一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统及工艺技术方案

本发明专利技术涉及一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统及工艺，脱碱系统包括依次相连的赤泥浆料搅拌罐、碳化反应器、除铁器、脱水筛、离子分离器和储水池；脱碱工艺为：制备的赤泥浆料与赤泥浆料搅拌罐底部通入的CO

【技术实现步骤摘要】
一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统及工艺
本专利技术涉及工业废弃物处置
，特别是涉及一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统及工艺。
技术介绍
氧化铝工业中将铝土矿提取氧化铝后排出的大量工业废渣，因含大量氧化铁而呈红色，被称为赤泥。通常，每生产1吨氧化铝会排出0.6-2.0吨的赤泥。氧化铝工业采用的拜耳法、烧结法及联合法，在铝土矿提取氧化铝过程中都须碱性环境溶出，这就造成了赤泥中富含大量的碱性物质。以拜耳法生产的赤泥为例，其pH值高达11以上。目前，全球范围内尚无有效的赤泥大规模利用技术和方案。据全球铝业协会不完全统计，2018年全球赤泥产出超过8千万吨。这些赤泥大多堆存在专门建设的赤泥堆场中。不仅占用大量土地，还对当地环境造成严重污染。碱及重金属溶出会引起地下水及土壤污染，细小的颗粒在风力作用下形成扬尘。此外，堆场大量堆积的赤泥在恶劣天气条件下可能发生垮塌，威胁所在区域的生命和环境安全。制约赤泥资源化应用的一个关键问题是赤泥的高碱性。赤泥中的碱性物质分为可溶碱和难溶碱。可溶碱较容易脱除，但是难溶碱会缓慢向溶液中释放Na/K等离子，使赤泥长期保持高碱性。赤泥的高碱性严重限制了其在水泥、陶瓷、建筑用砖等建材领域及有机填料、水净化、催化、土壤恢复等领域的大规模应用。长期以来，研究者就赤泥的脱碱问题开展了大量的研究，也取得了一定技术成果。目前，赤泥脱碱技术主要分为：水洗脱碱法、碱石灰脱碱法、废酸中和法及碳化脱碱法等。但是这些技术存在效率低下、二次污染、生产连续性差等一种或几种问题。以碳化脱碱法为例，利用工业尾气中的CO2与赤泥中的碱性物质发生碳酸化反应生产碳酸盐，通常反应时间较长，现有工艺技术大都是间断式处置，不能连续运行。此外，有研究表明赤泥在单次碳化脱碱，一段时间后其pH值会恢复到接近初始。为此，研究可适用于工业连续化生产的高效绿色的赤泥脱碱工艺对解决赤泥危害、实现资源化利用是当下亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对目前赤泥脱碱技术的不足之处，提出了一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统及工艺，实现连续式、无害化赤泥脱碱处置，推动了赤泥资源化利用难题的解决。本专利技术是这样实现的，一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统，包括赤泥浆料搅拌罐、碳化反应器、除铁器、脱水筛、离子分离器和储水池；所述赤泥浆料搅拌罐的底部出口与碳化反应器的入口连接，所述碳化反应器的出口与除铁器的入口连接，所述除铁器的出口与脱水筛的入口连接，所述脱水筛的滤液出口与连接离子分离器，所述离子分离器的浓溶液出口连接烘干机，所述离子分离器的稀溶液出口与储水池的入口连接，所述储水池的出口通过水泵与赤泥浆料搅拌罐的水入口连接；所述赤泥浆料搅拌罐的顶部设有赤泥入口、反应助剂入口和水入口，赤泥浆料搅拌罐呈倒锥形结构，包括位于上部的柱体和位于下部的椎体，所述柱体中部设有搅拌器，所述椎体内周向设置有与风机联通的多孔导气管一，所述多孔导气管一用于向罐体内浆料提供预碳酸化脱碱反应所需的CO2气体；所述碳化反应器沿长度方向底部全程布置有与风机联通的多孔导气管二，所述多孔导气管二用于向碳化反应器内提供碳酸化反应所需的CO2气体；所述碳化反应器两侧面等间隔设有大功率超声发生器，促进脱碱反应进程；所述碳化反应器的入口到出口为由高到低的倾斜设置，与水平方向倾斜角α为5°＜α＜25°；所述超声发生器产生的超声可使赤泥浆料中导入的CO2气体发生空化作用，与赤泥中的碱性物质更容易反应，同时超声作用可破坏反应完成后在赤泥表面形成的碳酸盐包裹层，消除碳酸盐产物物理隔离对赤泥颗粒内部核心脱碱反应的抑制作用，使赤泥脱碱更完全；另外，超声处置能够破坏赤泥颗粒团聚形成的大颗粒，有利于后续的筛分。