一种太阳能光热-吸附材料协同的赤泥深度脱水工艺的制作方法

本发明属于赤泥固废处理，具体涉及一种太阳能光热-吸附材料协同的赤泥深度脱水工艺。

背景技术：

1、赤泥是氧化铝生产过程中产生的大宗工业固废，其高含水率是导致堆存占地和环境风险的直接原因，也已成为制约其大规模资源化利用的关键瓶颈。

2、目前，赤泥的脱水工艺主要如下所述：

3、物理脱水：如压滤，通过机械压力脱除自由水，但无法有效脱除存在于颗粒内部及毛细管中的束缚水和毛细水，导致脱水后的滤饼含水率偏高且还存在滤布易堵塞、维护成本高等问题。

4、热脱水：如蒸汽烘干和电加热烘干，通过热能蒸发水分，虽去除部分束缚水，但能耗极高，处理成本巨大，不符合绿色低碳。同时，高温还会导致赤泥颗粒活性破坏，无益于资源化利用。

5、复合工艺：如“压滤+烘干”的组合，这类组合缺乏工艺间的协同设计，不仅能耗高，其热能利用率也偏低（通常低于50%）。

6、吸附材料辅助脱水：使用活性炭、沸石等吸附剂，存在吸附容量有限、仅能吸附表面自由水、再生困难及与赤泥分离后易产生二次污染等问题。

7、此外，现有尝试多局限于利用太阳能进行简单的热风烘干，存在集热效率低、受天气影响大、脱水过程不稳定等固有缺陷，未能与高效的脱水介质形成协同效应。

8、因此，现有赤泥脱水技术在脱水深度、能耗、环保性及工艺稳定性等方面均存在明显不足，难以满足行业对高效、清洁、低成本的规模化处理需求。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种太阳能光热-吸附材料协同的赤泥深度脱水工艺。本发明通过构建“预处理-太阳能光热驱动-复合吸附剂协同-固液分离-吸附剂再生”一体化闭环工艺，实现赤泥自由水、毛细水、束缚水的分级脱除，同时解决吸附剂再生和太阳能高效利用的技术瓶颈，达到节能、环保、深度脱水的目的，满足赤泥后续资源化利用的要求，填补现有技术空白，适用于拜耳法、烧结法及联合法生产氧化铝过程中产生的赤泥规模化深度脱水处理，可实现赤泥水分的高效、节能、清洁脱除，使赤泥含水率降至3%~5%，为赤泥后续资源化利用提供核心工艺支撑。

2、具体的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种太阳能光热-吸附材料协同的赤泥深度脱水工艺，包括以下步骤：

4、将赤泥搅拌均匀后，加入ph调节剂和分散剂进行调质处理，获得均质化赤泥浆料；混合粉煤灰和矿渣，经破碎、煅烧、冷却后粉碎得到多孔固废基料，然后将多孔固废基料进行改性处理，得到的改性固废基料与活性炭、蒙脱石复合成型，制得复合吸附剂；

5、混合所得均质化赤泥浆料与复合吸附剂，在太阳能光热驱动下进行加热搅拌，进行协同深度脱水，使赤泥浆料含水率降至8~12%，得到吸附饱和的复合吸附剂与赤泥滤浆的混合物；将所得混合物进行离心分离，得到赤泥滤饼和吸附饱和的复合吸附剂；将吸附饱和的复合吸附剂通过太阳能光热再生，恢复其吸附能力后循环使用；最后回收尾气和滤液中的水分回用于初始赤泥预处理，形成闭环工艺。

6、优选的，所述赤泥的初始含水量为60%~80%。

7、优选的，所述ph调节剂为碳酸氢钠与磷酸氢二钠的复配体系，二者质量比为2.5~3.5:1，添加量为赤泥的0.6~1.3 wt%；所述分散剂为木质素磺酸钠与聚乙二醇的复配体系，二者质量比为1.5~2.5:1，添加量为赤泥的0.3~0.8 wt%。

8、优选的，所述调质处理是通过搅拌进行调节浆料ph至8.0~10.0、浓度至35~50wt%，所述搅拌的转速为80~120 r/min，搅拌的时间为15~25 min。

9、优选的，所述粉煤灰与矿渣的质量比为1:0.8~1.2，所述破碎后的固废粒径≤20mm，所述煅烧的温度为850~950℃，煅烧时间为2.5~3.5 h，所述多孔固废基料的粒径≤80目。

