一种降低赤泥强碱性的方法技术

本申请公开了一种降低赤泥强碱性的方法，属于赤泥资源化利用技术领域，解决了现有赤泥碱性调控时酸性溶液用量大，腐蚀性强、成本高，产生大量难处理废液，赤泥回收率低的问题。降低赤泥强碱性的方法包括：用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；将混合料加入到高压反应釜，对高压反应釜进行升温，保温；然后冷却至室温得到水热炭化产物；将水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；将水热炭液和赤泥混合放入搅拌池中，搅拌，然后进行固液分离，得到固相的碱性降低的改性赤泥。本申请实现了赤泥的强碱性的降低。

A method to reduce the alkalinity of red mud

【技术实现步骤摘要】
一种降低赤泥强碱性的方法
本申请涉及赤泥资源化利用
，尤其涉及一种降低赤泥强碱性的方法。
技术介绍
赤泥是氧化铝生产过程中产生的工业固体废弃物，根据生产工艺的不同，赤泥主要分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥，由于铝土矿原料、生产工艺等因素的不同，产生的赤泥在成分、性质、物相方面存在一定差异；随着氧化铝产量不断增长，全球赤泥的堆存量也不断攀升，全球赤泥排放量于2007年已达26亿吨。在国内随着铝工业发展需求的不断增长，氧化铝的产量也迅速增长，据估算我国2009年赤泥的排放量已超过3000万吨，堆存量2亿吨左右，赤泥的排放量骤增给生态环境和社会发展带来了巨大压力。目前赤泥的最基本处置方式是采用堆存处置、倾倒入海等方式处理，我国大多数氧化铝企业采用堆存处理，这种处置方式除了需要占用大量土地，在堆场建设和维护上耗资外，还会对环境造成一定的影响。赤泥碱性强、粒度小、含有金属元素，堆存过程中如产生渗漏进入土壤、地下水等，对水体和土壤产生污染，并且赤泥堆存产生的粉尘会造成空气污染。赤泥治理作为国内外的研究热点，研究工作主要集中于提取有价金属、制备功能材料和大宗消纳，赤泥中富含铁、铝、钙以及稀有金属元素，提取有价金属具有良好的经济可行性，但是存在工艺复杂、成本高、二次污染等问题。赤泥具有多孔结构、较大的比表面积和大量金属元素，可以用于制备吸附剂或催化剂等功能材料，但是需要对赤泥进行改性处理，并且该处理方式对赤泥的消耗非常有限。赤泥的大宗消纳是将赤泥作为整体加以利用，一般直接消耗赤泥，不产生二次污染，例如制备建筑材料(砖、水泥、混凝土等)、路基材料、陶瓷制品以及土壤化等，可以大规模消耗赤泥，有效解决赤泥大量堆存的问题途径。赤泥的不同治理技术或方法，都必须解决赤泥强碱性的问题，强碱性是制约赤泥综合治理或资源化利用的关键问题，现有技术一般采用盐酸、硫酸、硝酸等酸性溶液处理，酸性溶液脱碱同时破坏赤泥的化学结构并浸出大量金属元素，造成赤泥成分的损失；存在酸性溶液腐蚀性强、产生大量废液、成本高等问题；产生的酸性废液含有大量有害金属，危害大、难以处理。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种降低赤泥强碱性的方法，至少能够解决以下技术问题之一：(1)现有技术中的赤泥碱性调控时酸性溶液用量大，腐蚀性强、成本高，产生大量难处理废液；(2)赤泥碱性调控改变赤泥化学结构并且损失大量金属元素，调控过程赤泥回收率低。本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：本申请提供了一种降低赤泥强碱性的方法，包括如下步骤：步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V1对高压反应釜进行升温，升温至T1后，保温；然后冷却至室温得到水热炭化产物；步骤S4、将水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；步骤S5、将水热炭液和赤泥混合放入搅拌池中搅拌，然后进行固液分离，得到固相的碱性降低的改性赤泥。进一步的，生物质粉末的粒度小于2mm。进一步的，生物质原料为木质纤维素生物质，木质纤维素生物质中的纤维素、木质素、半纤维素总含量大于65％。进一步的，生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.3～0.6：1：0.0025～0.01。进一步的，催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。进一步的，V1为30～50℃/min。进一步的，T1为120～180℃。进一步的，水热炭化产物采用水热炭化一体化工艺设备制备得到，水热炭化一体化工艺设备包括位于同一安装平面上的破碎机、搅拌罐和高压反应釜；破碎机用于对生物质进行破碎，破碎机的出料口通过第一输送通道与所述搅拌罐的第一进料口连接；搅拌罐的出料口通过第二输送通道与高压反应釜的进料口连接；第一输送通道设有至少1个物料举升机构；第二输送通道设有流体泵。