のこの局面に従う方法の工程(d)において、炭酸カルシウム当量で表された該溶液の総アルカリ度は、好ましくは200mg/L未満に低下されてもよい。
【００２８】
本発明の第六の局面に従い、下記の工程を含む、液体成分が、高pHを有する第一の種を含有する、赤泥の液体成分の処理法が提供される：
(a)赤泥から該液体成分を分離する工程；
(b)該液体成分のpHを低下させ、および沈殿物を形成するのに十分な量のアルカリ土類金属の水溶性塩を含有する第一の処理物質と該液体成分を接触し、これにより処理された液体成分にする工程；ならびに
(c)該沈殿物を、該処理された液体成分から分離し、これにより分離された沈殿物ならびに処理されおよび分離された液体成分にする工程；ならびに
(d)溶液のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を環境的に許容できるレベルまで減らすために、7よりも低いpHを有する第二の処理物質と処理されおよび分離された液体成分を接触する工程。
【００２９】
本発明のこの局面に従う方法の工程(d)において、pHは、約9.5未満に、好ましくは約9.0未満に低下される。
【００３０】
本発明のこの局面の方法の工程(d)において、炭酸カルシウム当量で表された該溶液の総アルカリ度は、好ましくは200mg/L未満に低下されてもよい。
【００３１】
アルカリ土類金属は、典型的にはカルシウムもしくはマグネシウムまたはこれらふたつの混合物であり、より好ましくはマグネシウムである。
【００３２】
本発明の第一、第二、第三および第四の局面に従う方法の工程(a)、ならびに本発明の第五および第六の局面に従う方法の工程(b)において、廃棄物、赤泥または液体成分のpHが、場合によっては、約8.5〜10、あるいは約8.5〜9.5、あるいは約9〜10、あるいは約9.5〜10、好ましくは約9〜9.5に低下されてもよい。
【００３３】
本発明の第一、第二、および第三の局面に従う方法の工程(b)、ならびに本発明の第三の局面に従う方法の工程(c)、ならびに本発明の第五および第六の局面に従う方法の工程(d)において、処理された廃棄物、液相、赤泥、得られる溶液または処理および分離された液体成分のpHは、場合によっては、約5.5〜9.0、あるいは約6〜8、あるいは約6.5〜8、あるいは約6.0〜8.5、あるいは約6.5〜8.5、あるいは約9〜9.5、好ましくは約7.0〜8.5、理想的には約9.0未満に低下されてもよい。
【００３４】
本発明の第一、第二、第三および第四の局面に従う方法の工程(a)、ならびに本発明の第五および第六の局面に従う方法の工程(b)において、廃棄物、赤泥または液体成分の炭酸カルシウムアルカリ度で表された、総アルカリ度は、場合によっては、約200mg/L〜1000mg/L、あるいは約200mg/L〜900mg/L、あるいは約200mg/L〜800mg/L、あるいは約200mg/L〜700mg/L、あるいは約200mg/L〜600mg/L、あるいは約200mg/L〜500mg/L、あるいは約200mg/L〜400mg/L、あるいは約200mg/L〜300mg/L、あるいは約300mg/L〜1000mg/L、あるいは約400mg/L〜1000mg/L、あるいは約500mg/L〜1000mg/L、あるいは約600mg/L〜1000mg/L、あるいは約700mg/L〜1000mg/L、あるいは約800mg/L〜1000mg/L、あるいは約900mg/L〜1000mg/L、好ましくは300mg/L未満に低下されてもよい。
【００３５】
本発明の第一、第二、および第三の局面に従う方法の工程(b)、本発明の第三の局面に従う方法の工程(c)、ならびに本発明の第五および第六の局面に従う方法の工程(d)において、処理された廃棄物、液相、赤泥、得られる溶液または処理および分離された液体成分の炭酸カルシウムアルカリ度で表された、総アルカリ度は、場合によっては、約200mg/L〜500mg/L、あるいは約200mg/L〜400mg/L、あるいは約200mg/L〜300mg/L、あるいは約200mg/L〜250mg/L、好ましくは200mg/L未満に低下されてもよい。
【００３６】
