一种反应炉及利用反应炉制备的基于赤泥和污泥的环境修复剂、其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供一种反应炉及利用反应炉制备的基于赤泥和污泥的环境修复剂、其制备方法与应用。本发明专利技术利用特定的反应炉，在一定温度下使赤泥中氧化铁被污泥热解产生的还原性气体所还原，生成还原铁粉；经过进一步磁选后即可得到磁性铁粉，即环境修复剂。本发明专利技术不仅解决了赤泥与污泥两大宗固废的利用问题，通过利用特定的反应炉使赤泥与污泥中成分都得到有效利用从而减少环境污染，且工艺简单，原子利用率高，能耗低，而且生产的环境修复剂具有效果好，品位高，杂质少，市场效益好的特点，应用于活化过硫酸盐及过氧化氢来降解有机染料具有较好的效果。较好的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种反应炉及利用反应炉制备的基于赤泥和污泥的环境修复剂、其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种反应炉及利用反应炉制备的基于赤泥和污泥的环境修复剂、其制备方法与应用，属于资源利用和环境保护


技术介绍

[0002]赤泥(redmud)是从铝土矿中提炼氧化铝产生的一种粉末状固态废渣，在水中具有较好的分散性能，其微观结构具有多孔的结构；拜耳法工艺产生的赤泥具有强碱性，由于含有丰富的氧化铁其外观呈红色。据公开数据显示，每生产一吨氧化铝平均会产生一至二吨赤泥。目前，国内很多赤泥处于露天堆放，未经处理而露天堆放的赤泥对于土壤环境以及生态环境具有很强烈的影响，强碱性的渗透液渗入土壤导致土壤酸碱失衡。筑坝堆放的赤泥同样也会影响水环。赤泥中含有多种重金属元素，这些重金属元素会随着堆积时间的增加而逐渐进入生物圈，人类处于食物链顶端势必会通过生物放大的作用而对人类的健康造成一定影响。当前，在赤泥的综合利用方面的研究主要集中在三个方面：
[0003]1)分解提炼其中的有价金属，如铝、铁、稀土元素等；
[0004]2)作为结构材料，用作道路或建筑工程中的混凝土原料、保温材料以及填料等；
[0005]3)作为吸附材料，利用其活性高、比表面积大的特点吸附水中或气体中的污染物、改良土壤等。
[0006]事实上，我国赤泥中Fe2O3和Al2O3的含量较高，有效提取该成分后的赤泥仍可用于结构材料或吸附材料的制备。所以，合理利用自然资源、低成本获得其中的铁是目前的首选方案。
[0007]现有的还原铁粉的生产方法是利用气体或固体燃料(如氨分解气、H2、CO、固体碳，或气体和固体联合燃料)作为还原剂，将铁氧化物(如铁矿精矿粉、低碳沸腾轧钢铁鳞，黄铁矿、硫酸亚铁、氯化亚铁、氧气转炉炼钢炉灰)在固体状态下还原成一种金属化程度相当高的铁产品。但是，使用上述气体或固体燃料作为还原物质具有成本较高的缺点。如中国专利文献 CN110004263A公开了一种赤泥流化床法生产铁精粉的工艺，包括如下步骤：将赤泥浆液稀释筛滤；采用重力分选、磁力分选或重力分选和磁力分选结合的预处理方式得到粗铁粉；干燥；还原流化床的流化还原反应温度控制在450℃～550℃，在还原流化床内使用CO+H2占 40％～50％体积比的煤气对粗铁粉进行还原反应，还原反应的时间控制在8min～15min，得到还原后的磁化粗铁粉；将还原后的磁化粗铁粉磨制至小于100目，然后进行物理分离即得品位在61％以上的铁精粉。但该专利技术同样使用气体燃料作为还原剂，存在成本高、不安全的问题。
[0008]污泥(sludge)是在污水处理过程中产生的半固态或固态物质。1)按来源分污泥主要有生活污水污泥，工业废水污泥和给水污泥。2)按处理方法和分离过程分污泥可分为以下几类：初沉污泥：指污水一级处理过程中产生的沉淀物；活性污泥：指活性污泥法处理工艺二沉池产生的沉淀物；腐殖污泥：指生物膜法(如生物滤池、生物转盘、部分生物接触氧化