所述除铁器用于回收赤泥浆料中的铁、钴、镍等铁磁性金属材料，所回收材料作为副产物产出。所述脱水筛用于对除铁后的脱碱赤泥浆料进行脱水，分离出低含水量的脱碱赤泥产物和滤液。所述离子分离器用于将经脱水筛分离的滤液进行浓-稀分离，分离出含高浓度碳酸盐的浓溶液和低浓度循环液。优选的，所述赤泥浆料搅拌罐罐体内部涂有耐碱涂层；所述碳化反应器内部涂覆有耐碱涂层，外部包裹有吸声材料层。优选的，所述除铁器为电磁式除铁器或永磁式除铁器。优选的，所述脱水筛为高频、双层结构筛，上层筛网目数为80-150目，下层筛网目数为400-800目，两种筛网可根据实际应用需求进行调换。经脱水筛分离的脱碱赤泥，上层粗颗粒筛余物可用于净水剂、化工污水吸附剂、免烧砖原料等，下层细颗粒脱碱赤泥可用于水泥、陶瓷、有机填料等原料。优选的，所述脱水筛的滤液出口通过沉淀池连接离子分离器。将滤液先经沉淀池沉淀后，再进行离子分离，分离效率更高，回收的碳酸盐纯度更高。一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱工艺，包括如下步骤：S1、赤泥浆料制备：赤泥经破碎后，匀速喂入赤泥浆料搅拌罐中，同时，按照一定的水固比加入水，由搅拌器搅拌混合，使赤泥浆料搅拌罐中充分搅拌的赤泥浆料与赤泥浆料搅拌罐底部通入的CO2发生预碳化反应，得到浆料A。S2、碳化脱碱：赤泥浆料搅拌罐里的浆料A经底部出口进入碳化反应器中，浆料A在碳化反应器中在重力作用下由高处向低处流动，并与碳化反应器底部通入的CO2发生碳酸化反应；同时，通过布置在碳化反应器两侧的超声发生器对浆料A进行超声作用；反应完成后，浆料由碳化反应器底部出口排出，得到脱碱赤泥浆料B。S3、除铁：脱碱赤泥浆料B经除铁器除铁，回收脱碱赤泥浆料B中的铁、钴、镍等磁性金属材料，得到除铁后的脱碱赤泥浆料C。除铁器回收的磁性金属材料作为副产物输出。S4、脱水/筛分：除铁后的脱碱赤泥浆料C进入脱水筛进行脱水，得到滤液A和低含水量的脱碱赤泥产物A。S5、滤液过滤与水循环：滤液A进入沉淀池沉淀后，经离子分离器分离，得到含高浓度碳酸盐的浓溶液B和低浓度循环液C。浓溶液B经干燥后得到碳酸盐，作为副产物输出。低浓度循环液C进入储水池，作为循环水再利用，经水泵泵送至赤泥浆料搅拌罐中。优选的，所述步骤S1中，赤泥浆料的水固比为(0.1～10):1。优选的，在制备赤泥浆料时，可加入赤泥碳化脱碱的反应助剂，所述反应助剂为Ca(OH)2、CaO、MgO、CaCl2、MgCl2中的一种或几种组合，所述反应助剂添加量与赤泥固体质量比为(0～0.1):1。优选的，所述赤泥来源于氧化铝生产过程排出的赤泥浆或赤泥堆场；CO2气体来源于化工、建材、钢铁、电力等行业的含高浓度CO2的工业尾气，通常要求工业尾气中CO2浓度大于30％。优选的，所述低含水量的脱碱赤泥产物A经双层结构的脱水筛分级筛分后得到粒径不同的脱碱赤泥固体，分别为：大尺寸的脱碱赤泥产物A1和小尺寸的脱碱赤泥产物A2。本专利技术具有以下优点和有益效果：1、本专利技术将赤泥碳化脱碱的主要过程转移到本专利技术特殊设计的带超声辅助碳化反应器中，工艺过程由传统的较长时间的静态反应转变为连续的流动态过程，实现了赤泥碳化脱碱过程的连续运行；同时，赤泥碳化过程中超声作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统，其特征在于，包括赤泥浆料搅拌罐、碳化反应器、除铁器、脱水筛、离子分离器和储水池；/n所述赤泥浆料搅拌罐的底部出口与碳化反应器的入口连接，所述碳化反应器的出口与除铁器的入口连接，所述除铁器的出口与脱水筛的入口连接，所述脱水筛的滤液出口连接离子分离器，所述离子分离器的浓溶液出口连接烘干机，所述离子分离器的稀溶液出口与储水池的入口连接，所述储水池的出口通过水泵与赤泥浆料搅拌罐的水入口连接；/n所述赤泥浆料搅拌罐的顶部设有赤泥入口、反应助剂入口和水入口；赤泥浆料搅拌罐呈倒锥形结构，包括位于上部的柱体和位于下部的椎体，所述柱体中部设有搅拌器，所述椎体内周向设置有与风机联通的多孔导气管一，所述多孔导气管一用于向罐体内浆料提供预碳酸化脱碱反应所需的CO