第一の処理物質は、海水、蒸発濃縮された海水、カルシウムの水溶性塩、マグネシウムの水溶性塩、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、カルシウムの水溶性塩を含有するブライン、マグネシウムの水溶性塩を含有するブライン、またはそれらのいずれかの組合せから選択されてよい。水溶性塩(最も重要なことにはカルシウム塩およびマグネシウム塩)を含有するブラインは、天然のブラインであることができるか、またはそれらは人為改変の起源を有することができる(例えば、逆浸透脱塩プラントからの廃水流れ)。従って第一の処理物質は、逆浸透脱塩プラントからのカルシウムおよび／またはマグネシウム豊富な廃水であってよい。第一の処理物質としての利用目的で、カルシウムおよび／またはマグネシウムが豊富なことは、前述のような濃縮された海水において遭遇するものに類似した、カルシウムおよびマグネシウム濃度が必要であることがある。
【００３７】
第一の処理物質のpHは、非常に重要ではないが、典型的には約6.0〜約10.0の間であってよい。第一の処理物質の濃度も重要ではないが、これらの濃度は、好ましくはカルシウムおよびマグネシウムの基本量よりも多く；カルシウムについての基本量は約150mg/Lであり、およびマグネシウムについての基本量は約250mg/Lである。しかし、カルシウム約200〜300mg/Lおよびマグネシウム約300〜750mg/Lである量が第一の処理物質中に存在することが望ましい。効率的に作業するための処理について、前述の範囲のより高い領域および更にはその上限を超える濃度が好ましく、これらの濃度は、溶液中で形成される様々な化合物の溶解度およびそれらの温度に応じて使用される。
【００３８】
第二の処理物質は、廃酸、排煙洗浄機から得られた酸性水、または黄鉄鉱物質、石炭、原油の焙焼もしくは燃焼から得られたガスから得られた水、いずれか他の酸、またはそれらのいずれかの組合せから選択されてよい。第二の処理物質は、酸または廃酸を含有する溶液であってよく、従ってそのpHは、好ましくは約6.0を下回る。より低いpHはより少ない第二の処理物質を必要とするので、第二の処理物質中のpHが低いければ低いほど(従って、水素イオンまたは酸の濃度がより高ければ高いほど)より良いことは理解されるであろう。理想的には、第二の処理物質のpHは、約2.0未満であり、好ましくは1.0未満である(当然、pHは、水素イオン濃度の関数であり、従って濃度の個別の必要要件は必要ない)。
【００３９】
本発明の第二の局面に従う方法の工程(a)において、液相は、第一の処理物質との接触後、pH9.0〜9.5を有することができる。あるいはまたは加えて、これはアルカリ度300mg/Lまたはそれ未満を有してもよい。赤泥の処理を最適化するために、固相および液相は、完全に混合され、および好ましくは少なくとも5分間の接触が維持されている。本発明のこの局面に従う方法の工程(a)における処理後、固相および液相が、固相の沈降により分離され、その後液相が流し出される。
【００４０】
本発明の第二の局面に従う方法の工程(b)において、第二の処理物質の少なくとも一部が液相に、そのpHが9.0未満になりおよびアルカリ度が200mg/L未満になるまで添加される。この液相は、海に廃棄することができる。あるいは、液相またはそれらの一部は、塩の回収のために蒸発池に移されてもよい。
【００４１】
本発明のこの局面に従う方法の更なる工程において、固相は完全にまたは部分的に乾燥されてもよい。あるいはこれは、必要ならば再利用または貯蔵のためのスラリーとして保持されてもよい。固形物質は更に、新鮮な水による洗浄によるか、または特に意図された再使用のために必要なものとしての化学付加剤の添加により、処理または改質されてもよい。
【００４２】
第一の処理物質からの赤泥の分離から得られた固相は、完全に中和されても良く、引き続きの工程において反応pH7.0〜8.5が、または安全な輸送および再使用のために強いられた最も厳密な基準を下回るpHが提供される(すなわち、この反応pHは、11.5未満であり、および好ましくは10.5未満であり；バーゼル会議に従う)。都合の良いことに、これは10.5未満の反応pHに中和される。環境基準は通常、アルカリ度に制限を設けていない。固形物質に関するTCLP(毒性特性滲出試験)値は、通常環境に安全な不活性固形物として分類し得るのに十分な程低い。この物質は、再使用のためにスラリーとしてまたは乾燥もしくは部分的に乾燥した固形物として輸送することができるが、いずれの形も最も使い勝手がよい。