池等) 污水处理工艺中二次沉淀池产生的沉淀物。化学污泥：指化学强化一级处理(或三级处理) 后产生的污泥。3)按污泥的不同产生阶段分沉淀污泥：初次沉淀池中截留的污泥，包括物理沉淀污泥，混凝沉淀污泥，化学沉淀污泥。一般污泥中按干基计算有机质的质量比大约为58％，有机质主要为碳水化合物、蛋白质和脂肪。
[0009]在国家城镇化进程中，我国城镇污水处理行业在过去的二十年里迅速发展，污水处理率已超过90％，但对污泥的关注和资源化处置情况却相对不是很乐观。一边是污泥产量惊人，一边却是我国城镇污水处理中“重水轻泥”现象的长期存在，导致污泥成为我国污水处理中的“难解之题”，而污泥的处理处置问题也逐渐演变成为当前生态环境治理领域的一块“硬骨头”。一直以来，污泥的主要出路是焚烧、土地利用、建材利用。
[0010]因此，如何有效实现赤泥和污泥的资源化有效利用，并获得高价值的产品，值得进一步探究。

技术实现思路

[0011]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种反应炉及利用反应炉制备的基于赤泥和污泥的环境修复剂、其制备方法与应用。本专利技术利用特定的反应炉，在一定温度下使赤泥中氧化铁被污泥热解产生的还原性气体所还原，生成还原铁粉；经过进一步磁选后即可得到磁性铁粉，即环境修复剂。本专利技术不仅解决了赤泥与污泥两大宗固废的利用问题，通过利用特定的反应炉使赤泥与污泥中成分都得到有效利用从而减少环境污染，且工艺简单，原子利用率高，能耗低，而且生产的环境修复剂具有效果好，品位高，杂质少，市场效益好的特点，应用于活化过硫酸盐及过氧化氢来降解有机染料具有较好的效果。
[0012]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0013]一种反应炉，包括炉体和蓄热室；炉体顶部设置有进料口，炉体底部设置有卸料口；
[0014]炉体内部一侧倾斜设置有气道1、气道3，相对的另一侧倾斜设置有气道2、气道4，气道1、气道3和气道2、气道4之间交错排列，使炉体内部形成“之”字型反应通道；气道1、气道2、气道3和气道4一端通过气阀与蓄热室相通，另一端的端部设置防尘网并与炉体内部相通；
[0015]蓄热室设置于炉体的两侧；炉体一侧的蓄热室底部设置有进气口，炉体另一侧的蓄热室底部设置有排气口；炉体两侧的蓄热室均设置有电加热设备。
[0016]根据本专利技术优选的，炉体内气道为耐高温、易传热的金属材料，优选为奥氏体刚；炉体内壁以及蓄热室内壁的材料均为奥氏体刚；炉体以及蓄热室外部从内至外均依次包覆有硅酸铝保温材料、奥氏体刚，以维持炉体内以及蓄热室的温度。
[0017]根据本专利技术优选的，所述进料口上设置有水封槽。水封槽的作用是防止反应炉内气体进入大气而污染环境。水封槽的结构按现有技术即可。
[0018]根据本专利技术优选的，气道的倾斜角度为10
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15度；所述倾斜角度是气道与水平面的锐角夹角。
[0019]根据本专利技术，气道1、2、3、4为开放式气道，并且在气道端部设置防尘网以隔绝灰尘，起到均匀温度分布和平衡炉内气压的作用。
[0020]根据本专利技术优选的，气阀与计算机连接，通过计算机控制气阀的打开与关闭。
[0021]根据本专利技术优选的，炉体两侧的蓄热室侧壁上均设置有电加热设备以加热蓄热室中的气体。
[0022]根据本专利技术优选的，进气口、排气口，进料口和卸料口处均设置有阀门。
[0023]根据本专利技术，所述卸料口的尺寸应足够大，以满足顺利充分的卸料。
[0024]根据本专利技术优选的，蓄热室、炉体内壁、炉体内部及气道上安装有温度监测设备，炉体内部安装有气压监测设备。
[0025]根据本专利技术优选的，两侧蓄热室均通过真空阀与真空设备相连，真空设备用于降低炉内氧气浓度，使炉内压力低于大气压；所述真空设备优选为真空泵。
[0026]利用上述反应炉制备的基于赤泥和污泥的环境修复剂，所述环境修复剂是由污泥与赤泥在上述反应炉中经反应，然后经磁选制备得到。
