氟化钙污泥提纯及资源化利用

氟化钙污泥提纯及资源化利用

张子骄

上海市固体废物处置有限公司 上海市 200120

摘要：现阶段资源能源紧张以及环境污染问题已经波及全球，要想切实改善这一现状，需要在不断加强环境保护与治理和节约资源能源应用的同时，进行新能源开发利用，并最大限度挖掘可回收废弃物的利用价值。氟化钙污泥是含氟废水经过沉淀处理之后产生的物质，随着铝电解、集成电路制造等相关行业不断茁壮发展，氟化钙污泥产生量持续提升，由此引发的的氟污染问题也不断加剧。基于此本文主要开展氟化钙污泥提纯及资源化利用研究，期待与相关人士共同交流探讨。

关键词：氟化钙污泥；污泥提纯；污泥资源化利用

引言

经调查分析发现，引发氟污染问题的主要原因，与氟化钙污泥产生量不断提高存在密切关系，因此探寻更为科学高效的氟化钙污泥处理方法刻不容缓。由于传统的填埋式氟化钙污泥处理方法会造成不必要的土地资源占用，同时若出现处理不当情况，土壤污染以及水环境污染等问题会随即产生。鉴于氟化钙污泥存在一定的回收利用价值，而且我国能源部门不断强调废弃物综合利用，故而应详细分析现有的氟化钙污泥提纯技术，并深入探索其资源化利用方法与利用途径。

1. 化学混凝沉淀工艺

氟化钙污泥主要来源于各类含氟废水，并通过化学混凝沉淀工艺进行处理。其工艺步骤如下：

（1）pH调节

首先需要对含氟废水进行pH调节，以便后续沉淀反应能够进行。具体的调节方法根据废水的性质和要求而定，可以添加酸或碱来实现。

（2）沉淀反应

调节后的废水进入沉淀池，在其中加入氯化钙（CaCl2）或氧化钙（CaO），与废水中的氟离子（F-）发生反应生成氟化钙（CaF2）。通过此反应将废水中的氟离子去除。

（3）絮凝剂添加

为了促进沉淀过程和提高沉淀效果，常常添加絮凝剂，例如聚丙烯酰胺（PAM）或聚合氯化铝（PAC）。这些絮凝剂能够增加沉淀物的粘聚力，加速沉淀过程。

（4）沉淀分离

经过一定时间的沉淀，形成的氟化钙污泥会沉积在底部，而上层的清水则可以通过倾倒或其他分离方法进行处理。

2. 氟化钙污泥提纯技术类型

2.1含氟废水纯化法

含氟废水纯化法是一种新型的提纯氟化钙污泥的方法。其主要原理是通过回收利用高浓度氟离子含量较高的含氟废水作为处理氟化钙污泥的“氟源”。处理过程中，高浓度氟离子与污泥中的Ca(OH)2、CaCO3反应生成CaF2，并使其留在污泥中，从而增加最终产品的CaF2含量。该方法具有以下优点：首先，利用含氟废水作为“氟源”，大幅度提高了污泥中的CaF2含量；其次，实现了一定程度的废水再利用，对资源节约和环境保护具有积极意义。相较于其他处理方法，含氟废水纯化法更加环保高效。然而，由于含氟废水的复杂化学成分，仍需进一步研究和探讨。总之，含氟废水纯化法为提纯氟化钙污泥提供了新的思路，具有良好的发展前景[1]。下一步研究的重点在于高效回收利用含氟废水，并针对不同类型的含氟废水制定适宜的处理方案。

2.2浮选富集法

浮选富集法是一种常用的从萤石矿中提取氟化钙的方法，通过利用矿物粒子表面性质的差异，加入浮选剂，在悬浮液中形成微气泡来吸附氟化钙颗粒，并使其浮到液面上进行分离和提纯。这种方法可以获得纯度大于90%的氟化钙产品。同时，根据研究表明[1]，氟化钙污泥的粒级分布也符合浮选工艺的要求，因此同样可以采用浮选富集法来提纯氟化钙污泥。浮选富集法具有高效与环保的特点，但也需要一定的技术要求和投入成本[2]。然而，该方法对于处理萤石矿资源和氟化钙污泥都是一种较为理想的提取和回收利用方式。

2.3酸浸纯化法

盐酸（HCl）和氢氟酸（HF）酸浸纯化法是一种常用的提纯或分离金属或矿石中目标物质的方法。

2.3.1 HCl酸浸法

HCl酸浸法是一种提纯氟化钙污泥的方法。主要步骤是:使用纯碱,将氟化钙污泥中的CaSO4转变为CaCO3沉淀出来。使用烧碱,将氟化钙污泥中的SiO2转变为可溶于水的Na2SiO3。使用盐酸,可以与污泥中的Ca(OH)2、CaCO3反应生成可溶性的CaCl2。通过洗涤除去生成的CaCl2,从而去除钙盐,提高污泥的CaF2含量。