【００４３】
これらの固形物質は、下記の鉱物を含有することができ(存在量の減少する順に)：赤鉄鉱[Fe2O3]、ベーマイト[γ-AlOOH]、ギブサイト[Al(OH)3]、方ソーダ石[Na4Al3Si3O12Cl]、石英[SiO2]、および灰霞石[(Na,Ca,K)8(A1,Si)12O24(SO4,CO3).3H2O]、ならびに以下に限定されるものではない他の鉱物(アルファベット順)：霰石[CaCO3]、ブルーサイト[Mg(OH)2]、方解石[CaCO3]、ダイアスポア[β-Al2O3.H2O]、フェリハイドライト[Fe5O7(OH).4H2O]、石膏[CaSO4.2H2O]、ヒドロカルマイト[Ca2Al(OH)7.3H2O]、ヒドロタルサイト[Mg6Al2CO3(OH)16.4H2O]、酸化チタン、鱗繊石[γ-FeOOH]、磁赤鉄鉱[γ-Fe2O3]、p-アルミノヒドロカルサイト[CaAl2(CO3)2(OH)4.3H2O]、およびポートランダイト[Ca(OH)2]が、通常含まれる。
【００４４】
必要ならば、これらの固形物質は、新鮮な水で洗浄し、可溶性塩を除去することにより、更に修飾することができる。都合の良いことに、この洗浄水は、第二の処理物質により処理期間または処理後に生成された処理水に添加することができる。あるいは、洗浄水および特に意図された再使用のために必要な任意の追加の化学添加剤のいずれかを、中和後および再使用前の固相に適用してもよい。
【００４５】
本発明者らにより、海水もしくは濃縮された海水、または他のカルシウム-およびマグネシウム-豊富なブライン、または可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の混合物(通常塩化物塩)、またはそれらのいずれかの組合せを、バイヤー法を用いるアルミナ製造の副産物として生成された苛性赤泥、または苛性赤泥から分離することができる液体に添加した場合に、添加物質の中和作用は、最初に大きいことが発見されている。しかし、完全な中和に到達するので、この作用は、急激に低下する。
【００４６】
処理された赤泥から分離することができる液体または処理溶液混合物が、pH9.0未満および総アルカリ度200mg/L未満(炭酸カルシウム当量アルカリ度として)を持つ場合に、完全な中和と定義される。このような水は、海洋環境に安全に放出することができる。海水のみを利用する完全な中和は、通常赤泥廃棄物の1容量について、世界の平均的海水(カルシウム412mg/Lおよびマグネシウム1,290mg/L)の12〜18容量の添加を必要とするであろう。必要な海水の正確な量は、主に当初の赤泥中の固形物の割合およびその最初のアルカリ度によって決まる。
【００４７】
本明細書を通じ、アルカリ度は、炭酸カルシウム当量アルカリ度を意味することが意図されると理解される。
【００４８】
海水の代わりに、水溶性カルシウムおよび／またはマグネシウム塩を、海水から得られるカルシウム塩およびマグネシウム塩の量と同様の量使用しても良い。
【００４９】
本発明者らは、未処理の赤泥がpH約13.5およびアルカリ度約20,000mg/Lを有する場合、世界の平均的海水の約5容量の添加が、pHを9.0〜9.5におよびアルカリ度を約300mg/Lに低下することを発見した。
【００５０】
しかし更に8〜12容量の世界の平均的海水の添加は、海洋環境に放出される水について必要であるようにpHは9.0を下回りおよびアルカリ度は200mg/L未満であるように低下するために必要であろう。赤泥の当初のアルカリ度が、値約20,000mg/Lよりもより高いまたはより低い場合、その後の部分的または完全な処理に必要な海水の量は、20,000mg/L値を上回るまたは下回るアルカリ度に比例して増加または減少させる必要があるであろう。従って、処理の95％よりも多くは、完全な処理のために必要な海水の約1/3の量を用い完了することができ、これにより実質的に海水の操作および貯蔵の経費が低減される。
【００５１】