[0027]根据本专利技术优选的，所述环境修复剂中含有四氧化三铁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应炉，包括炉体和蓄热室；炉体顶部设置有进料口，炉体底部设置有卸料口；炉体内部一侧倾斜设置有气道1、气道3，相对的另一侧倾斜设置有气道2、气道4，气道1、气道3和气道2、气道4之间交错排列，使炉体内部形成“之”字型反应通道；气道1、气道2、气道3和气道4一端通过气阀与蓄热室相通，另一端的端部设置防尘网并与炉体内部相通；蓄热室设置于炉体的两侧；炉体一侧的蓄热室底部设置有进气口，炉体另一侧的蓄热室底部设置有排气口；炉体两侧的蓄热室均设置有电加热设备。2.根据权利要求1所述的反应炉，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、炉体内气道为耐高温、易传热的金属材料，优选为奥氏体刚；炉体内壁以及蓄热室内壁的材料均为奥氏体刚；炉体以及蓄热室外部从内至外均依次包覆有硅酸铝保温材料、奥氏体刚；ii、所述进料口上设置有水封槽；iii、气道的倾斜角度为10
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15度；所述倾斜角度是气道与水平面的锐角夹角；iv、气阀与计算机连接，通过计算机控制气阀的打开与关闭；v、炉体两侧的蓄热室侧壁上均设置有电加热设备以加热蓄热室中的气体；vi、进气口、排气口，进料口和卸料口处均设置有阀门；vii、蓄热室、炉体内壁、炉体内部及气道上安装有温度监测设备，炉体内部安装有气压监测设备；viii、两侧蓄热室均通过真空阀与真空设备相连；所述真空设备优选为真空泵。3.利用权利要求1或2任意一项所述反应炉制备的基于赤泥和污泥的环境修复剂，所述环境修复剂是由污泥与赤泥在上述反应炉中经反应，然后经磁选制备得到；优选的，所述环境修复剂中含有四氧化三铁或单质铁中的一种或两种；所述环境修复剂的比表面积为10
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30m2/g。4.利用权利要求1或2任意一项所述反应炉制备基于赤泥和污泥的环境修复剂的方法，包括步骤：将干燥的污泥与干燥的赤泥混合后球磨；利用上述反应炉，设置温度500～1000℃，反应10
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200分钟；然后经过磁选得到基于赤泥与污泥的环境修复剂。5.根据权利要求4所述制备基于赤泥和污泥的环境修复剂的方法，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述污泥为市政污泥、管网污泥、河底淤泥或工业污泥；赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥；优选的，污泥为市政污泥或河底污泥；赤泥为拜耳法赤泥或联合法赤泥；进一步优选的，污泥为市政污泥；赤泥为拜耳法赤泥；ii、所述干燥方法如下：将污泥或赤泥脱水，然后置于户外风干3～7d；iii、所述球磨至粉末细度大于200目。6.根据权利要求4所述制备基于赤泥和污泥的环境修复剂的方法，其特征在于，包括以下条件中的一项或多项：i、所述干燥的赤泥与干燥的污泥的质量比为(0.1～1)：(1～20)；优选的，干燥的赤泥与干燥的污泥的质量比为：1：(1～10)；ii、设置温度500～900℃，反应时间为80
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200分钟。7.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：占金华，汪孙强，孔令帅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：