进一步的，物料举升机构包括：方管框架及2个半方管机构；半方管机构包括：半方管、可转挡板和电机；方管框架能够将2个半方管机构的半方管拼合成方管，电机用于驱动半方管沿方管轴线方向滑动；半方管包括1个整侧壁和2个半侧壁，半侧壁的边缘设有密封滑槽，整侧壁与可转挡板铰接，且可转挡板能够向流体流动方向转动并使物料能够在方管中流动；可转挡板为长方形板，且可转挡板的短边长度与方管的内壁宽度相等，可转挡板的四周边缘均设有密封条。另一方面，本申请还提供了一种改性赤泥在制备赤泥土壤基质中的应用，将改性赤泥和水热炭混合放入搅拌池中搅拌、放置，得到赤泥土壤基质。与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：a)本申请通过采用生物质原料水热炭化得到水热炭化产物，水热炭化过程中生物质中的纤维素、木质素和半纤维素成分分解产生小分子有机酸、糠醛类有机分子和呋喃类有机分子等酸性物质，水热炭液pH为4～6，水热炭液用于调控赤泥碱性时能够有效脱除赤泥的游离碱，并且不改变赤泥的主体成分的化学结构；采用本申请的方法，赤泥的pH值由10～12降低为6.5～7.5，赤泥的回收率(产率)大于95％(例如96％～97％)，固液分离得到的液相的水溶液中重金属总含量小于25mg/L(例如10～20mg/L)。b)本申请中的生物质原料可以是秸秆等农业废弃物、食品加工废渣等生物质废弃物，原料来源广、成本低、可再生，水热炭化产物中的水热炭液能够用于调控赤泥碱性实现降低赤泥强碱性的目的，水热炭化产物中的水热炭可以用于制备高附加值碳材料，实现了生物质废弃物和赤泥废渣的综合治理。c)本申请中降低了碱性的改性赤泥能够与水热炭化产物中的水热炭混合制备成赤泥土壤基质；水热炭具有良好的孔结构和较大的比表面积，且水热炭中包括有机碳和腐植酸，能有效增加赤泥的有机养分；并且，水热炭表面有大量呈弱酸性的含氧官能团，能够缓释酸性位通过中和作用长时间稳定赤泥的酸碱性。d)本申请将破碎机、搅拌罐和高压反应釜安装在同一水平面上，通过物料举升机构可以将破碎后的固液混合物料采用封闭式的方式从低处输送至高处，同时通过流体泵将搅拌后的液态混合料从低处输送至高处，节省了整个设备占用的高度空间，并使得破碎机、搅拌罐和高压反应釜这样的大型设备可以简单地设置在水平面上即可，无需设置两套单独的设备来分别进行固态物料和液态物料的处理。本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本申请的降低赤泥强碱性的方法的流程示意图；图2为本申请的水热炭化一体化工艺设备的整体结构示意图；图3为本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；/n步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；/n步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V

【技术特征摘要】
1.一种降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、用破碎机将生物质原料破碎为生物质粉末；
步骤S2、将生物质粉末、水和催化剂输送入搅拌罐中进行搅拌，得到混合料；
步骤S3、将混合料加入到高压反应釜，以速度V1对高压反应釜进行升温，升温至T1后，保温；然后冷却至室温得到水热炭化产物；
步骤S4、将水热炭化产物进行固液分离得到水热炭和水热炭液；
步骤S5、将水热炭液和赤泥混合放入搅拌池中搅拌，然后进行固液分离，得到固相的碱性降低的改性赤泥。


2.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述生物质粉末的粒度小于2mm。


3.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述生物质原料为木质纤维素生物质，所述木质纤维素生物质中的纤维素、木质素、半纤维素总含量大于65％。


4.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述生物质粉末、水和催化剂的质量比为0.3～0.6：1：0.0025～0.01。


5.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述催化剂为赤泥、碳酸钾、碳酸氢钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸铵、磷酸钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、焦磷酸钾、偏磷酸钾中的一种或多种。


6.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述V1为30～50℃/min。


7.根据权利要求1所述的降低赤泥强碱性的方法，其特征在于，所述T1为120～180℃。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王重庆，曹亦俊，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41