この液相は、海洋環境への放出の必要要件に従う前に更に処理される必要がある。例えば液相が、pH9.0〜9.5およびアルカリ度約300mg/Lを有する場合、pHを9.0未満に低下しおよびアルカリ度を200mg/L未満に低下することが必要である。一旦液相が固相から分離されたならば、液相のpHおよびアルカリ度の低下は、少量の酸(廃酸またはガス放出排気筒中の洗浄機ー由来の酸性水が理想的である)の添加により実現することができる。しかし必要な酸の量は、ほぼ当初の赤泥の中和に必要なものほど大きくはなく；例えば、酸約400モルが、当初の赤泥(アルカリ度約20,000mg/Lを有する)1kLの放出基準への中和に必要であるのに対し、わずかに約2モルが、前述のような海水による処理後に分離された液体1kLの中和に必要である(すなわち、濃縮された硫酸1Lの当量は、放出基準への海水の処理後に残留する液体18kLを中和する)。従って、当初の赤泥への少量の酸の添加は、赤泥の中和に無視できる作用を有するのに対し、赤泥の海水または他のカルシウム-およびマグネシウム-豊富なブラインによる処理ならびに固相の分離後に残留する液体への同量の酸の添加は、最終の水質に大きい作用を有するであろう。
【００５２】
海水もしくは蒸発濃縮された海水、または他のカルシウム-およびマグネシウム-豊富なブライン、または可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の混合物(通常塩化物塩)、またはそれらのいずれかの組合せが赤泥に添加された場合に、部分的中和が実現される。これらの処理物質のいずれかひとつまたは組合せの添加により、可溶性水酸化物および炭酸塩は、溶解度の低い無機沈殿物に転換される。この結果は、ほとんどの可溶性アルカリ度は固形物アルカリ度に転換される一方で、赤泥の塩基度が低下されることである。より詳細に述べると、赤泥廃棄物中のヒドロキシイオンは、海水もしくは蒸発濃縮された海水、または他のカルシウムおよびマグネシウム-豊富なブライン、または可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の混合物(通常塩化物塩)、またはそれらのいずれかの組合せの中のマグネシウムとの反応により、大部分中和され、ブルース石を形成するが、一部は、ヒドロカルサイトの沈殿において、ならびにマグネシウムの霰石もしくは方解石または他の無機カルシウム中のカルシウムへの同形置換によっても消費される。ベーマイトおよびギブサイトのほとんどは、海水もしくは蒸発濃縮された海水、または他のカルシウムおよびマグネシウム-豊富なブライン、または可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の混合物(通常塩化物塩)、またはそれらのいずれかの組合せの添加前に、赤泥廃棄物中に存在するが、これらの混合物のpHが減少しおよびアルミニウムの溶解性が減り始めるので結晶の成長は続く。同時に、海水もしくは蒸発濃縮された海水、または他のカルシウム-およびマグネシウム-豊富なブライン、または可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の混合物(通常塩化物塩)、またはそれらのいずれかの組合せの中のカルシウムは、方解石および／または霰石ならびに他の鉱物(例えば、シュウ酸石灰石、灰霞石、ホタル石、ポートランダイト、ヒドロカルマイト、およびp-アルミノヒドロカルサイト)の形成により、赤泥廃棄物中の炭酸塩のアルカリ度を低下する。一部の炭酸塩は、灰霞石、p-アルミノヒドロカルサイトおよびヒドロタルサイトの沈殿においても消費される。
【００５３】
カルシウムおよびマグネシウムの「基本量」および「処理量」の両方とも必要である。マグネシウムおよびカルシウムの処理量は、先に説明された反応に関与し、ならびに基本量を上回るおよび超える量であり、このことは最小処理が生じるまたは処理が非常に緩徐に発生する濃度を下回る濃度を表している。これらの基本量は、一旦中和の主要部分、いわゆる少なくとも50％が完了した後；すなわち、全てではないカルシウムおよびマグネシウムが、この反応に関与した後、溶液中におそらく存在するであろう最小量も表している。カルシウムの基本量は、約150mg/L(約4mmole/L)であり、およびマグネシウムの基本量は、約250mg/L(約10mmole/L)であり、ならびに海水もしくは蒸発濃縮された海水、または他のカルシウム-およびマグネシウム-豊富なブライン、または可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の混合物(通常塩化物塩)、またはそれらのいずれかの組合せの中のカルシウムおよびマグネシウム濃度がこれらの量を超えない限りは、中和反応は、たとえそうであるとしても極めてゆっくりと進行するであろう。