10、优选的，所述改性处理是将多孔固废基料与改性剂按质量比100:8~15混合，加入去离子水调节料浆浓度至40~50 wt%，在60~80℃下搅拌改性30~45 min，然后干燥至恒重，得到改性固废基料。

11、优选的，所述改性固废基料、活性炭、蒙脱石的质量比为10:2~4:1.5~3；所述复合成型包括向改性固废基料、活性炭、蒙脱石的混合物成分中加入占混合物总质量5%~8%的成型剂，压制成粒径为3~5 mm的球形颗粒，然后在100~120℃下烘干2~3 h，得到复合吸附剂；所述复合吸附剂的吸附容量≥120 mg/g，孔隙率≥55%。

12、优选的，所述改性剂为氯化锌与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的复配体系，二者质量比为3~5:1；所述成型剂为淀粉与羧甲基纤维素钠的复配体系，二者质量比为1.5~2.5:1。

13、优选的，所述均质化赤泥浆料与复合吸附剂的质量比为100:8~15。

14、优选的，所述太阳能光热驱动是采用真空管式集热器收集太阳能，集热效率≥80%，通过导热介质将热能传输至协同脱水反应器；当光照不足时，启动太阳能储能装置和生物质辅助热源维持反应温度于50~70℃；所述协同深度脱水的过程中搅拌转速为60~100r/min，时间为40~60 min。

15、优选的，所述离心分离的转速为2000~3000 r/min，时间为15~25min；所述赤泥滤饼的含水率3%~5%。

16、优选的，所述太阳能光热再生的温度为120~150℃，保温时间为30~45 min，所述太阳能光热再生后，复合吸附剂的吸附容量恢复至新鲜吸附剂的90%以上，循环使用次数≥30次。

17、优选的，所述回收尾气和滤液中的水分包括将所述协同深度脱水产生的尾气进行冷凝回收，以及对所述离心分离产生的滤液进行中和、过滤、消毒处理后回收。

18、本发明的第二方面，提供一种第一方面所述的赤泥深度脱水工艺在固废处理中的应用。

19、本发明的一个或多个实施方式至少具有以下有益效果：

20、（1）本发明首次实现通过太阳能光热与复合吸附剂的协同作用，实现赤泥全类型水分（自由水、毛细水、束缚水）的深度脱除，即利用光热驱动促使赤泥内部束缚水、毛细水向表面迁移，复合吸附剂同步吸附表面水分，形成“光热促迁移-吸附脱水分级协同”的闭环机制，具体的，通过ph调节、分散处理、光热-吸附协同，实现赤泥自由水、毛细水、束缚水的分级脱除，最终赤泥含水率降至3-5%，远低于现有工艺的10-30%，完全满足赤泥基胶凝材料、道路填料等资源化利用的深度脱水要求；且工艺参数可控，脱水效果稳定，不破坏赤泥颗粒活性，保障后续资源化利用效果。

21、（2）本发明采用“复合集热+相变储能+辅助热源”的太阳能光热系统，集热效率≥85%，储能装置可储存晴天多余太阳能，结合生物质辅助热源，解决了太阳能利用受天气影响大、稳定性差的问题，实现连续、稳定的光热供应；同时，光热系统与吸附脱水、吸附剂再生协同联动，热能利用率提升至75%以上，较现有太阳能烘干工艺节能50%以上。

22、（3）本发明构建“预处理-协同脱水-固液分离-吸附剂再生-水资源循环”的全闭环工艺，无废水、废气排放，复合吸附剂无有害成分，且可循环再生，避免吸附剂废弃产生的二次污染，滤液、脱附水分回收再利用，实现“固废资源化-节能脱水-环保治理”的协同发展，符合绿色低碳发展理念，区别于现有工艺的“开放式”处理模式。

23、（4）本发明采用工业固废（粉煤灰、矿渣）为主要原料，复配改性活性炭、蒙脱石，制备兼具物理吸附（多孔骨架）和化学吸附（改性基团）的复合吸附剂，实现了工业固废资源化利用，且吸附剂可循环再生30次以上，大幅降低运行成本；赤泥经深度脱水后，可直接用于后续资源化利用，提升赤泥资源化利用率，实现“固废处理-资源循环”的协同发展。

24、（5）本发明整个工艺步骤清晰，各单元协同联动，可实现自动化控制（如通过plc控制器实时监测和调节各步骤参数），减少人工干预；适配拜耳法、烧结法及联合法生产的各类赤泥，可根据处理量灵活调整工艺参数，既适合新建规模化生产线，也可对现有赤泥脱水系统进行改造升级，应用场景广泛。