【技术特征摘要】
1.一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统，其特征在于，包括赤泥浆料搅拌罐、碳化反应器、除铁器、脱水筛、离子分离器和储水池；
所述赤泥浆料搅拌罐的底部出口与碳化反应器的入口连接，所述碳化反应器的出口与除铁器的入口连接，所述除铁器的出口与脱水筛的入口连接，所述脱水筛的滤液出口连接离子分离器，所述离子分离器的浓溶液出口连接烘干机，所述离子分离器的稀溶液出口与储水池的入口连接，所述储水池的出口通过水泵与赤泥浆料搅拌罐的水入口连接；
所述赤泥浆料搅拌罐的顶部设有赤泥入口、反应助剂入口和水入口；赤泥浆料搅拌罐呈倒锥形结构，包括位于上部的柱体和位于下部的椎体，所述柱体中部设有搅拌器，所述椎体内周向设置有与风机联通的多孔导气管一，所述多孔导气管一用于向罐体内浆料提供预碳酸化脱碱反应所需的CO2气体；
所述碳化反应器沿长度方向底部全程布置有与风机联通的多孔导气管二，所述多孔导气管二用于向碳化反应器内提供碳酸化反应所需的CO2气体；所述碳化反应器两侧面等间隔设有大功率超声发生器；所述碳化反应器的入口到出口为由高到低的倾斜设置，与水平方向倾斜角α为5°＜α＜25°；
所述除铁器用于回收赤泥浆料中的铁、钴、镍等铁磁性金属材料，所回收材料作为副产物产出；
所述脱水筛用于对除铁后的脱碱赤泥浆料进行脱水，分离出低含水量的脱碱赤泥产物和滤液；
所述离子分离器用于将经脱水筛分离的滤液进行浓-稀分离，分离出含高浓度碳酸盐的浓溶液和低浓度循环液。


2.如权利要求1所述的绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统，其特征在于，所述赤泥浆料搅拌罐罐体内部涂有耐碱涂层；所述碳化反应器内部涂覆有耐碱涂层，外部包裹有吸声材料层。


3.如权利要求1所述的绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统，其特征在于，所述除铁器为电磁式除铁器或永磁式除铁器。


4.如权利要求1所述的绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统，其特征在于，所述脱水筛为高频、双层结构筛，上层筛网目数为80-150目，下层筛网目数为400-800目。


5.如权利要求1所述的绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱系统，其特征在于，所述脱水筛的滤液出口通过沉淀池连接离子分离器。


6.一种绿色高效的赤泥二氧化碳碳化脱碱工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杰，代中元，彭学平，聂文海，豆海建，
申请(专利权)人：天津水泥工业设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12