【００５４】
更に、効率的中和に関して、第一の処理物質中に存在するカルシウムおよびマグネシウムの量は、カルシウムについて約300mg/L(約7.5mmole/L)よりも多く、およびマグネシウムについて約750mg/L(約30mmole/L)よりも多いことはわかっている。これらの量は、各々、カルシウムの基本量＋約150mg/Lカルシウム、およびマグネシウムの基本量＋約500mg/Lマグネシウムと同等である。より少ない量のカルシウムおよび／またはマグネシウムを使用する反応は遅く、および望ましくない大量の処理液に関連する一方で、より大きい濃度は、はるかにより効率的に作用し、および処理液の容量の大きい低下に関連するであろう。
【００５５】
当初のアルカリ度が約20,000mg/Lである赤泥に関して、マグネシウム約4,200mgおよびカルシウム約1,000mgの処理量が、赤泥1Lにつき必要であるのに対し、より高い当初のアルカリ度を有する赤泥についてはより多くが必要であり、ならびにより低い当初のアルカリ度を有する赤泥についてはより少なくが必要である。
【００５６】
マグネシウム処理量のカルシウム処理量に対する比は、少なくとも約2であり、都合の良いことに約6〜約25であり、好ましくは約12〜約16であり、より好ましくは約13〜約15であり、理想的にはカルシウム1モルにつきマグネシウム約14モルである。前述のモル比の変動は、カルシウムおよびマグネシウムの少なくとも一方の、および好ましくは両方の最小基本量および最小処理量が第一の処理物質中に存在する限りは、許容できる。
【００５７】
海水は安価でならびに豊富なカルシウムおよびマグネシウムイオンの給源であるので、これを本発明の赤泥中和法において使用することができる。しかし、本発明者らは、蒸発され濃縮された海水の中(処理量で)には基本量を上回りおよびこれよりも多いより多くのカルシウムおよびマグネシウムイオンが存在するので、これらはより効率的に作用することを発見した。これは、例えば、カルシウムおよびマグネシウムの通常の濃度の2倍を有する海水は、通常の海水の2倍の容量よりも中和剤としてはるかにより効率的であることを意味する。
【００５８】
更に、本中和法においてマグネシウムイオンはカルシウムよりもより重要であるので、炭酸カルシウム(または石膏でもある)が沈殿し始める点を超えて濃縮される海水または他のブラインを使用することが可能である。従って、蒸発され濃縮された海水が利用可能である場合、適切な中和を実現するのに必要な水の容量は、必要とされる通常の海水の容量と比較し実質的に減少することができる。例えば、通常の海水塩分の2倍で、当初のアルカリ度約20,000mg/Lである赤泥は、赤泥の1kLあたり2kLにすぎないこの水を使用する本方法の全ての局面の工程(a)に従い、赤泥の1kLあたり通常の海水約5kLと比べ、適切に中和することができる。同様に、通常の海水塩分の少なくとも1.5倍を有する海水が使用される場合、当初のアルカリ度約20,000mg/Lの赤泥は、赤泥1kLあたりこの水約3.5kLを用い、赤泥の1kLあたり通常の海水約5kLと比べ、適切に中和することができる。
【００５９】
海水が利用できない場合、カルシウム-およびマグネシウム-豊富なブラインの他の簡便な給源を代用してもよい。このようなブラインは、地下水もしくは塩水湖のブラインのような給源から得ることができるか、またはこれらは、カルシウム塩およびマグネシウム塩の、不充分なカルシウム-および／またはマグネシウムを含有するブライン(海水を含む)または水への添加により人工的に調製してもよいか、またはこれらは、逆浸透脱塩プラントからの廃棄物流れ中のようなカルシウムおよびマグネシウム-豊富は廃水ブラインであってもよい。カルシウム塩およびマグネシウム塩が添加される場合、塩化物塩の使用が望ましい(これらの塩は妥当に安価でありおよび容易に入手可能であるので)。マグネシウムの硫酸塩も使用することができるが、硫酸カルシウムの溶解度は、効率的に作用するには余りにも低い。カルシウムおよびマグネシウムの酸化物、水酸化物および炭酸塩は可溶性アルカリ度を低下する助けとはならないので、これらは適していない。
【００６０】