2.3.2 HF酸浸法

使用HF提纯氟化钙污泥，HF可与SiO2直接生成SiF4气体,更高效地去除污泥中的硅。HF与污泥中的Ca(OH)2、CaCO3反应生成CaF2,这一点与HCl酸浸法同样,均可提高污泥的CaF2含量。HF浓度和pH值是影响提纯效果的重要因素。当浓度介于5%至40%的范围内,当pH=6时可产生不同程度的提纯效果。除此之外，温度也是重要的影响因素。如果分别采用30°C和75°C两种温度,会对最终产品CaF2纯度产生不同程度的影响。高浓度和高温条件下,HF处理氟化钙污泥可以产生达到萤石酸级标准(≥99.2% CaF2含量)的人造萤石。

3. 氟化钙污泥资源化利用

3.1吸附材料行业

氟化钙污泥在吸附材料行业中的资源化利用具有广阔的应用前景。首先，通过处理和改性，可以制备出吸附剂，用于废水处理、空气净化和脱硫脱氮等环境领域。其次，作为废气处理的吸附材料，能有效去除有害气体，减少大气污染的排放。此外，氟化钙污泥还可用于水处理剂，用于水质净化和重金属去除。同时，对污泥进行改性后，可制备出用于能源储存领域的吸附材料，为锂离子电池和超级电容器提供储能性能

[3]。综上所述，氟化钙污泥资源化利用为吸附材料行业带来了环境保护和资源回收利用的机遇，推动了该行业的可持续发展。

3.2冶炼行业的应用

CaF2在冶炼行业中扮演着重要角色。它可用作冶金工艺助剂，通过降低矿石的熔点和促进金属还原，提高冶炼效率。作为熔剂和渣料，CaF2具有低熔点和良好流动性，在铝、钢等冶炼过程中发挥作用。对于钢铁冶炼，CaF2可用于脱硫和脱氧，提高钢铁质量。对于铝冶炼，CaF2作为铝液浴的渣料，帮助去除杂质并提高纯度。总之，CaF2在冶炼行业中有广泛应用，通过促进反应、去除杂质等方式，提高冶炼效率和产品质量。

3.3建筑行业

3.3.1混凝土制造应用

氟化钙污泥在混凝土制造行业中具有潜力的资源化利用。

（1）混凝土添加剂：氟化钙污泥可作为混凝土添加剂，用于改善混凝土的性能。它可以增强混凝土的抗冻性、耐久性和强度，并改善其工作性能。使用氟化钙污泥作为添加剂还可以减少对传统原材料的需求，降低生产成本[4]。

（2）矿渣水泥掺合料：将氟化钙污泥用于矿渣水泥的掺合料中，可以提高矿渣水泥的活性和硬化特性。这种利用方式不仅可以减少环境污染，还能节约原材料，并提高混凝土的力学性能。

3.3.2建筑材料应用

氟化钙污泥在砖块行业中也可以进行资源化利用。

（1）砖块原料：在砖块生产的过程中，将氟化钙污泥与适当的添加剂混合，形成砖块的原料。经过成型和烧结等工艺，可以制造出具有一定强度和耐久性的砖块。这种利用方式可以减少对传统原材料的需求，同时有效利用氟化钙污泥。

（2）填充材料：氟化钙污泥可以作为砖块中的填充材料使用。将污泥与其他骨料混合后，用于填充砖块的空隙，可以提高砖块的密度和强度。这种利用方式不仅能够减少对天然资源的依赖，还能有效地处理和利用氟化钙污泥。

结束语

总之在资源能源日益紧缺、危废管理要求越来越严格的时代背景下，废弃物资源化、无害化处理，不仅是危险废物处理处置发展的必然趋势，也是充分挖掘危废回收价值和再利用潜质的最佳途径。氟化钙污染作为目前的主要氟污染因素，如何对其进行妥善处理成为各相关方面考虑的重要问题，所以亟需加强氟化钙污泥提纯及资源化利用研究与探索。

参考文献

[1]辛海霞.含氟废水处理及其污泥资源化研究[D].东华大学,2015.

[2]任孟杰,郭焱.氟化钙污泥和赤泥共烧结制备砖块的研究[J].环境工程,2016(S1):4.DOI:CNKI:SUN:HJGC.0.2016-S1-188.

[3]徐奔奔,王杨君,胡景辉,等.氟化钙污泥制备建筑陶瓷材料的研究[J].环境科学与技术,2019(S02):5.

[4] 朱萍夏斌刘强许云峰钱光人张悦刘洁.氟化钙污泥提纯及资源化利用的研究现状[J].中国资源综合利用, 2022, 40(10):104-111.

[5] 樊健,陆朝阳,姚琪,等.典型行业含氟污泥组成及资源化利用分析[J].污染防治技术, 2017, 30(1):4.DOI:CNKI:SUN:WRFZ.0.2017-01-013.