蒸発され濃縮された海水またはカルシウム-およびマグネシウム-豊富なブライン、または可溶性カルシウム塩およびマグネシウム塩の混合物、またはそれらのいずれかの組合せが海水の代わりに使用される場合は、赤泥の中和および放出水の前処理調整は、海水を使用する中和について先に説明したものと同じ工程に従うことができる。しかし、海水、または蒸発され濃縮された海水、または組成が類似したブラインを含まない処理液を使用する場合は、通常海水により提供される緩衝能の低下は、pH測定値が安定せずおよび迅速に変化しうることを意味することがある。これらの状況において、中和過程のモニタリングは、処理した赤泥調製に関するアルカリ度の変化およびアルカリ度の300mg/Lまたはそれ未満への低下、ならびに放出用廃水の調製に関する200mg/Lまたはそれ未満への低下を基にしなければならない。
【００６１】
本発明のこの局面に従う方法は、いずれかの処理が開始される前にまたは赤泥の部分的処理のいずれかの段階で、赤泥から分離することができる上澄みの苛性液の中和にも使用することができる。
【００６２】
本発明のこの局面に従う方法は、処理された赤泥残渣が、貯蔵、輸送もしくは再使用のために環境的に安全であり、ならびに残留する処理液が、海洋環境に安全に放出されるかまたは塩の回収のために蒸発用溜め池に保持することができるような方法での、ボーキサイト精錬所からの苛性赤泥残渣の中和に関する現在本発明者らが知っている最も経費効率の良い、従って最良の方法を提供している。
【００６３】
本発明の第七の局面に従い、高アルカリ度および／またはpHを有する第一の種を含有する廃棄物を処理する方法が提供され、これは下記の工程を含む：
(a)廃棄物を、該第一の種の少なくとも一部に失活を引き起こすのに十分な量の第一の処理物質と接触し、これにより処理された廃棄物にする工程；
(b)廃棄物および処理物質の混合物中の固相および液相を分離する工程；ならびに
(c)その後、廃棄物のpHの環境的に許容できるレベルへの低下を引き起こすために、分離された液相を、十分量の低pHを有する第二の処理物質と接触する工程。
【００６４】
この廃棄物は、赤泥、または赤泥に由来もしくはそれから分離された液体もしくは上澄み液であってよいことができる。
【００６５】
本発明の第八の局面に従い、赤泥を処理する方法が提供され、これは下記の工程を含む：
(a)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を低下するために、赤泥を、アルカリ土類金属の水溶性塩を含有する溶液を含む第一の処理物質と接触する工程；
(b)接触した赤泥を固相および液相に分離する工程；ならびに
(c)分離された液相のpHを9.0未満に低下するために、分離された液相を、7より低いpHを有する第二の処理物質と接触する工程。
【００６６】
本発明のこの局面に従う方法の工程(c)において、炭酸カルシウム当量アルカリ度として表された総アルカリ度は、200mg/L未満に低下されてもよい。
【００６７】
本発明の第九の局面に従い、赤泥の処理法が提供され、これは下記の工程を含む：
(a)赤泥のpHおよびアルカリ度の少なくとも一方を低下しならびに得られる溶液を形成するために、廃棄物を、アルカリ土類金属の水溶性塩を含有する溶液を含む第一の処理物質と接触する工程；
(b)廃棄物および処理物質の混合物中で、固相および液相に分離する工程；ならびに
(c)溶液のpHを9.0未満に低下するために、分離された液相を、7よりも低いpHを有する第二の処理物質と接触する工程。本発明のこの局面に従う方法の工程(c)において、炭酸カルシウム当量として表された該溶液の総アルカリ度は、200mg/L未満に低下されてもよい。
【００６８】
実施例
工程1：苛性赤泥に、液相がpH9.0〜9.5およびアルカリ度300mg/Lまたはそれ未満を有するまで、海水を添加する。処理を最適化するために、固形画分および液体画分を、完全に混合し、ならびに少なくとも5分間接触させ続ける。
工程2：固形画分および液体画分を、沈降すること、および液体画分をデカントすることにより分離する。
工程3：廃酸を、液体画分に、pHが9.0未満およびアルカリ度が200mg/L未満になるまで添加する。
工程4：環境基準に合致する液相を、海に放出する。
工程5：固相を、再使用のためにスラリーとして保持する。
【国際調査報告】
2005531399.tif 000002
2005531399.tif 000003
2005531399.tif 000004